專利名稱：內部熱耦合精餾塔生產潛力優(yōu)化系統及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及精餾節(jié)能領域，特別地，涉及一種內部熱耦合精餾塔生產潛力優(yōu)化系統及方法。

背景技術：
內部熱耦合精餾是至今為止所提出的四大節(jié)能精餾技術中節(jié)能效能最高的一項節(jié)能技術，在世界范圍內得到了巨大的重視。內部熱耦合精餾塔減少了常規(guī)精餾塔的冷凝器和再沸器的熱負荷，讓熱量從精餾段傳向提餾段，因此精餾段需要工作在比提餾段高的壓力和溫度下。為了調節(jié)工作壓力，一個壓縮機和一個節(jié)流閥被安排在兩部分之間。由于精餾段與提餾段的壓力差和熱耦合結構，一定數量的熱量從精餾段傳向提餾段，從而給精餾段提供向下的回流液，給提餾段提供向上的蒸汽流。精餾段的流速向上遞減而提餾段的流速向下遞減。通過熱量的內部耦合，可以去掉常規(guī)的再沸器和冷凝器，大量的能量被再利用，從而大幅度的降低了能耗。研究結果表明，內部熱耦合精餾塔與常規(guī)精餾塔最小回流比下的能耗和操作費用相比還可以節(jié)省30％以上。
過程優(yōu)化是生產過程設計開發(fā)的關鍵，對于提高過程經濟效益具有極為顯著的作用。它是指在過程系統性能、特點所給定的約束條件下，找到使系統的效能指標或者目標函數達到最小(最大)的設備參數和操作條件。內部熱耦合精餾塔塔生產潛力優(yōu)化是指在保持產品純度滿足生產要求的前提下，找到使得精餾塔產量最大的操作條件，降低單位產品能耗，從而達到節(jié)能降耗的目的。


發(fā)明內容
為了克服目前內部熱耦合精餾過程尚無生產潛力優(yōu)化系統、單位產品能耗較高的不足，本發(fā)明提供一種能在保持產品純度滿足生產要求的前提下使得內部熱耦合精餾塔生產能力最大、降低單位產品能耗的內部熱耦合精餾塔生產潛力優(yōu)化系統及方法。
本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是 一種內部熱耦合精餾塔生產潛力優(yōu)化系統，包括與內部熱耦合精餾塔連接的現場智能儀表、控制站、數據庫以及上位機，所述現場智能儀表與控制站、數據庫和上位機連接，所述的上位機包括 優(yōu)化計算模塊，用以優(yōu)化計算，采用以下過程來完成 1)設定塔的結構參數和操作參數，指定進料流量初值； 2)假定各塔板液相組成； 3)對每一個塔板，分別由泡點法計算其平衡溫度和汽相組成； 4)對每一個塔板，分別計算汽液相的焓值； 5)由式(1)(2)計算各塔板的汽液相流量 其中，V表示汽相流量，U表示液相流量，F表示進料流量，HF表示進料焓值，S表示側提流量，HG和HL分別是汽液相焓值，下標j-1、j、j+1分別表示第j-1、j、j+1塊板，上標L表示液相，上標G表示汽相，Q表示熱耦合量，由下式計算 Q＝UAΔT(3) 其中，UA表示熱耦合系數，ΔT表示耦合塔板間的溫差； 6)判斷下式(4)是否成立，如果成立，則繼續(xù)7)，否則，更新各塔板液相組成，返回3)迭代； 其中，x是液相組成，y是汽相組成，z是進料組成，下標i＝1，...，M表示組分，M表示組分數； 7)判斷產品純度是否滿足約束，如果不滿足則結束迭代，輸出結果，前一步的進料流量即為最大進料量，如果滿足則將進料流量增加一個迭代步長Δ，返回2)繼續(xù)迭代。
作為優(yōu)選的一種方案所述上位機還包括泡點法模塊，用以由泡點法計算其平衡溫度和汽相組成，其過程如下 3.1)假定塔板平衡溫度； 3.2)計算汽液平衡常數，采用以下過程完成 yi＝Kixi(8) 其中，Φ表示逸度系數，上標L表示液相，上標G表示汽相，R是氣體常數，T是溫度，P是塔板壓強，下標m＝1，...，M表示組分，M表示組分數，摩爾體積v、物性參數bG、bL、bi、aG、aL、ai，m、ξG、ξL、汽相壓縮因子ZG、液相壓縮因子ZL由物性模塊計算； 3.3)檢驗是否成立，成立則結束迭代，返回計算結果，否則，更新塔板平衡溫度，返回3.2)繼續(xù)迭代。
作為優(yōu)選的另一種方案所述上位機還包括焓模塊，用以計算汽液相混合焓，其過程如下 其中Hi*表示第i個純組分理想氣體的焓值，H*是混合物理想氣體焓值，c、d、e、f、h為常數。
作為優(yōu)選的再一種方案所述上位機還包括物性模塊，用以計算物性參數，其過程如下 bi＝ΩbRTci/Pcia(14) Zci，m＝0.5(Zci+Zcm)(17) Pci，m＝RTci，mZci，m/Vci，m(18) Ωai，m＝0.5(Ωai+Ωam) (19) 對汽相 令 AG＝aGP/R2T2(22) BG＝bGP/RT (23) αG＝2BG-1 (24) 取初值為1-0.6Pr，用牛頓法解如下方程，即得到汽相壓縮因子ZG 則， vG＝RT/PZG(28) 對液相 令 AL＝aLP/R2T2(32) BL＝bLP/RT (33) αL＝2BL-1 (34) 取初值為Pr(0.106+0.078Pr)，用牛頓法解如下方程，即得到液相壓縮因子ZL 則， vL＝RT/PZL (38) Ωai＝Ci-Diτ+Eiτ2-Wiτ3(40) Ωb＝0.070721(41) τ＝0.01T(42) 其中，A、B、α、β、γ、τ、Ωa、Ωb是中間變量，C、D、E、W是常數，Tc、Pc、Vc、Zc分別是臨界溫度、壓力、體積和壓縮因子，Pr是對比壓力，R是氣體常數，ki，m表示第i組分和第m組分的二元交互系數，ki，m是常數，下標c表示臨界點的性質，下標r表示對比態(tài)，下標i，m表示第i組分和第m組分的二元混合物。
進一步，所述的上位機還包括結果顯示模塊，用于將優(yōu)化計算結果傳給控制站進行顯示，并通過現場總線將優(yōu)化計算結果傳遞到現場操作站進行顯示； 一種用所述的內部熱耦合精餾塔生產潛力優(yōu)化系統實現的生產潛力優(yōu)化方法，所述的生產潛力優(yōu)化方法包括以下步驟 1)設定塔的結構參數和操作參數，指定進料流量初值； 2)假定各塔板液相組成； 3)對每一個塔板，分別由泡點法計算其平衡溫度和汽相組成； 4)對每一個塔板，計算其汽液相的焓值； 5)聯立式(1)(2)計算各塔板的汽液相流量 其中，V表示汽相流量，U表示液相流量，F表示進料流量，HF表示進料焓值，S表示側提流量，HG和HL分別是汽液相焓值，下標j-1、j、j+1分別表示第j-1、j、j+1塊板，上標L表示液相，上標G表示汽相，Q表示熱耦合量，由下式計算 Q＝UAΔT(3)； 6)判斷式(4)是否成立，如果成立，則繼續(xù)步驟7)，否則，更新液相組成，返回步驟3)迭代； 其中，x是液相組成，y是汽相組成，z是進料組成，下標i＝1，...，M表示組分，M表示組分數； 7)判斷產品純度是否滿足約束，如果不滿足則結束迭代，輸出結果，前一步的進料流量即為最大進料量，如果滿足則將進料流量增加一個迭代步長Δ，返回步驟2)繼續(xù)迭代。
作為優(yōu)選的一種方案所述步驟3)中，由泡點法計算平衡溫度和汽相組成的過程如下 3.1)假定塔板平衡溫度； 3.2)計算汽液平衡常數，采用以下過程完成 yi＝Kixi(8) 其中，Φ表示逸度系數，上標L表示液相，上標G表示汽相，R是氣體常數，T是溫度，P是塔板壓強，下標m＝1，...，M表示組分，M表示組分數，摩爾體積v、物性參數bG、bL、bi、aG、aL、ai，m、ξG、ξL、汽相壓縮因子ZG、液相壓縮因子ZL由物性參數計算方法計算； 3.3)檢驗是否成立，成立則結束迭代，返回計算結果，否則，更新塔板平衡溫度，返回步驟3.2)繼續(xù)迭代。
作為優(yōu)選的另一種方案所述步驟4)中，計算汽液相混合焓，其過程如下 其中Hi*表示第i個純組分理想氣體的焓值，H*是混合物理想氣體焓值，c、d、e、f、h為常數。
作為優(yōu)選的再一種方案所述物性參數計算方法包括以下步驟 bi＝ΩbRTci/Pcia(14) Zci，m＝0.5(Zci+Zcm)(17) Pci，m＝RTci，mZci，m/Vci，m(18) Ωai，m＝0.5(Ωai+Ωam) (19) 對汽相 令 AG＝aGP/R2T2 (22) BG＝bGP/RT(23) αG＝2BG-1(24) 取初值為1-0.6Pr，用牛頓法解如下方程，即得到汽相壓縮因子ZG 則， vG＝RT/PZG(28) 對液相 令 AL＝aLP/R2T2(32) BL＝bLP/RT (33) αL＝2BL-1 (34) 取初值為Pr(0.106+0.078Pr)，用牛頓法解如下方程，即得到液相壓縮因子ZL 則， vL＝RT/PZL (38) Ωai＝Ci-Diτ+Eiτ2-Wiτ3(40) Ωb＝0.070721(41) τ＝0.01T(42) 其中，A、B、α、β、γ、τ、Ωa、Ωb是中間變量，C、D、E、W是常數，Tc、Pc、Vc、Zc分別是臨界溫度、壓力、體積和壓縮因子，Pr是對比壓力，R是氣體常數，ki，m表示第i組分和第m組分的二元交互系數，ki，m是常數，下標c表示臨界點的性質，下標r表示對比態(tài)，下標i，m表示第i組分和第m組分的二元混合物。
進一步，在所述的步驟7)中，上位機將優(yōu)化計算結果傳給控制站進行顯示，并通過現場總線將優(yōu)化計算結果傳遞到現場操作站進行顯示。
本發(fā)明的有益效果主要表現在1、對內部熱耦合精餾塔進行生產潛力優(yōu)化計算，指導生產；2、發(fā)掘裝置生產潛力，在保持產品純度滿足要求的前提下提高產量；3、降低單位產品能耗，從而提高生產效益。



圖1是本發(fā)明所提出的生產潛力優(yōu)化系統的硬件結構圖。
圖2是本發(fā)明所述內部熱耦合精餾塔結構示意圖。
圖3是本發(fā)明上位機的功能結構圖。

具體實施例方式 下面結合附圖對本發(fā)明作進一步描述。
實施例1 參照圖1、圖2、圖3，一種內部熱耦合精餾塔節(jié)能潛力優(yōu)化系統，包括與內部熱耦合精餾塔1連接的現場智能儀表2、控制站4、數據庫5以及上位機6，所述現場智能儀表2與數據接口3連接，所述數據接口3與控制站4、數據庫5以及上位機6連接，所述的上位機6包括 優(yōu)化計算模塊7，用以優(yōu)化計算，采用以下過程來完成 1)設定塔的結構參數和操作參數，指定進料流量初值； 2)假定各塔板液相組成； 3)對每一個塔板，分別由泡點法計算其平衡溫度和汽相組成； 4)對每一個塔板，分別計算汽液相的焓值； 5)由式(1)(2)計算各塔板的汽液相流量 其中，V表示汽相流量，U表示液相流量，F表示進料流量，HF表示進料焓值，S表示側提流量，HG和HL分別是汽液相焓值，下標j-1、j、j+1分別表示第j-1、j、j+1塊板，上標L表示液相，上標G表示汽相，Q表示熱耦合量，由下式計算 Q＝UAΔT(3) 其中，UA表示熱耦合系數，ΔT表示耦合塔板間的溫差； 6)判斷下式(4)是否成立，如果成立，則繼續(xù)7)，否則，更新各塔板液相組成，返回3)迭代； 其中，x是液相組成，y是汽相組成，z是進料組成，下標i＝1，...，M表示組分，M表示組分數； 7)判斷產品純度是否滿足約束，如果不滿足則結束迭代，輸出結果，前一步的進料流量即為最大進料量，如果滿足則將進料流量增加一個迭代步長Δ，返回2)繼續(xù)迭代。
所述上位機還包括泡點法模塊8，用以由泡點法計算其平衡溫度和汽相組成，其過程如下 3.1)假定塔板平衡溫度； 3.2)計算汽液平衡常數，采用以下過程完成 yi＝Kixi(8) 其中，Φ表示逸度系數，上標L表示液相，上標G表示汽相，R是氣體常數，T是溫度，P是塔板壓強，下標m＝1，...，M表示組分，M表示組分數，摩爾體積y、物性參數bG、bL、bi、aG、aL、ai，m、ξG、ξL、汽相壓縮因子ZG、液相壓縮因子ZL由物性模塊計算； 3.3)檢驗是否成立，成立則結束迭代，返回計算結果，否則，更新塔板平衡溫度，返回3.2)繼續(xù)迭代。
所述上位機6還包括焓模塊9，用以計算汽液相混合焓，其過程如下 其中Hi*表示第i個純組分理想氣體的焓值，H*是混合物理想氣體焓值，c、d、e、f、h為常數。
所述上位機6還包括物性模塊10，用以計算物性參數，其過程如下 bi＝ΩbRTci/Pcia(14) Zci，m＝0.5(Zci+Zcm)(17) Pci，m＝RTci，mZci，m/Vci，m(18) Ωai，m＝0.5(Ωai+Ωam) (19) 對汽相 令 AG＝aGP/R2T2(22) BG＝bGP/RT (23) αG＝2BG-1 (24) 取初值為1-0.6Pr，用牛頓法解如下方程，即得到汽相壓縮因子ZG 則， vG＝RT/PZG(28) 對液相 令 AL＝aLP/R2T2(32) BL＝bLP/RT (33) αL＝2BL-1 (34) 取初值為Pr(0.106+0.078Pr)，用牛頓法解如下方程，即得到液相壓縮因子ZL 則， vL＝RT/PZL (38) Ωai＝Ci-Diτ+Eiτ2-Wiτ3(40) Ωb＝0.070721(41) τ＝0.01T(42) 其中，A、B、α、β、γ、τ、Ωa、Ωb是中間變量，C、D、E、W是常數，Tc、Pc、Vc、Zc分別是臨界溫度、壓力、體積和壓縮因子，Pr是對比壓力，R是氣體常數，ki，m表示第i組分和第m組分的二元交互系數，ki，m是常數，下標c表示臨界點的性質，下標r表示對比態(tài)，下標i，m表示第i組分和第m組分的二元混合物。
所述的上位機6還包括結果顯示模塊11，用于將優(yōu)化計算結果傳給控制站進行顯示，并通過現場總線將優(yōu)化計算結果傳遞到現場操作站進行顯示。
本實施例的內部熱耦合精餾塔節(jié)能潛力優(yōu)化系統的硬件結構圖如附圖1所示，所述的優(yōu)化系統核心由包括優(yōu)化計算模塊7、泡點法模塊8、焓模塊9、物性模塊10、結果顯示模塊11和人機界面的上位機6構成，此外還包括現場智能儀表2，數據接口3、控制站4、數據庫5和現場總線。內部熱耦合精餾塔1、智能儀表2、數據接口3、控制站4、數據庫5、上位機6通過現場總線依次相連，實現信息流的上傳和下達。優(yōu)化系統在上位機6上運行，可以方便地與底層系統進行信息交換。
本實施例的優(yōu)化系統的功能結構圖如附圖3所示，主要包括優(yōu)化計算模塊7、泡點法模塊8、焓模塊9、物性模塊10、結果顯示模塊11等。
所述的生產潛力優(yōu)化方法按照如下步驟進行實施 1)設定塔的結構參數和操作參數，指定進料流量初值； 2)假定各塔板液相組成； 3)對每一個塔板，分別由泡點法計算其平衡溫度和汽相組成； 4)對每一個塔板，計算其汽液相的焓值； 5)聯立式(1)(2)計算各塔板的汽液相流量 其中，V表示汽相流量，U表示液相流量，F表示進料流量，HF表示進料焓值，S表示側提流量，HG和HL分別是汽液相焓值，下標j-1、j、j+1分別表示第j-1、j、j+1塊板，上標L表示液相，上標G表示汽相，Q表示熱耦合量，由下式計算 Q＝UAΔT(3)； 6)判斷式(4)是否成立，如果成立，則繼續(xù)步驟7)，否則，更新液相組成，返回步驟3)迭代； 其中，x是液相組成，y是汽相組成，z是進料組成，下標i＝1，...，M表示組分，M表示組分數； 7)判斷產品純度是否滿足約束，如果不滿足則結束迭代，輸出結果，前一步的進料流量即為最大進料量，如果滿足則將進料流量增加一個迭代步長Δ，返回步驟2)繼續(xù)迭代。
實施例2 參照圖1、圖2、圖3，一種內部熱耦合精餾塔生產潛力優(yōu)化方法，所述的生產潛力優(yōu)化方法包括以下步驟 1)設定塔的結構參數和操作參數，指定進料流量初值； 2)假定各塔板液相組成； 3)對每一個塔板，分別由泡點法計算其平衡溫度和汽相組成； 4)對每一個塔板，計算其汽液相的焓值； 5)聯立式(1)(2)計算各塔板的汽液相流量 其中，V表示汽相流量，U表示液相流量，F表示進料流量，HF表示進料焓值，S表示側提流量，HG和HL分別是汽液相焓值，下標j-1、j、j+1分別表示第j-1、j、j+1塊板，上標L表示液相，上標G表示汽相，Q表示熱耦合量，由下式計算 Q＝UAΔT(3)； 6)判斷式(4)是否成立，如果成立，則繼續(xù)步驟7)，否則，更新液相組成，返回步驟3)迭代； 7)判斷產品純度是否滿足約束，如果不滿足則結束迭代，輸出結果，前一步的進料流量即為最大進料量，如果滿足則將進料流量增加一個迭代步長Δ，返回步驟2)繼續(xù)迭代。
所述步驟3)中，由泡點法計算平衡溫度和汽相組成的過程如下 3.1)假定塔板平衡溫度； 3.2)計算汽液平衡常數，采用以下過程完成 yi＝Kixi(8) 其中，Φ表示逸度系數，上標L表示液相，上標G表示汽相，R是氣體常數，T是溫度，P是塔板壓強，下標m＝1，...，M表示組分，M表示組分數，摩爾體積v、物性參數bG、bL、bi、aG、aL、ai，m、ξG、ξL、汽相壓縮因子ZG、液相壓縮因子ZL由物性參數計算方法計算； 3.3)檢驗是否成立，成立則結束迭代，返回計算結果，否則，更新塔板平衡溫度，返回步驟3.2)繼續(xù)迭代。
所述步驟4)中，計算汽液相混合焓，其過程如下 其中Hi*表示第i個純組分理想氣體的焓值，H*是混合物理想氣體焓值，c、d、e、f、h為常數。
所述物性參數計算方法包括以下步驟 bi＝ΩbRTci/Pcia(14) Zci，m＝0.5(Zci+Zcm)(17) Pci，m＝RTci，mZci，m/Vci，m(18) Ωai，m＝0.5(Ωai+Ωam) (19) 對汽相 令 AG＝aGP/R2T2(22) BG＝bGP/RT (23) αG＝2BG-1 (24) 取初值為1-0.6Pr，用牛頓法解如下方程，即得到汽相壓縮因子ZG 則， vG＝RT/PZG(28) 對液相 令 AL＝aLP/R2T2(32) BL＝bLP/RT (33) αL＝2BL-1 (34) 取初值為Pr(0.106+0.078Pr)，用牛頓法解如下方程，即得到液相壓縮因子ZL 則， vL＝RT/PZL (38) Ωai＝Ci-Diτ+Eiτ2-Wiτ3(40) Ωb＝0.070721(41) τ＝0.01T(42) 其中，A、B、α、β、γ、τ、Ωa、Ωb是中間變量，C、D、E、W是常數，Tc、Pc、Vc、Zc分別是臨界溫度、壓力、體積和壓縮因子，Pr是對比壓力，R是氣體常數，ki，m表示第i組分和第m組分的二元交互系數，ki，m是常數，下標c表示臨界點的性質，下標r表示對比態(tài)，下標i，m表示第i組分和第m組分的二元混合物。
在所述的步驟7)中，上位機將優(yōu)化計算結果傳給控制站進行顯示，并通過現場總線將優(yōu)化計算結果傳遞到現場操作站進行顯示。
本發(fā)明所提出的內部熱耦合精餾塔生產潛力優(yōu)化系統及方法，已通過上述具體實施步驟進行了描述，相關技術人員明顯能在不脫離本發(fā)明內容、精神和范圍內對本文所述的裝置和操作方法進行改動或適當變更與組合，來實現本發(fā)明技術。特別需要指出的是，所有相類似的替換和改動對本領域的技術人員是顯而易見的，它們都會被視為包括在本發(fā)明精神、范圍和內容中。
權利要求
1.一種內部熱耦合精餾塔生產潛力優(yōu)化系統，包括與內部熱耦合精餾塔連接的現場智能儀表、控制站、數據庫以及上位機，所述現場智能儀表與控制站、數據庫和上位機連接，其特征在于所述的上位機包括
優(yōu)化計算模塊，用以優(yōu)化計算，采用以下過程來完成
1)設定塔的結構參數和操作參數，指定進料流量初值；
2)假定各塔板液相組成；
3)對每一個塔板，分別由泡點法計算其平衡溫度和汽相組成；
4)對每一個塔板，分別計算汽液相的焓值；
5)由式(1)(2)計算各塔板的汽液相流量
其中，V表示汽相流量，U表示液相流量，F表示進料流量，HF表示進料焓值，S表示側提流量，HG和HL分別是汽液相焓值，下標j-1、j、j+1分別表示第j-1、j、j+1塊板，上標L表示液相，上標G表示汽相，Q表示熱耦合量，由下式計算
Q＝UAΔT(3)
其中，UA表示熱耦合系數，ΔT表示耦合塔板間的溫差；
6)判斷下式(4)是否成立，如果成立，則繼續(xù)7)，否則，更新各塔板液相組成，返回3)迭代；
其中，x是液相組成，y是汽相組成，z是進料組成，下標i＝1，...，M表示組分，M表示組分數；
7)判斷產品純度是否滿足約束，如果不滿足則結束迭代，輸出結果，前一步的進料流量即為最大進料量，如果滿足則將進料流量增加一個迭代步長Δ，返回2)繼續(xù)迭代。
2.如權利要求1所述的內部熱耦合精餾塔生產潛力優(yōu)化系統，其特征在于所述上位機還包括泡點法模塊，用以由泡點法計算其平衡溫度和汽相組成，其過程如下
3.1)假定塔板平衡溫度；
3.2)計算汽液平衡常數，采用以下過程完成
yi＝Kixi(8)
其中，Ф表示逸度系數，上標L表示液相，上標G表示汽相，R是氣體常數，T是溫度，P是塔板壓強，下標m＝1，...，M表示組分，M表示組分數，摩爾體積v、物性參數bG、bL、bi、aG、aL、ai，m、ξG、ξL、汽相壓縮因子ZG、液相壓縮因子ZL由物性模塊計算；
3.3)檢驗是否成立，成立則結束迭代，返回計算結果，否則，更新塔板平衡溫度，返回3.2)繼續(xù)迭代。
3.如權利要求1或2所述的內部熱耦合精餾塔生產潛力優(yōu)化系統，其特征在于所述上位機還包括焓模塊，用以計算汽液相混合焓，其過程如下
其中Hi*表示第i個純組分理想氣體的焓值，H*是混合物理想氣體焓值，c、d、e、f、h為常數。
4.如權利要求2所述的內部熱耦合精餾塔生產潛力優(yōu)化系統，其特征在于所述上位機還包括物性模塊，用以計算物性參數，其過程如下
bi＝ΩbRTci/Pcia(14)
Zci，m＝0.5(Zci+Zcm)(17)
Pci，m＝RTci，mZci，m/Vci，m(18)
Ωai，m＝0.5(Ωai+Ωam)(19)
對汽相
令
AG＝aGP/R2T2(22)
BG＝bGP/RT(23)
αG＝2BG-1(24)
取初值為1-0.6Pr，用牛頓法解如下方程，即得到汽相壓縮因子ZG
則，
vG＝RT/PZG(28)
對液相
令
AL＝aLP/R2T2(32)
BL＝bLP/RT(33)
αL＝2BL-1(34)
取初值為Pr(0.106+0.078Pr)，用牛頓法解如下方程，即得到液相壓縮因子ZL
則，
vL＝RT/PZL(38)
Ωai＝Ci-Diτ+Eiτ2-Wiτ3(40)
Ωb＝0.070721(41)
τ＝0.01T(42)
其中，A、B、α、β、γ、τ、Ωa、Ωb是中間變量，C、D、E、W是常數，Tc、Pc、Vc、Zc分別是臨界溫度、壓力、體積和壓縮因子，Pr是對比壓力，R是氣體常數，ki，m表示第i組分和第m組分的二元交互系數，ki，m是常數，下標c表示臨界點的性質，下標r表示對比態(tài)，下標i，m表示第i組分和第m組分的二元混合物。
5.如權利要求1或2所述的內部熱耦合精餾塔生產潛力優(yōu)化系統，其特征在于所述的上位機還包括
結果顯示模塊，用于將優(yōu)化計算結果傳給控制站進行顯示，并通過現場總線將優(yōu)化計算結果傳遞到現場操作站進行顯示；
6.一種用如權利要求1所述的內部熱耦合精餾塔生產潛力優(yōu)化系統實現的生產潛力優(yōu)化方法，其特征在于所述的生產潛力優(yōu)化方法包括以下步驟
1)設定塔的結構參數和操作參數，指定進料流量初值；
2)假定各塔板液相組成；
3)對每一個塔板，分別由泡點法計算其平衡溫度和汽相組成；
4)對每一個塔板，計算其汽液相的焓值；
5)聯立式(1)(2)計算各塔板的汽液相流量
其中，V表示汽相流量，U表示液相流量，F表示進料流量，HF表示進料焓值，S表示側提流量，HG和HL分別是汽液相焓值，下標j-1、j、j+1分別表示第j-1、j、j+1塊板，上標L表示液相，上標G表示汽相，Q表示熱耦合量，由下式計算
Q＝UAΔT(3)；
6)判斷式(4)是否成立，如果成立，則繼續(xù)步驟7)，否則，更新液相組成，返回步驟3)迭代；
其中，x是液相組成，y是汽相組成，z是進料組成，下標i＝1，...，M表示組分，M表示組分數；
7)判斷產品純度是否滿足約束，如果不滿足則結束迭代，輸出結果，前一步的進料流量即為最大進料量，如果滿足則將進料流量增加一個迭代步長Δ，返回步驟2)繼續(xù)迭代。
7.如權利要求6所述的生產潛力優(yōu)化方法，其特征在于所述步驟3)中，由泡點法計算平衡溫度和汽相組成的過程如下
3.1)假定塔板平衡溫度；
3.2)計算汽液平衡常數，采用以下過程完成
yi＝Kixi(8)
其中，Ф表示逸度系數，上標L表示液相，上標G表示汽相，R是氣體常數，T是溫度，P是塔板壓強，下標m＝1，...，M表示組分，M表示組分數，摩爾體積v、物性參數bG、bL、bi、aG、aL、ai，m、ξG、ξL、汽相壓縮因子ZG、液相壓縮因子ZL由物性參數計算方法計算；
3.3)檢驗是否成立，成立則結束迭代，返回計算結果，否則，更新塔板平衡溫度，返回步驟3.2)繼續(xù)迭代。
8.如權利要求6或7所述的生產潛力優(yōu)化方法，其特征在于所述步驟4)中，計算汽液相混合焓，其過程如下
其中Hi*表示第i個純組分理想氣體的焓值，H*是混合物理想氣體焓值，c、d、e、f、h為常數。
9.如權利要求7所述的生產潛力優(yōu)化方法，其特征在于所述物性參數計算方法包括以下步驟
bi＝ΩbRTci/Pcia(14)
Zci，m＝0.5(Zci+Zcm)(17)
Pci，m＝RTci，mZci，m/Vci，m(18)
Ωai，m＝0.5(Ωai+Ωam)(19)
對汽相
令
AG＝aGP/R2T2(22)
BG＝bGP/RT(23)
αG＝2BG-1(24)
取初值為1-0.6Pr，用牛頓法解如下方程，即得到汽相壓縮因子ZG
則，
vG＝RT/PZG(28)
對液相
令
AL＝aLP/R2T2(32)
BL＝bLP/RT(33)
αL＝2BL-1(34)
取初值為Pr(0.106+0.078Pr)，用牛頓法解如下方程，即得到液相壓縮因子ZL
則，
vL＝RT/PZL(38)
Ωai＝Ci-Diτ+Eiτ2-Wiτ3(40)
Ωb＝0.070721(41)
τ＝0.01T(42)
其中，A、B、α、β、γ、τ、Ωa、Ωb是中間變量，C、D、E、W是常數，Tc、Pc、Vc、Zc分別是臨界溫度、壓力、體積和壓縮因子，Pr是對比壓力，R是氣體常數，ki，m表示第i組分和第m組分的二元交互系數，ki，m是常數，下標c表示臨界點的性質，下標r表示對比態(tài)，下標i，m表示第i組分和第m組分的二元混合物。
10.如權利要求6或7所述的生產潛力優(yōu)化方法，其特征在于在所述的步驟7)中，上位機將優(yōu)化計算結果傳給控制站進行顯示，并通過現場總線將優(yōu)化計算結果傳遞到現場操作站進行顯示。
全文摘要
一種內部熱耦合精餾塔生產潛力優(yōu)化系統，包括與內部熱耦合精餾塔連接的現場智能儀表、控制站、數據庫以及上位機上位機包括優(yōu)化計算模塊，用以優(yōu)化計算，過程設定塔的結構參數和操作參數，指定進料流量初值；假定各塔板液相組成；對每一個塔板，分別計算其平衡溫度和汽相組成和汽液相的焓值；判斷條件是否成立，如果成立則繼續(xù)，否則更新各塔板液相組成；判斷產品純度是否滿足約束，如果不滿足則結束迭代，輸出結果，前一步的進料流量即為最大進料量，如果滿足則將進料流量增加一個迭代步長Δ，繼續(xù)迭代。以及提出了一種生產潛力優(yōu)化方法。本發(fā)明能在保持產品純度滿足生產要求的前提下使得內部熱耦合精餾塔生產能力最大、降低單位產品能耗。
文檔編號B01D3/42GK101708375SQ200910155698
公開日2010年5月19日 申請日期2009年12月29日 優(yōu)先權日2009年12月29日
發(fā)明者劉興高, 閆正兵 申請人:浙江大學