基于“自顶向下”的多单元反应精馏装置厂级过程控制系统设计方法

摘要

本发明公开了一种“自顶向下”的多单元反应精馏装置厂级过程控制系统设计方法，包括以下步骤：(1)确定最佳的稳态工艺参数；(2)确定控制系统的控制目标和控制自由度；(3)基于“自顶向下”的多回路过程控制系统设计，首先选择与经济指标相关或间接相关的被控变量设计经济控制回路，然后选择与生产过程密切相关的温度、压力、液位过程变量以及经济控制回路剩余自由度进行平衡控制回路的设计；(4)扰动运行，分析控制系统性能。本发明提供的针对多单元精馏过程的自动控制系统设计方法，适用于多种多单元反应精馏装置厂级过程控制系统设计，该设计方法有效解决了传统设计方法带来的经济控制目标不明确、控制回路过剩等问题，实现精馏装置闭环系统的长期稳定运行。

主权项

一种“自顶向下”的多单元反应精馏装置厂级过程控制系统设计方法，其特征在于包括以下步骤：(1)确定最佳的稳态工艺参数：根据多单元反应精馏过程体系的物系特征和实际工艺参数，利用化工流程模拟软件建立工艺流程稳态模型，在已建立的工艺流程稳态模型基础上，通过年生产成本最低的稳态优化设计方法，确定多单元反应精馏装置的最佳稳态工艺结构参数和操作参数；(2)确定控制系统的控制目标和控制自由度：在稳态优化设计基础上，针对塔内塔板温度、气液相流率和气液组成分布，根据工艺要求，合理确定产品质量和目标产物选择性作为控制系统设计的控制目标；根据工艺稳态模拟流程，确定控制系统的控制自由度；(3)基于“自顶向下”的多回路过程控制系统设计：在给定控制系统的控制自由度后，设计多回路自动控制系统；所述的多回路自动控制系统设计包括经济控制回路设计和平衡控制回路设计；所述经济控制回路的设计：选择与经济指标相关或间接相关的被控变量；所述的经济指标为产物的产量和质量，所述与经济指标相关的被控变量为工艺的进料量、精馏塔的上升蒸汽量和产物纯度或不纯度；在对产量进行控制时，需要控制与输入相关的变量；在对质量进行控制时，根据就近控制原则，选择与相应输出指标相近的控制自由度与其组成控制回路，进行直接控制；所述平衡控制回路的设计：选择与生产过程密切相关的温度、压力、液位过程变量以及经济控制回路剩余的控制自由度进行控制；(4)扰动运行，分析控制系统性能：针对设计的多回路自动控制系统，在动态模拟系统中，分别引入不同幅度不同方向的进料流量扰动和进料成分扰动，分析系统的动态响应性能指标；如果动态响应满足控制系统要求，则设计方案有效，反之则返回上一步骤，重新配对被控变量，修改平衡控制回路中不常规的长回路或者控制效果差的回路，直至动态响应满足系统要求。