【摘 要】多角度介紹了精餾過(guò)程中的節(jié)能、控制與優(yōu)化策略，對(duì)國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了論述，同時(shí)指明了未來(lái)的可能的發(fā)展方向

【關(guān)鍵詞】精餾過(guò)程 節(jié)能 控制優(yōu)化

一、前言

精餾過(guò)程是石油煉制、石油化工和其他化工過(guò)程中應(yīng)用最為廣泛的傳質(zhì)單元操作過(guò)程，也是化工領(lǐng)域能耗最大的單元操作之一。精餾過(guò)程效率的提高將會(huì)對(duì)化工過(guò)程產(chǎn)生極大的影響，具有重要的意義。通過(guò)機(jī)理建立精餾塔的穩(wěn)態(tài)過(guò)程、動(dòng)態(tài)模型，進(jìn)行對(duì)精餾塔的仿真研究、操作研究、控制研究以及優(yōu)化操作數(shù)據(jù)的研究。一方面，對(duì)已經(jīng)有的精餾工藝流程的合理改造和挖掘增效有利于；另一方面，較大的加大從在實(shí)驗(yàn)室的小實(shí)驗(yàn)到工業(yè)中大規(guī)模的把倍數(shù)放大，對(duì)于減小先進(jìn)的常常也是較為復(fù)雜的精餾節(jié)能開(kāi)發(fā)過(guò)程的周期，在理論上具有很大的研究意義，應(yīng)用上也具有很好的實(shí)際指導(dǎo)意義。

二、精餾過(guò)程的節(jié)能

（一）熱力學(xué)評(píng)價(jià)。精餾過(guò)程依據(jù)是熱力學(xué)的第二定律，一定要給系統(tǒng)提供一定的能量或者相應(yīng)的功，這一過(guò)程才能得以實(shí)現(xiàn)，是一個(gè)不可逆過(guò)程。精餾過(guò)程中，所傳遞出的能量或者所做的功大都是以熱能的形式體現(xiàn)。能量被利用的程度中，可以用兩類(lèi)效率來(lái)衡量它，那就是依據(jù)熱力學(xué)第一定律說(shuō)的熱效率和熱力學(xué)第二定律來(lái)說(shuō)的熱效率。前者只是反映過(guò)程中被利用能量的量的多少，反映不出能量在被利用過(guò)程中品位轉(zhuǎn)換的變化；后者卻可以反映能量在數(shù)量上和品位上的雙重變化，是能量被利用的綜合反映，反映了過(guò)程中能量被綜合有效利用的程度。

（二）推動(dòng)力分析。從能量的本質(zhì)看，精餾的過(guò)程是將物理有效能轉(zhuǎn)化為擴(kuò)散有效能，同樣伴隨著物理有效能的降價(jià)和折損。精餾過(guò)程的有效能損失是由幾點(diǎn)不可逆性所引發(fā)的：1.流動(dòng)液體的壓力降；2.幾個(gè)不同溫度物之間的熱量的相互流動(dòng)，或幾個(gè)不同溫度物流動(dòng)熱量的混合；3.濃度不平衡的物流間濃度的相互流動(dòng)，或各個(gè)不同濃度物流的混合。

壓差、溫差和濃度差均是相應(yīng)過(guò)程的推動(dòng)力，推動(dòng)力越大，則不可逆性越大，有效能損失也越大。因此，減少有效能損失的關(guān)鍵在于減少推動(dòng)力，精餾過(guò)程要求千方百計(jì)地減少推動(dòng)力；但推動(dòng)力又是實(shí)現(xiàn)精餾過(guò)程所不可缺少的，保持必要的推動(dòng)力，精餾過(guò)程才能得以進(jìn)行。

（三）精餾過(guò)程中的節(jié)能方法。精餾過(guò)程中主要的耗能設(shè)備是精餾塔。進(jìn)料前要先加熱到相應(yīng)的溫度，塔底再沸器產(chǎn)生蒸汽來(lái)供應(yīng)分量所需要的逆流流體。同樣地，精餾塔對(duì)冷量也有較多的需求，蒸汽要凝固降溫，產(chǎn)品要冷卻下來(lái)。能在節(jié)能基礎(chǔ)上得到想要的分離效果，有很多種熱集成方法。通過(guò)對(duì)精餾系統(tǒng)節(jié)能原理的了解，當(dāng)前節(jié)能方法大體可以總結(jié)成幾種：1.利用熱力學(xué)第一定律原理，充分利用和回收過(guò)程中其自身的冷能或熱能。例如，進(jìn)行保溫保冷，并收集物流的一部分顯熱和潛能等；2.依據(jù)精餾原理，減小精餾過(guò)程中所需要的能量。例如，減少回流比、采納新型塔板或者新型填料塔，來(lái)減少壓力降并提升分餾的效率?？刂蒲h(huán)精餾法能夠節(jié)省能源；3.依據(jù)熱力學(xué)第二定律原理，來(lái)提高精餾系統(tǒng)的熱力學(xué)效率。

三、精餾過(guò)程優(yōu)化

（一）過(guò)程優(yōu)化。過(guò)程優(yōu)化是生產(chǎn)過(guò)程設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵，可以極大提高過(guò)程中的經(jīng)濟(jì)效益。在過(guò)程系統(tǒng)性能、特點(diǎn)所特定的條件下，找到可以讓系統(tǒng)的性能指標(biāo)或者目標(biāo)函數(shù)值達(dá)到最?。ㄗ畲螅┑脑O(shè)施設(shè)備參數(shù)和操作條件。過(guò)程在線優(yōu)化是指對(duì)過(guò)程建模技術(shù)、優(yōu)化技術(shù)、先進(jìn)的操控技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的綜合應(yīng)用。要在可以滿(mǎn)足安全的生產(chǎn)要求和較好產(chǎn)品質(zhì)量的情況下，不斷的計(jì)算和更新過(guò)程的操作條件，讓生產(chǎn)過(guò)程一直保持在“最優(yōu)狀態(tài)”。精餾塔是分離過(guò)程中分離混合物應(yīng)用最為廣泛的一種設(shè)備，在石油、化工過(guò)程生產(chǎn)上有這至關(guān)重要的作用。精餾過(guò)程優(yōu)化是使精餾過(guò)程得到良好經(jīng)濟(jì)效益的重要手段，可以有效的提高產(chǎn)品的質(zhì)量、降低能量的耗耗。

（二）精餾過(guò)程的優(yōu)化模型。過(guò)程優(yōu)化必須建立在過(guò)程精準(zhǔn)的數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，直接影響優(yōu)化結(jié)果的最大原因就是模型的精度。因?yàn)榫s的過(guò)程具有時(shí)變特性，所以，建立實(shí)時(shí)校正技術(shù)和具有準(zhǔn)確的過(guò)程數(shù)學(xué)模型就至關(guān)重要了。一般還要給確定一定的約束條件，以確保優(yōu)化結(jié)果與實(shí)際過(guò)程之間的協(xié)調(diào)，從而可以及時(shí)刪除不符合實(shí)際過(guò)程的結(jié)果。尋優(yōu)時(shí)間是過(guò)程優(yōu)化中與實(shí)際過(guò)程相協(xié)調(diào)的另一個(gè)大的影響因素。實(shí)際過(guò)程中優(yōu)化計(jì)算的頻率并不是很高，但是精餾過(guò)程數(shù)學(xué)模型的求解時(shí)間有點(diǎn)長(zhǎng)，所以，一定會(huì)影響尋優(yōu)的速度，因此我們需要建立速度快、易解答的精餾過(guò)程數(shù)學(xué)模型。

（三）精餾過(guò)程的優(yōu)化方法

生產(chǎn)過(guò)程設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵之處是過(guò)程優(yōu)化，可以極大程度地提升過(guò)程的經(jīng)濟(jì)效益。一般，過(guò)程優(yōu)化有以下三種基本方法：1.Box的穩(wěn)態(tài)調(diào)優(yōu)技術(shù)；2.在過(guò)程數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上的優(yōu)化計(jì)算方法；3.相似過(guò)程動(dòng)態(tài)模型基礎(chǔ)上的實(shí)時(shí)辨識(shí)調(diào)優(yōu)技術(shù)。目前，在精餾優(yōu)化過(guò)程中大多采用在過(guò)程數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上的優(yōu)化計(jì)算方法，即第二個(gè)方法。它的原理是把描述過(guò)程系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型當(dāng)做最優(yōu)化的約束條件，采用最優(yōu)化的方法，如用來(lái)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)和找出過(guò)程的最優(yōu)設(shè)定值的是：線性、非線性規(guī)劃等。因?yàn)榫s過(guò)程、高度非線性和約束條件都很復(fù)雜，導(dǎo)致它的優(yōu)化問(wèn)題大部分都是有約束的多變量非線性系統(tǒng)的優(yōu)化問(wèn)題。因此優(yōu)化問(wèn)題關(guān)鍵點(diǎn)的其中之一是選用的優(yōu)化算法，我們能選用有約束條件下的優(yōu)化算法、不依賴(lài)于模型導(dǎo)數(shù)的算法和非線性算法。

四、結(jié)論

本文介紹了精餾過(guò)程中對(duì)節(jié)能的分析，精餾過(guò)程控制及其優(yōu)化。節(jié)能優(yōu)化、過(guò)程優(yōu)化技術(shù)是反映精餾設(shè)備投產(chǎn)后順利達(dá)到設(shè)計(jì)要求的重要保障，該技術(shù)的研究也能促進(jìn)反映精餾技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用，使其為化工企業(yè)產(chǎn)生最大的經(jīng)濟(jì)效益。

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