空分塔節能潛力優化系統及方法

2023-10-24 16:44:12

專利名稱：空分塔節能潛力優化系統及方法
技術領域：
本發明涉及空分領域，特別地，涉及一種空分塔節能潛力優化系統及方法。
背景技術：
氧氣、氮氣和氬氣在一個國家國民經濟中的應用十分廣泛。空氣中含有約78. 12% 的氮、20. 95%的氧、0. 93%的氬(體積含量)和少量的二氧化碳、氖、氦、氫、氛、水蒸氣(根 據空氣的溼度)等，是製取氧、氮、氬等產品的原料氣。低溫空氣分離法(cryogenic air s印aration)是利用空氣中氧、氮、氬等組分沸點(揮發度)的不同，使用精餾的方法分離低 溫液態空氣而得到高純度的氧、氮、氬產品。 能源危機的加深，強烈地促進了許多領域能源的有效利用。在空氣分離工業中，能 源成本佔了空氣產品價格的75%。於是出現這樣的情況，一方面，由於現代工業的發展，一 些大型工業項目如鋼鐵工業、化學工業、石油開採等都需要由大型空分裝置提供空氣製品， 需求量也越來越大。另一方面，能耗成本也隨著能源危機，變得越來越大。因此在這樣的形 勢下，提高空氣分離技術的能量效率顯得刻不容緩。 過程優化是生產過程設計開發的關鍵，對於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。空分塔節能潛力優化是指，在保持產品純 度和產量滿足生產要求的前提下，找到使得空分塔能耗最小的操作條件，從而達到節能降 耗的目的。

發明內容
為了克服現有的空氣分離工業過程的能耗大、能量效率較低的不足，本發明提供
一種能在保持產品純度和產量滿足生產要求的前提下使得空分塔能耗最小、並有效提高能
量效率的空分塔節能潛力優化系統及方法。 本發明解決其技術問題所採用的技術方案是 —種空分塔節能潛力優化系統，包括與空分塔連接的現場智能儀表、以及上位機；
現場智能儀表與控制站、資料庫和上位機連接，所述的上位機包括 優化計算模塊，用以優化計算，採用以下過程來完成 1)設定塔的結構參數，指定優化變量初值，令迭代步數k = 0 ; 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 ^《1+"7—^4+巧《-fe+《)巧-Q=0 (1)
+^ _化+《)-(C/乂 +《)=0 (2)
其中，V表示汽相流量，U表示液相流量，F表示進料流量，HF表示進料烚值，S表示 側提流量，tf和#分別是汽液相焓值，下標j-l、 j、 j+l分別表示第j-l、 j、 j+l塊板，上標 L表示液相，上標G表示汽相，Q表示塔板傳出的熱量； 6)判斷下式是否成立，如果成立，則繼續7)，否則，更新各塔板液相組成，返回3) 迭代； ^>,J+1 ，+巧、—化—(巧<0.0001 (3 ) 其中，x是液相組成，y是汽相組成，z是進料組成，下標i = 1、2、3表示組分，依次
對應氮、氬、氧； 7)計算第k步的目標函數值f (k):
f (k) = FHF (4) 8)如果k^0且| (f(k)-f(k-l))/f(k-l) | < e則結束迭代，輸出結果，否則，迭 代步數k增加l，並更新優化變量，返回2)迭代，其中f(k-l)表示第k-l(k^0)的目標函 數值，e是容差。
作為優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，採用以下過程完成
ln①，=ln—.，，.4(卜Z" + fV(備-~^~)/"r (5)
lnO =ln
燈
6,
-)/6° r (6)
(7) 《=Of /《
yi = KiXi (8) 其中，①表示逸度係數，上標L表示液相，上標G表示汽相，R是氣體常數，P是塔 板壓強，T是溫度，下標m二 1、2、3表示組分，依次對應氮、氬、氧，摩爾體積v、物性參數lA b\ bp ^、 a\ ai,m、《e、《l、汽相壓縮因子zs、液相壓縮因子由物性模塊計算； 3. 3)檢驗
i-2>,
<0.0001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)繼續迭代。 作為優選的再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
，2 ,厶t3 , 7-t4 = 。+《r + e,r2+乂:r+/2,r ^二Xi3^ wr (i_m(aG_r
(9)
(10)
(11)/f n (i-z，^(^-r !)/^
(12)
其中表示第i個純組分理想氣體的焓值，lT是混合物理想氣體焓值，c、d、e、f、常數。
下
作為優選的另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
h = QbRTci/Pcia Zci,m = 0.5(Zci+ZCm)
Pci,m = RTci,mZci,m/Vci,m(18) Qai,m = 0.5(Qai+Qanl)
對汽相
令
AG = aGP/R2T2 BG = bGP/RT a G = 2BG_1
=2C8G3 +5g2)-
(14)
(13)
(15)
(16)
(17) (19)
(20)
(21)
(22)
(23)
(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Ze
則，
vG = RT/PZG 《G =0.242536 In
對液相
令
AL = aLP/R2T2 BL = bLP/RT a l = 2BL_1
,+3.5615536' vG-0.561553Z/
(25)
(26)
(27)
(28)
(29)
(30)
(31)
(32)
(33)
(34)




-1 = 35L—55i2 (35)
y丄=2(5丄3 + 5Z'2) _ ^丄 (36 ) 取初值為Pr(O. 106+0. 078Pr)，用牛頓法解如下方程，即得到液相壓縮因子
+c^Zi2+^ZL + /=0 (37)
則，
vL = RT/PZL (38)
.訓6《+3.56脳: (39)
,—0.561553^ q ai = C「Di t +Ei t 2-Wi t 3 (40)
Qb = 0.070721 (41)
t = 0. 01T (42) 其中，A、B、 a 、 |3 、 y、 t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，^是對比壓力，R是氣體常數，ku表示第i組分和第m組分 的二元交互係數，km是常數，下標c表示臨界點的性質，下標r表示對比態，下標i， m表示 第i組分和第m組分的二元混合物，Qa、 Qb是中間變量。
作為優選的另一種方案所述的上位機還包括結果顯示模塊，用於將優化計算 結果傳給控制站進行顯示，並通過現場總線將優化計算結果傳遞到現場操作站進行顯示。
作為優選的再一種方案所述的優化變量包括進料空氣流量、進料空氣溫度、下 塔壓強、汙氣氮流量、膨脹空氣流量和氧氣流量。
—種空分塔節能潛力優化方法，所述的優化方法包括以下步驟
1)設定塔的結構參數，指定優化變量初值，令迭代步數k = 0 ;
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；
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 +巧《-化+《)^-& -Q =o (1 ) J^+C/^+if0 (2) 其中，V表示汽相流量，U表示液相流量，F表示進料流量，HF表示進料烚值，S表示 側提流量，tf和#分別是汽液相焓值，下標j_l、 j、 j+1分別表示第j_l、 j、 j+1塊板，上標 L表示液相，上標G表示汽相，Q表示塔板傳出的熱量； 6)判斷下式是否成立，如果成立，則繼續步驟7)，否則，更新各塔板液相組成，返 回步驟3)迭代； ^+而+, Vl +《、.-化+《)& -<0.0001 ( 3 ) 其中，x是液相組成，y是汽相組成，z是進料組成，下標i = 1、2、3表示組分，依次
對應氮、氬、氧； 7)計算第k步的目標函數值f (k):
f (k) = FHF (4)
8)如果k-0且I (f(k)-f(k-l))録-l) I < e則結束迭代，輸出結果，否則，迭代步數k增加l，並更新優化變量，返回步驟2)迭代，其中f(k-l)表示第k-l(k^0)的目標函數值，e是容差。 作為優選的一種方案所述步驟3)中，所述的泡點法計算其平衡溫度和汽相，採
用以下過程完成 3. 1)假定塔板平衡溫度； 3. 2)計算汽液平衡常數，採用以下過程完成
lnW =ln-6.
iV'-6 ) &
匿)/6丄燈 (5)
(7)
/ 77 /) /) 2 Z & A ，m 《,=cDf/0「
yi = KiXi (8) 其中，①表示逸度係數，上標L表示液相，上標G表示汽相，R是氣體常數，P是塔板壓強，下標m = 1、2、3表示組分，依次對應氮、氬、氧，摩爾體積v、物性參數lA b\ bp ^、a\ ai,m、 ； e、 ； \汽相壓縮因子Z^液相壓縮因子由物性參數計算方法計算； 3. 3)檢驗
1-1>,
O.OOOl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)繼續迭代。
作為優選的另一種方案所述的步驟4)中，焓計算方法過程如下
，2畫屍t3 , 7-t4 //, = c.+《r + e.r2+/r+/2,.r ^^二X!乂^^ = _燈(l-zc)-f(aC-r
=//*—i r (1—z丄)一《丄o丄一r
(9)
(10)
(11)
(12) 其中表示第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。
作為優選的另一種方案所述的物性參數計算方法過程如下
二
"t , 〃t
w2r—2
(14)
^=0.125(《/3《)3
Zci,m = 0.5(Zci+ZCm)
Pd.m = RTd.mZc1..m/Vci.m(18)
(13)
(15)
(16)
(17)0147,0148:0149'Qai,m = 0.5(Qai+Qanl)(19)對汽相(20)(21)令AG = aGP/R2T2(22)BG = bGP/RT(23)a G = 2BG_1(24)〃g = ,_35g—f(25)(26)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fZg3 +aGZG2 +/ Zg+;kg =0(27)則，vG = RT/PZG(28)6,361n。3.561553ZC ,-0.561553Z)G(29)對液相(30)(31)令AL = aLP/R2T2(32)BL = bLP/RT(33)a l = 2BL_1(34)(35)(36)取初值為PJO. 106+0. 078P》，用牛頓法解如下方程，即得到液相壓縮因子
+aLZi2十"Z、 / =0(37)則，vL = RT/PZL(38)" …w 一+3.5615536丄 f =0.242536 In "7-p b 0.561553V(39)q ai = C「Di t +Ei t 2-Wi t 3 (40)
Qb = 0.070721 (41)t = 0. 01T (42)其中，A、B、 a 、 |3 、 y、 t是中間變l
:，C、 D、 E、 W是常數，T。、 P。、 V。、 Z。分別是臨界
溫度、壓力、體積和壓縮因子，^是對比壓力，R是氣體常數，ku表示第i組分和第m組分的二元交互係數，是常數，下標c表示臨界點的性質，下標r表示對比態，下標i，m表示第i 組分和第m組分的二元混合物，Qa、 Qb是中間變量。 作為優選的另一種方案在所述的步驟8)中，上位機將優化計算結果傳給控制站 進行顯示，並通過現場總線將優化計算結果傳遞到現場操作站進行顯示。 作為優選的再一種方案所述的優化變量包括進料空氣流量、進料空氣溫度、下 塔壓強、汙氣氮流量、膨脹空氣流量和氧氣流量 本發明的有益效果主要表現在對空分塔進行節能潛力優化計算，指導生產，發掘 裝置節能潛力，降低能耗，提高生產效益。


圖1是本發明所提出的節能潛力優化系統的硬體結構圖。
圖2是本發明所指的空分塔的結構示意圖。
圖3是本發明上位機的功能模塊圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明作進一步描述。
實施例1 參照圖1 圖3，一種空分塔節能潛力優化系統，包括與空分塔1連接的現場智能 儀表2、數據接口 3、控制站4、資料庫5以及上位機6，智能儀表2與現場總線連接，數據總 線與數據接口 3連接，數據接口 3與控制站4、資料庫5以及上位機6連接，所述的上位機6 包括 優化計算模塊7，用以優化計算，採用以下過程來完成 1)設定塔的結構參數，指定優化變量初值，令迭代步數k = 0 ; 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；
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 i +5《-化--Q =0 ( 1 ) K+1 , -(K +《)=0 (2) 其中，V表示汽相流量，U表示液相流量，F表示進料流量，HF表示進料烚值，S表示 側提流量，tf和#分別是汽液相焓值，下標j-l、 j、 j+l分別表示第j-l、 j、 j+l塊板，上標 L表示液相，上標G表示汽相，Q表示塔板傳出的熱量； 6)判斷下式(3)是否成立，如果成立，則繼續7)，否則，更新各塔板液相組成，返回 3)迭代; f>,J+1 ,+《l ——<0.0001 (3 ) 其中，x是液相組成，y是汽相組成，z是進料組成，下標i = 1、2、3表示組分，依次
對應氮、氬、氧； 7)計算第k步的目標函數值f(k):
(37)則，vL = RT/PZL(38)f =0.242536 -^ 9 一-0.561553W(39)Qai二C「Dj+Ei -Wi (40)Qb = 0. 070721(41)t = 0. 01T(42)
其中，A、B、 a 、 p 、 y 、 t是中間變量，C、 D、 e、 W是常數，T。、 P。、 V。、 Z。分別是臨界 溫度、壓力、體積和壓縮因子，^是對比壓力，R是氣體常數，ku表示第i組分和第m組分 的二元交互係數，km是常數，下標c表示臨界點的性質，下標r表示對比態，下標i， m表示 第i組分和第m組分的二元混合物，Qa、 Qb是中間變量。 所述的上位機還包括結果顯示模塊ll，用於將優化計算結果傳給控制站進行顯 示，並通過現場總線將優化計算結果傳遞到現場操作站進行顯示。 本實施例的空分塔節能潛力優化系統的硬體結構圖如附圖1所示，所述的優化系 統核心由包括優化計算模塊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、資料庫5和現 場總線。空分塔1、智能儀表2、數據接口3、控制站4、資料庫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。 本實施例的優化系統的功能模塊圖如附圖3所示，主要包括優化計算模塊7、泡點 法模塊8、焓模塊9、物性模塊10、結果顯示模塊11等。
所述的優化方法按照如下步驟進行實施 1)設定塔的結構參數，指定優化變量初值，令迭代步數k = 0 ;
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；
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 ^《+"廣^+巧《-化+5f)《-(q《)巧-g丌O (1) ^+t/^+7f=0 (2) 其中，V表示汽相流量，U表示液相流量，F表示進料流量，HF表示進料烚值，S表示 側提流量，tf和#分別是汽液相焓值，下標j-l、 j、 j+l分別表示第j-l、 j、 j+l塊板，上標 L表示液相，上標G表示汽相，Q表示塔板傳出的熱量； 6)判斷下式(3)是否成立，如果成立，則繼續步驟7)，否則，更新各塔板液相組成， 返回步驟3)迭代； CJ+1 ,+巧、_化-(S <0.冊1 (3 ) 其中，x是液相組成，y是汽相組成，z是進料組成，下標i = 1、2、3表示組分，依次
對應氮、氬、氧； 7)計算第k步的目標函數值f (k):
f (k) = FHF (4) 8)如果k^O且I (f(k)-f(k-l))/f(k-l) I < e則結束迭代，輸出結果，否則，迭 代步數k增加l，並更新優化變量，返回步驟2)迭代，其中f(k-l)表示第k-l(k^0)的目 標函數值，e是容差。
實施例2 參照圖1、圖2、圖3，一種空分塔節能潛力優化方法，所述的優化方法包括以下步 驟

側提流
(1)
(2)
，tf表示進料焓值，S表示 1)設定塔的結構參數，指定優化變量初值，令迭代步數k = 0 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； 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 k《)《—(q《)巧—2, =0
K+1 +^ +if —化+5f )—(巧+《)=0
其中，V表示汽相流量，U表示液相流量，F表示進料賴
，和HL分別是汽液相焓值，下標j_l、 j、 j+l分別表示第j_l、 j、 j+l塊板，上標 L表示液相，上標G表示汽相，Q表示塔板傳出的熱量； 6)判斷下式(3)是否成立，如果成立，則繼續步驟7)，否則，更新各塔板液相組成， 返回步驟3)迭代； P>,J+1 +巧—而—,+巧、-化+5f -(巧<0.0001 ( 3 ) 其中，x是液相組成，y是汽相組成，z是進料組成，下標i = 1、2、3表示組分，依次
對應氮、氬、氧； 7)計算第k步的目標函數值f (k):
f (k) = F*HF (4) 8)如果k^0且I (f(k)-f(k-l))録-l) I < e則結束迭代，輸出結果，否則，迭 代步數k增加l，並更新優化變量，返回步驟2)迭代，其中f(k-l)表示第k-l(k^0)的目 標函數值，e是容差。 所述的步驟3)中，所述的泡點法計算其平衡溫度和汽相，採用以下過程完成 3. 1)假定塔板平衡溫度； 3. 2)計算汽液平衡常數，採用以下過程完成
(5)

板壓強 a 、 a]. m 、
ln<D =ln-
燈
G、6.
f)
-)/6Gi r (6)
(7)
P(vG-= (Df /《
yi = KiXi (8)
其中，①表示逸度係數，上標L表示液相，上標G表示汽相，R是氣體常數，P是塔 下標m = 1、2、3表示組分，依次對應氮、氬、氧，摩爾體積v、物性參數lA b\ bp ^、 I e、 l L、汽相壓縮因子Z^液相壓縮因子由物性參數計算方法計算； 3. 3)檢驗
<0.0001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)繼續迭代。 所述步驟4)中，所述的焓計算方法過程如下
(9)(10)//g—燈(i zG)《G(, r ""G)/6G(11)/7 丄 //丄一—(i z丄)f(a丄r(12)其中表示第i個純組分理想氣體的焓值，lT是混合物理想氣體焓值，c、d、e、f、h為常數。所述的物性參數計算方法過程如下/7— o/ 2y7 2 / p(13)bi = QbRTci/Pcia (14)(15)(16)Zci,m = 0.5(Zci+Zcm) (17)Pci,m = RTci,mZci,m/Vci,m(18)Qai,m = 0.5(Qai+Qani) (19)對汽相(20)(21)令= a^P/R2!12 (22)BG = bGP/RT (23)a c = 2BG-1 (24)々g = ^g一3^g一5^g2(25)(26)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f
(27)則，vG = RT/PZG (28)r八一"，，,+3.5615536G 《& = 0.242536 In ^-^(29)對液相(30)(31)[0303: [0304: [0305: [0306: [0307: [0308: [0309: 在所述的步驟8)中，將優化計算結果傳給控制站進行顯示，並通過現場總線將優 化計算結果傳遞到現場操作站進行顯示。 本發明所提出的空分塔節能潛力優化系統及方法，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明內容、精神和範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明精神、範圍 和內容中。
權利要求
一種空分塔節能潛力優化系統，包括與空分塔連接的現場智能儀表，以及上位機，現場智能儀表與控制站、資料庫和上位機連接，其特徵在於所述的上位機包括優化計算模塊，用以優化計算，採用以下過程來完成1)設定塔的結構參數，指定優化變量初值，令迭代步數k＝0；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 V j+1 H j+1 G+ U j-1 H j-1 L+ F j H j F- ( Vj + SjG ) H j G- ( Uj + SjL ) H j L- Q j=0--- ( 1 ) V j+1 + U j-1 + F j G+ F j L- ( Vj + SjG )- ( Uj + SjL )=0--- ( 2 ) 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表示塔板傳出的熱量；6)判斷下式(3)是否成立，如果成立，則繼續7)，否則，更新各塔板液相組成，返回3)迭代； V j+1 y i,j+1 + U j-1 x i,j-1 + F j z i,j - ( Vj + SjG ) y i,j - ( Uj + SjL ) x i,j 0.0001--- ( 3 ) 其中，x是液相組成，y是汽相組成，z是進料組成，下標i＝1、2、3表示組分，依次對應氮、氬、氧；7)計算第k步的目標函數值f(k)f(k)＝FHF(4)8)如果k≠0且|(f(k)-f(k-1))/f(k-1)|＜ε則結束迭代，輸出結果，否則，迭代步數k增加1，並更新優化變量，返回2)迭代，其中f(k-1)表示第k-1(k≠0)的目標函數值，ε是容差。
2. 如權利要求l所述的空分塔節能潛力優化系統，其特徵在於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K，採用以下過程完成formula see original document page 2其中，①表示逸度係數，上標L表示液相，上標G表示汽相，R是氣體常數，P是塔板壓強，T是溫度，下標m二 1、2、3表示組分，依次對應氮、氬、氧，摩爾體積v、物性參數lAbW、^、 a\ ai,m、《G'《L、汽相壓縮因子zs、液相壓縮因子由物性模塊計算；3. 3)檢驗O.OOOl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2. 2)繼續迭代。
3.formula see original document page 3其中表示第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或3所述的空分塔節能潛力優化系統，其特徵在於所述上位機包括 物性模塊，用以計算物性參數，其過程如下formula see original document page 3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Ze 則， formula see original document page 3formula see original document page 4其中，A、B、 a 、 13 、 Y、 t是中間變量，C、D、E、W是常數，T。、P。、V。、Z。分別是臨界溫度、 壓力、體積和壓縮因子，^是對比壓力，R是氣體常數，表示第i組分和第m組分的二元 交互係數，是常數，下標c表示臨界點的性質，下標r表示對比態，下標i， m表示第i組 分和第m組分的二元混合物，Qa、 Qb是中間變量。
5. 如權利要求1或2所述的空分塔節能潛力優化系統，其特徵在於所述的上位機還 包括結果顯示模塊，用於將優化計算結果傳給控制站進行顯示，並通過現場總線將優化計 算結果傳遞到現場操作站進行顯示。
6. —種用如權利要求1所述的空分塔節能潛力優化系統實現的節能潛力優化方法，其特徵在於所述的優化方法包括以下步驟1) 設定塔的結構參數，指定優化變量初值，令迭代步數k = 0 ;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；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formula see original document page 4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，He和#分別是汽液相焓值，下標j_l、 j、 j+l分別表示第j_l、 j、 j+l塊板，上標L表 示液相，上標G表示汽相，Q表示塔板傳出的熱量；6) 判斷下式(3)是否成立，如果成立，則繼續步驟7)，否則，更新各塔板液相組成，返回 步驟3)迭代；而—! +5 ^ -化《) -("《)x" <。.0001 ( 3 )其中，x是液相組成，y是汽相組成，z是進料組成，下標i = 1、2、3表示組分，依次對應 氮、氬、氧；7) 計算第k步的目標函數值f(k): f (k) = FHF (4)8) 如果k^0且I (f(k)-f(k-l))/f(k-l) I < e則結束迭代，輸出結果，否則，迭代步 數k增加l，並更新優化變量，返回步驟2)迭代，其中f(k-l)表示第k-l(k^0)的目標函 數值，e是容差。
7、如權利要求6所述的空分塔節能潛力優化方法，其特徵在於所述的步驟3)中，泡點 法計算其平衡溫度和汽相，採用以下過程完成 3. 1)假定塔板平衡溫度； 3. 2)計算汽液平衡常數，採用以下過程完成formula see original document page 5其中，①表示逸度係數，上標L表示液相，上標G表示汽相，R是氣體常數，P是塔板壓 強，下標m = 1 、 2 、 3表示組分，依次對應氮、氬、氧，摩爾體積v、物性參數be、 b\ V 、 ae、 a\ ai, m、 I e、 l l、汽相壓縮因子zs、液相壓縮因子ZL由物性參數計算方法計算；`3. 3)檢驗1-1>,`O.OOOl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)繼續迭代。
8.如權利要求6或7所述的空分塔節能潛力優化方法，其特徵在於所述的步驟4)中， 焓計算方法過程如下formula see original document page 5(12)其中表示第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或所述的空分塔節能潛力優化方法，其特徵在於所述的物性參數計 算方法過程如下formula see original document page 6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f則，formula see original document page 6formula see original document page 7(35);i/'=2(5丄—(36) 取初值為Pr(O. 106+0. 078Pr)，用牛頓法解如下方程，即得到液相壓縮因子則，formula see original document page 7其中，A、B、 a 、 13 、 Y、 t是中間變量，C、D、E、W是常數，T。、P。、V。、Z。分別是臨界溫度、 壓力、體積和壓縮因子，^是對比壓力，R是氣體常數，表示第i組分和第m組分的二元 交互係數，是常數，下標c表示臨界點的性質，下標r表示對比態，下標i， m表示第i組 分和第m組分的二元混合物，Qa、 Qb是中間變量。
10.如權利要求6或7所述的空分塔節能潛力優化方法，其特徵在於在所述的8)中， 上位機將優化計算結果傳給控制站進行顯示，並通過現場總線將優化計算結果傳遞到現場 操作站進行顯示。
全文摘要
一種空分塔節能潛力優化系統，包括與空分塔連接的現場智能儀表、以及上位機；現場智能儀表與控制站、資料庫和上位機連接，上位機包括優化計算模塊，過程為設定塔的結構參數，指定優化變量初值，令迭代步數k＝0；假定各塔板液相組成；對每一個塔板，分別由泡點法計算其平衡溫度和汽相；對每一個塔板，分別計算汽液相的焓值；計算各塔板的汽液相流量；判斷下式(3)是否成立，如果成立，則繼續，否則，更新各塔板液相組成；計算第k步的目標函數值f(k)，如果k≠0且|(f(k)-f(k-1))/f(k-1)|＜ε則結束迭代，輸出結果。以及提出了一種空分塔節能潛力優化方法。本發明能獲取使空分塔滿足產品純度和產量要求且能耗最小的最優工況，並有效提高能量效率。
文檔編號G05B19/418GK101776894SQ20091015717
公開日2010年7月14日 申請日期2009年12月23日 優先權日2009年12月23日
發明者劉興高 申請人:浙江大學