主权项 |
一种空分塔非平衡级节能控制系统,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、上位机连接,其特征在于:所述的上位机包括:信号采集模块,用以采集当前生产工况数据;节能控制模块,用以节能控制,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)假定各塔板液相主体组成、汽液相流量、塔板温度;3)对每一个塔板,分别计算液相传质通量: <mrow> <msub> <mi>L</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>j</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>F</mi> <mi>j</mi> <mi>L</mi> </msubsup> <msubsup> <mi>z</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>j</mi> </mrow> <mi>L</mi> </msubsup> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>L</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>S</mi> <mi>j</mi> <mi>L</mi> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>N</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>j</mi> </mrow> <mi>L</mi> </msubsup> <mo>=</mo> <mn>0</mn> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>其中,L表示液相流量,F表示进料流量,S表示侧提流量,x表示液相组成,z表示进料组成,N表示传质通量,上标L表示液相,下标i=1、2、3表示组分,依次对应氮、氩、氧,下标j-1、j分别表示第j-1和第j块塔板;4)对每一个塔板,分别计算汽相主体组成 <mrow> <msub> <mi>V</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <msub> <mi>y</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>j</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>F</mi> <mi>j</mi> <mi>G</mi> </msubsup> <msubsup> <mi>z</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>j</mi> </mrow> <mi>G</mi> </msubsup> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>V</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>S</mi> <mi>j</mi> <mi>G</mi> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <msub> <mi>y</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>N</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>j</mi> </mrow> <mi>L</mi> </msubsup> <mo>=</mo> <mn>0</mn> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>其中V表示汽相流量,y表示汽相组成,上标G表示汽相;5)对每一个塔板,分别计算其汽液相主体的焓值;6)对每一个塔板,分别计算汽液相有效传质系数;7)对每一个塔板,分别计算液相界面组成: <mrow> <msubsup> <mi>N</mi> <mi>i</mi> <mi>L</mi> </msubsup> <mo>=</mo> <msubsup> <mi>k</mi> <mrow> <mi>eff</mi> <mo>,</mo> <mi>i</mi> </mrow> <mi>L</mi> </msubsup> <mi>a</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>x</mi> <mi>i</mi> <mi>I</mi> </msubsup> <mo>-</mo> <msub> <mi>x</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <msub> <mi>x</mi> <mi>i</mi> </msub> <msub> <mi>N</mi> <mi>t</mi> </msub> <mo>,</mo> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1,2</mn> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>3</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <munderover> <mi>Σ</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mn>3</mn> </munderover> <msubsup> <mi>x</mi> <mi>i</mi> <mi>I</mi> </msubsup> <mo>=</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>4</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>其中,keff,iL表示第i个组分液相有效传质系数,a表示传质面积,xiI表示第i个组分的液相界面组成,Nt表示总传质通量;8)对每一个塔板,分别由泡点法计算其平衡温度和汽相界面组成;9)判断下式(5)是否满足,如果满足则继续10),如果不满足则更新各塔板液相主体组成、汽液相流量、塔板温度,返回3)继续迭代: <mrow> <msub> <mi>V</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <msubsup> <mi>H</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>G</mi> </msubsup> <mo>+</mo> <msub> <mi>L</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <msubsup> <mi>H</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>L</mi> </msubsup> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>F</mi> <mi>j</mi> <mi>G</mi> </msubsup> <msubsup> <mi>H</mi> <mi>j</mi> <mi>FG</mi> </msubsup> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>F</mi> <mi>j</mi> <mi>L</mi> </msubsup> <msubsup> <mi>H</mi> <mi>j</mi> <mi>FL</mi> </msubsup> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>V</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>S</mi> <mi>j</mi> <mi>G</mi> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <msubsup> <mi>H</mi> <mi>j</mi> <mi>G</mi> </msubsup> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>L</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>S</mi> <mi>j</mi> <mi>L</mi> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <msubsup> <mi>H</mi> <mi>j</mi> <mi>L</mi> </msubsup> <mo>-</mo> <msub> <mi>Q</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo><</mo> <mi>ϵ</mi> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>5</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <munderover> <mi>Σ</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mn>3</mn> </munderover> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo><</mo> <mi>ϵ</mi> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>6</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <munderover> <mi>Σ</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mn>3</mn> </munderover> <msub> <mi>y</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo><</mo> <mi>ϵ</mi> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>7</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <msubsup> <mi>k</mi> <mrow> <mi>eff</mi> <mo>,</mo> <mi>i</mi> </mrow> <mi>G</mi> </msubsup> <mi>a</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>y</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>y</mi> <mi>i</mi> <mi>I</mi> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <msub> <mi>y</mi> <mi>i</mi> </msub> <msub> <mi>N</mi> <mi>t</mi> </msub> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>N</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>j</mi> </mrow> <mi>L</mi> </msubsup> <mo><</mo> <mi>ϵ</mi> <mo>,</mo> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1,2</mn> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>8</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>其中,HFG、HFL分别表示汽液相进料焓值,HG和HL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,ε是容差,keff,iG是汽相有效传质系数,Q表示塔板传出的热量;10)判断产品氮气、氧气的纯度和产量是否满足当前生产工况要求,如果不满足则结束迭代,前一步的进料空气流量即为最大空气进料量,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2)继续迭代。 |