空分塔生产潜力优化系统及方法

摘要

一种空分塔生产潜力优化系统，包括与空分塔连接的现场智能仪表以及控制站、数据库和上位机，上位机包括优化计算模块，采用以下过程：设定塔的结构参数和操作参数，指定进料空气流量初值；假定各塔板液相组成；对每一个塔板，分别计算其平衡温度和汽相组成；对每一个塔板，分别计算汽液相的焓值；计算各塔板的汽液相流量；判断式(3)是否成立，如果成立，则继续，否则，更新各塔板液相组成；判断产品氮气、氧气的纯度是否满足约束，如果不满足则结束迭代，输出结果，如果满足则将空气进料流量增加一个迭代步长Δ，返回继续迭代。以及提出了一种生产潜力优化方法。本发明获取使空分塔产品纯度满足生产要求且生产能力最大、并提高节能性。

主权项

1.一种空分塔生产潜力优化系统，包括与空分塔连接的现场智能仪表、以及控制站、数据库和上位机，智能仪表与控制站、数据库和上位机连接，其特征在于：所述的上位机包括：优化计算模块，用以优化计算，采用以下过程来完成：1)设定塔的结构参数和操作参数，指定进料空气流量初值；2)假定各塔板液相组成；3)对每一个塔板，分别由泡点法计算其平衡温度和汽相组成；4)对每一个塔板，分别计算汽液相的焓值；5)由式(1)(2)计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表示进料流量，H^F表示进料焓值，S表示侧提流量，H^G和H^L分别是汽液相焓值，下标j-1、j、j+1分别表示第j-1、j、j+1块板，上标L表示液相，上标G表示汽相，Q表示塔板传出的能量；6)判断下式(3)是否成立，如果成立，则继续7)，否则，更新各塔板液相组成，返回3)迭代；其中，x是液相组成，y是汽相组成，z是进料组成，下标i＝1、2、3表示组分，依次对应氮、氩、氧；7)判断产品氮气、氧气的纯度是否满足约束，如果不满足则结束迭代，输出结果，前一步的进料空气流量即为最大空气进料量，如果满足则将空气进料流量增加一个迭代步长Δ，返回2)继续迭代；所述上位机还包括：泡点法模块，用以由泡点法计算其平衡温度和汽相组成，其过程如下：3.1)假定塔板平衡温度；3.2)计算汽液平衡常数，采用以下过程完成：y_i＝K_ix_i                               (7)其中，Φ表示逸度系数，上标L表示液相，上标G表示汽相，R是气体常数，T是温度，P是塔板压强，下标m＝1、2、3表示组分，依次对应氮、氩、氧，摩尔体积v、物性参数b^G、b^L、b_i、a^G、a^L、a_i，m、ξ^G、ξ^L、汽相压缩因子Z^G、液相压缩因子Z^L由物性模块计算； 3.3)检验是否成立，成立则结束迭代，返回计算结果，否则，更新塔板平衡温度，返回3.2)继续迭代；所述上位机还包括：焓模块，用以计算汽液相混合焓，其过程如下：其中表示第i个纯组分理想气体的焓值，H^*是混合物理想气体焓值，c、d、e、f、h为常数；所述上位机还包括：物性模块，用以计算物性参数，其过程如下：b_i＝Ω_bRT_ci/P_cia                     (13)Z_ci，m＝0.5(Z_ci+Z_cm)                 (16)P_ci，m＝RT_ci，mZ_ci，m/V_ci，m         (17)Ω_ai，m＝0.5(Ω_ai+Ω_am)              (18)对汽相：令A^G＝a^GP/R²T²                         (21)B^G＝b^GP/RT                           (22)α^G＝2B^G-1                           (23)取初值为1-0.6P_r，用牛顿法解如下方程，即得到汽相压缩因子Z^G则，v^G＝RT/PZ^G                           (27)对液相：令A^L＝a^LP/R²T²                    (31)B^L＝b^LP/RT                      (32)α^L＝2B^L-1                      (33)取初值为P_r(0.106+0.078P_r)，用牛顿法解如下方程，即得到液相压缩因子Z^L则，v^L＝RT/PZ^L                      (37)Ω_ai＝C_i-D_iτ+E_iτ²-W_iτ³       (39)Ω_b＝0.070721                   (40)τ＝0.01T                       (41)其中，A、B、α、β、γ、τ是中间变量，C、D、E、W是常数，T_c、P_c、V_c、Z_c分别是临界温度、压力、体积和压缩因子，P_r是对比压力，R是气体常数，k_i，m表示第i组分和第m组分的二元交互系数，k_i，m是常数，下标c表示临界点的性质，下标r表示对比态，下标i，m表示第i组分和第m组分的二元混合物，Ω_a、Ω_b是中间变量。