先进控制技术在有机硅装置精馏单元的应用.pdf
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1、中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期:2023 年 12 月 22 日 作者简介:高欢欢(1986),女,汉族,河北唐山人,大学本科,唐山三友硅业股份有限公司合成车间,中级职称,研究方向为有机硅生产。-50-先进控制技术在有机硅装置精馏单元的应用 高欢欢 唐山三友硅业股份有限公司河北省有机硅新材料技术创新中心,河北 唐山 063305 摘要:摘要:有机硅装置精馏单元在生产过程中,由于工艺的复杂性和设备的特殊性,其控制系统具有很高的要求。在先进控制技术应用中,需对系统进行建模分析并加以仿真研究,从而实现对实际系统运行参数的优化控制。基于此,本文将重点探究先进控制技术在有机硅装置精馏单元的应用,
2、通过介绍有机硅精馏塔以及控制系统的基本组成与工作原理,说明先进控制变量选择原则及方法,阐述先进控制技术在有机硅装置精馏塔上的具体运用。关键词:关键词:先进控制技术;有机硅装置精馏单元;应用策略 中图分类号:中图分类号:TQ223 0 引言 传统的控制方法往往无法充分考虑到精馏单元复杂的多变量、非线性特性和不确定性因素,难以实现对精馏过程的精确控制。因此,引入先进控制技术成为提高精馏单元操作性能和产品品质的重要途径。先进控制技术,如模型预测控制(MPC)、多变量控制(MVC)等,通过建立精确的动态数学模型和优化控制算法,能更好地应对复杂的工艺特性和操作要求。同时,将先进技术与精馏塔技术相结合,能
3、实现对精馏塔内参数进行有效调控,使其达到最优性能。1 有机硅装置精馏单元概念 1.1 加热设备 有机硅装置精馏单元是重要的生产单元,其运行情况直接影响到有机硅产品的质量和收率。从其工作原理来看,其主要作用就是对原料进行脱水操作,使其含水量降至 0。同时将其中杂质分离出去,从而保证了有机硅产品的纯度及含量。在有机硅装置精馏单元中,加热设备是至关重要的一环。其作用在于将有机硅原料加热至蒸发温度,促使其发生蒸发和分离目标成分。加热设备的选择和运行方式对整个精馏过程起着决定性的作用。对于加热设备的选择,通常可采用蒸汽加热或电加热两种方式。蒸汽加热是通过引入高温高压蒸汽,利用其传热特性将有机硅原料迅速升
4、温至所需的蒸发温度。该方式具有传热效率高、能耗低的优点,确保原料快速达到蒸发状态。另一种选择是电加热,通过电阻加热元件将电能转化为热能,直接作用于有机硅原料,使其升温至蒸发所需的温度。电加热具有响应速度快、操作灵活等特点,适用于一些对温度控制要求较为严格的情况。在加热过程中,需根据原料的性质和工艺要求,精确控制加热温度和加热时间,以避免原料的过热或不足加热,从而影响后续的精馏分离效果。考虑能源利用效率和安全性,合理设计加热系统的结构和控制方式,以确保加热设备的稳定可靠运行。1.2 蒸发器 蒸发器是有机硅装置精馏单元中的重要组成部分,其主要功能是将经过加热后的有机硅原料进行蒸发,从而使其转变为气
5、态,并携带部分杂质和不纯物质向上方传送。首先,在蒸发器内部,加热后的有机硅原料会在特定的温度和压力条件下迅速转变为气态。通常要通过控制蒸发器内部的温度和压力来实现,以确保有机硅原料能够充分蒸发,尽量减少能量损耗。同时,蒸发器内部的结构设计也需考虑气液分离效果,以避免因液滴的太大或不易分离导致产品质量下降。其次,蒸发器中的气态有机硅组分与水之间存在着明显的界面现象,当气相进入液相时,由于汽化潜热的损失以及气泡膨胀引起的体积变化,使得水蒸气分子间相互碰撞而产生大量热量。为了降低上述因素造成的热量损失,蒸发器内会设置换热机构,以便将蒸发出的气体及时带走,防止冷凝液回流1。同时,由于冷凝器内液体的流动
6、速度较小,因此冷凝器内的压降相对较大,这就需要合理设计换热器,提高冷凝器的换热管的强度和刚度,尽可能减小冷凝器内的压降量,中国科技期刊数据库 工业 A-51-保证冷凝器正常工作。最后,蒸发器的选择和运行方式需根据有机硅原料的特性和工艺要求进行合理安排。例如:针对不同种类的有机硅原料,需采用不同类型的蒸发器,并优化操作参数以提高蒸发效率和分离效果,进而提升企业的生产效益。1.3 冷凝器 冷凝器是有机硅装置精馏单元中最关键的设备之一,其作用在于对蒸汽进行冷却降温,以保持一定的真空度。冷凝器的性能直接影响到整个精馏塔的稳定性和产品纯度,所以必须严格控制冷凝器的运行状态。当有机硅蒸气进入冷凝器后,冷凝
7、器内部通过控制温度和压力等操作参数,使蒸气迅速冷却。促进有机硅分子重新聚集并形成液态物质。冷凝器内部的设计也需要考虑到冷却介质的流动方式和传热效果,以确保有机硅蒸气能够充分降温并迅速凝结。随着有机硅蒸气的冷凝,其中的杂质和不纯物质也会随之凝结或沉淀出来。这是因为不同物质在冷凝过程中具有不同的凝结温度和凝结性质,导致其在冷凝器中以固体或液体形式被分离出来。分离作用能有效去除有机硅蒸气中的杂质和不纯物质,提高有机硅的纯度。冷凝器的设计和操作也要注意对冷凝产物的收集和处理。通常情况下,冷凝产物会沉积在冷凝器内部或者通过管道排出。对于液态有机硅的收集和处理,需考虑其物理性质和化学性质,采取相应的措施进
8、行储存或进一步处理。例如:对于硅油类有机化合物而言,可以使用活性炭吸附法。而对于无机硅类化合物,则可使用吸附剂来吸附。还可以利用其他方法如超声波、磁选以及浮选法等,从气态和液态两种途径对有机硅进行回收再利用2。1.4 分馏塔 分馏塔是整个有机硅装置中非常重要的组成部分,它担负着将有机硅单体和其他副反应混合物分离开的任务,从而保证有机硅单体的质量及各组分之间的比例关系。同时,分馏塔还承担着调节有机硅产品质量的重任,对后续加工工序起到决定性作用。分馏塔内部设置了逐渐升高的温度梯度。温度梯度的设置是根据不同物质的沸点差异,使其在不同的塔板或填料层上发生分离。具体而言,沸点较低的成分(如杂质和不纯物质
9、)往往在较低温度下就开始蒸发,而沸点较高的有机硅成分则需要在较高温度下才能蒸发。在此过程中,不同组分根据其沸点差异逐渐分离。高沸点的有机硅成分会在较高塔板或填料层上凝结并回流至下方,而低沸点的杂质和不纯物质则会随蒸汽上升进入较高层,最终从分馏塔顶部排出。这样一来,有机硅成分逐渐被提纯,并沿着分馏塔向下流动。在分馏过程中,还要注意控制分馏塔的压力。压力调节会影响不同组分在分馏塔中的沸点,进而影响其分离效果。通常情况下,较低的压力有助于降低有机硅成分的沸点,提高其提纯效果3。2 先进控制技术在有机硅装置精馏单元的应用策略 2.1 数据采集与监测 数据采集与监测是先进控制技术在有机硅装置精馏单元应用
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