专利名称：内部热耦合空分塔生产潜力优化系统及方法
技术领域：
本发明涉及空分领域，特别地，涉及一种内部热耦合空分塔生产潜力优化系统及方法。
背景技术：
氧气、氮气和氩气的应用十分广泛。低温空气分离法是当前国内外空气分离行业应用最为广泛的方法。在空气分离行业中，能源成本占了空气产品价格的75％。在能源危机不断加深的形势下，提高空气分离技术的能量效率具有重要的社会和经济意义。
内部热耦合精馏技术最初是至今为止的四大节能精馏技术中节能效能最高的一项节能技术，在世界范围内得到了巨大的重视。在低温空分过程中，空分塔是一个重要的操作单元，也是最重要的耗能单元。通过对内部热耦合技术的研究发现该技术的实现，需要过程装置中具有不同高低压强的区域，而常规空分装置本身的工艺流程就给出了这样区域；研究表明内部热耦合技术在高纯度产品生产过程上将具有更大的经济效益，而空分过程恰好是一个产品纯度要求极高的过程；内部热耦合精馏技术在低操作温度情况下更加有利于发挥它的节能潜力，而常规空分装置本身就是低温精馏；内部热耦合精馏技术在处理沸点接近的物系时，能体现出很高的节能效率，而空气中氮--氩--氧三元物系又恰好满足了这个要求，也为热耦合技术的应用开发提高了非常有利条件。因此，内部热耦合技术可以被应用到空分过程，改变传统空分塔结构，达到良好的节能效果。
过程优化是生产过程设计开发的关键，对于提高过程经济效益具有极为显著的作用。它是指，在过程系统性能、特点所给定的约束条件下，找到使系统的效能指标或者目标函数达到最小(最大)的设备参数和操作条件。内部热耦合空分塔生产潜力优化是指，在保持产品纯度满足生产要求的前提下，找到使得内部热耦合空分塔产量最大的操作条件，降低单位产品能耗，从而达到节能降耗的目的。
发明内容
为了克服现有的空分塔内部热耦合精馏过程的单位产品能耗较高、节能性较差的不足，本发明提供一种能在保持产品纯度满足生产要求的前提下使得内部热耦合空分塔生产能力最大，并提高节能性的内部热耦合空分塔生产潜力优化系统及方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是 一种内部热耦合空分塔生产潜力优化系统，包括与内部热耦合空分塔连接的现场智能仪表，以及控制站、数据库以及上位机，智能仪表与控制站、数据库和上位机连接，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，HF表示进料焓值，S表示侧提流量，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，上标L表示液相，上标G表示汽相，Q表示热耦合量，由下式计算 Q＝UAΔT(3) 其中，UA表示热耦合系数，ΔT表示耦合塔板间的温差； 6)判断下式(4)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。
作为优选的一种方案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 yi＝Kixi(8) 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bG、bL、bi、aG、aL、ai，m、ξG、ξL、汽相压缩因子ZG、液相压缩因子ZL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。
作为优选的另一种方案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Hi*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。
作为优选的再一种方案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 bi＝ΩbRTci/Pcia(14) Zci，m＝0.5(Zci+Zcm)(17) Pci，m＝RTci，mZci，m/Vci，m(18) Ωai，m＝0.5(Ωai+Ωam) (19) 对汽相 令 AG＝aGP/R2T2(22) BG＝bGP/RT (23) αG＝2BG-1 (24) 取初值为1-0.6Pr，用牛顿法解如下方程，即得到汽相压缩因子ZG 则， vG＝RT/PZG (28) 对液相 令 AL＝aLP/R2T2 (32) BL＝bLP/RT (33) αL＝2BL-1 (34) 取初值为Pr(0.106+0.078Pr)，用牛顿法解如下方程，即得到液相压缩因子ZL 则， vL＝RT/PZL (38) Ωai＝Ci-Diτ+Eiτ2-Wiτ3(40) Ωb＝0.070721(41) τ＝0.01T(42) 其中，A、B、α、β、γ、τ是中间变量，C、D、E、W是常数，Tc、Pc、Vc、Zc分别是临界温度、压力、体积和压缩因子，Pr是对比压力，R是气体常数，ki，m表示第i组分和第m组分的二元交互系数，ki，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，Ωa、Ωb是中间变量。
进一步，所述的上位机还包括结果显示模块，用于将优化计算结果传给控制站进行显示，并通过现场总线将优化计算结果传递到现场操作站进行显示. 一种内部热耦合空分塔生产潜力优化方法，所述的优化方法包括以下步骤 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，计算其汽液相的焓值； 5)联立式(1)(1)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，HF表示进料焓值，S表示侧提流量，下标j-1、j、j+1分别表示第j-1、j、j+1块板，Q表示热耦合量，由下式计算 Q＝UAΔT(3)； 6)判断式(4)是否成立，如果成立，则继续步骤7)，否则，更新液相组成，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，返回步骤2)继续迭代。
作为优选的一种方案所述步骤3)中，泡点法计算其平衡温度和汽相，采用以下过程完成 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 yi＝Kixi(8) 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，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bG、bL、bi、aG、aL、ai，m、ξG、ξL、汽相压缩因子ZG、液相压缩因子ZL由物性参数计算方法计算； 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。
作为优选的另一种方案所述的步骤4)中，焓计算方法过程如下 其中Hi*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。
作为优选的再一种方案所述的物性参数计算方法过程如下 bi＝ΩbRTci/Pcia(14) Zci，m＝0.5(Zci+Zcm)(17) Pci，m＝RTci，mZci，m/Vci，m(18) Ωai，m＝0.5(Ωai+Ωam) (19) 对汽相 令 AG＝aGP/R2T2(22) BG＝bGP/RT (23) αG＝2BG-1 (24) 取初值为1-0.6Pr，用牛顿法解如下方程，即得到汽相压缩因子ZG 则， vG＝RT/PZG (28) 对液相 令 AL＝aLP/R2T2 (32) BL＝bLP/RT (33) αL＝2BL-1 (34) 取初值为Pr(0.106+0.078Pr)，用牛顿法解如下方程，即得到液相压缩因子ZL 则， vL＝RT/PZL (38) Ωai＝Ci-Diτ+Eiτ2-Wiτ3(40) Ωb＝0.070721(41) τ＝0.01T(42) 其中，A、B、α、β、γ、τ是中间变量，C、D、E、W是常数，Tc、Pc、Vc、Zc分别是临界温度、压力、体积和压缩因子，Pr是对比压力，R是气体常数，ki，m表示第i组分和第m组分的二元交互系数，ki，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，Ωa、Ωb是中间变量。
进一步，在所述的步骤7)中，上位机将优化计算结果传给控制站进行显示，并通过现场总线将优化计算结果传递到现场操作站进行显示； 本发明的有益效果主要表现在对内部热耦合空分塔进行生产潜力优化计算，指导生产，发掘装置生产潜力，在保持产品纯度满足要求的前提下提高产量，降低单位产品能耗，从而提高生产效益。
图1是本发明所提出的生产潜力优化系统的硬件结构图。
图2是本发明所述内部热耦合空分塔结构示意图。
图3是本发明上位机的功能模块图。
具体实施例方式 下面结合附图对本发明作进一步描述。
实施例1 参照图1、图2、图3，一种内部热耦合空分塔节能潜力优化系统，包括与内部热耦合空分塔1连接的现场智能仪表2、数据接口3、控制站4、数据库5以及上位机6，智能仪表2和现场总线连接，所述现场总线与数据接口3连接，所述数据接口3分别与控制站4、数据库5和上位机6连接，所述的上位机6包括 优化计算模块7，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，HF表示进料焓值，S表示侧提流量，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，上标L表示液相，上标G表示汽相，Q表示热耦合量，由下式计算 Q＝UAΔT(3) 其中，UA表示热耦合系数，ΔT表示耦合塔板间的温差； 6)判断下式(4)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6还包括泡点法模块8，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 yi＝Kixi(8) 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bG、bL、bi、aG、aL、ai，m、ξG、ξL、汽相压缩因子ZG、液相压缩因子ZL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6还包括焓模块9，用于计算汽液相混合焓，其过程如下 其中Hi*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6还包括物性模块10，计算物性参数，其过程如下 bi＝ΩbRTci/Pcia(14) Zci，m＝0.5(Zci+Zcm)(17) Pci，m＝RTci，mZci，m/Vci，m(18) Ωai，m＝0.5(Ωai+Ωam) (19) 对汽相 令 AG＝aGP/R2T2(22) BG＝bGP/RT (23) αG＝2BG-1 (24) 取初值为1-0.6Pr，用牛顿法解如下方程，即得到汽相压缩因子ZG 则， vG＝RT/PZG (28) 对液相 令 AL＝aLP/R2T2 (32) BL＝bLP/RT (33) αL＝2BL-1 (34) 取初值为Pr(0.106+0.078Pr)，用牛顿法解如下方程，即得到液相压缩因子ZL 则， vL＝RT/PZL (38) Ωai＝Ci-Diτ+Eiτ2-Wiτ3(40) Ωb＝0.070721(41) τ＝0.01T(42) 其中，A、B、α、β、γ、τ是中间变量，C、D、E、W是常数，Tc、Pc、Vc、Zc分别是临界温度、压力、体积和压缩因子，Pr是对比压力，R是气体常数，ki，m表示第i组分和第m组分的二元交互系数，ki，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，Ωa、Ωb是中间变量. 所述的上位机还包括结果显示模块11，用于将优化计算结果传给控制站进行显示，并通过现场总线将优化计算结果传递到现场操作站进行显示。
本实施例的内部热耦合空分塔节能潜力优化系统的硬件结构图如附图1所示，所述的优化系统核心由包括优化计算模块7、泡点法模块8、焓模块9、物性模块10、结果显示模块11和人机界面的上位机6构成，此外还包括现场智能仪表2，数据接口3、控制站4、数据库5和现场总线。内部热耦合空分塔1、智能仪表2、数据接口3、控制站4、数据库5、上位机6通过现场总线依次相连，实现信息流的上传和下达。优化系统在上位机6上运行，可以方便地与底层系统进行信息交换。
本实施例的优化系统的功能模块图如附图3所示，主要包括优化计算模块7、泡点法模块8、焓模块9、物性模块10、结果显示模块11等。
所述的生产潜力优化方法按照如下步骤进行实施 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，计算其汽液相的焓值； 5)联立式(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，HF表示进料焓值，S表示侧提流量，下标j-1、j、j+1分别表示第j-1、j、j+1块板，Q表示热耦合量，由下式计算 Q＝UAΔT(3)； 6)判断式(4)是否成立，如果成立，则继续步骤7)，否则，更新液相组成，返回步骤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，返回步骤2)继续迭代。
实施例2 参照图1、图2、图3，一种内部热耦合空分塔生产潜力优化方法，所述的生产潜力优化方法包括以下步骤 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，计算其汽液相的焓值； 5)联立式(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，HF表示进料焓值，S表示侧提流量，下标j-1、j、j+1分别表示第j-1、j、j+1块板，Q表示热耦合量，由下式计算 Q＝UAΔT(3) 6)判断式(4)是否成立，如果成立，则继续步骤7)，否则，更新液相组成，返回步骤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，返回步骤2)继续迭代。
泡点法计算其平衡温度和汽相，采用以下过程完成 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 yi＝Kixi(8) 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，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bG、bL、bi、aG、aL、ai，m、ξG、ξL、汽相压缩因子ZG、液相压缩因子ZL由物性参数计算方法计算； 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。
所述的步骤4)中，焓计算方法过程如下 其中Hi*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。
所述的物性参数计算方法过程如下 bi＝ΩbRTci/Pcia(14) Zci，m＝0.5(Zci+Zcm)(17) Pci，m＝RTci，mZci，m/Vci，m(18) Ωai，m＝0.5(Ωai+Ωam) (19) 对汽相 令 AG＝aGP/R2T2(22) BG＝bGP/RT (23) αG＝2BG-1 (24) 取初值为1-0.6Pr，用牛顿法解如下方程，即得到汽相压缩因子ZG 则， vG＝RT/PZG (28) 对液相 令 AL＝aLP/R2T2 (32) BL＝bLP/RT (33) αL＝2BL-1 (34) 取初值为Pr(0.106+0.078Pr)，用牛顿法解如下方程，即得到液相压缩因子ZL 则， vL＝RT/PZL (38) Ωai＝Ci-Diτ+Eiτ2-Wiτ3(40) Ωb＝0.070721(41) τ＝0.01T(42) 其中，A、B、α、β、γ、τ是中间变量，C、D、E、W是常数，Tc、Pc、Vc、Zc分别是临界温度、压力、体积和压缩因子，Pr是对比压力，R是气体常数，ki，m表示第i组分和第m组分的二元交互系数，ki，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，Ωa、Ωb是中间变量。
在所述的步骤7)中，上位机将优化计算结果传给控制站进行显示，并通过现场总线将优化计算结果传递到现场操作站进行显示。
本发明所提出的内部热耦合空分塔生产潜力优化系统及方法，已通过上述具体实施步骤进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的装置和操作方法进行改动或适当变更与组合，来实现本发明技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域的技术人员是显而易见的，它们都会被视为包括在本发明精神、范围和内容中。
权利要求
1.一种内部热耦合空分塔生产潜力优化系统，包括与内部热耦合空分塔连接的现场智能仪表，以及控制站、数据库以及上位机，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，HF表示进料焓值，S表示侧提流量，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，上标L表示液相，上标G表示汽相，Q表示热耦合量，由下式计算
Q＝UAΔT(3)
其中，UA表示热耦合系数，ΔT表示耦合塔板间的温差；
6)判断下式(4)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。
2.如权利要求1所述的内部热耦合空分塔生产潜力优化系统，其特征在于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；
32)计算汽液平衡常数，采用以下过程完成
yi＝Kixi(8)
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bG、bL、bi、aG、aL、ai，m、ξG、ξL、汽相压缩因子ZG、液相压缩因子ZL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。
3.如权利要求1或2所述的内部热耦合空分塔生产潜力优化系统，其特征在于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Hi*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。
4.如权利要求2所述的内部热耦合空分塔生产潜力优化系统，其特征在于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
bi＝ΩbRTci/Pcia (14)
Zci，m＝0.5(Zci+Zcm) (17)
Pci,m＝RTci,mZci，m/Vci，m (18)
Ωai，m＝0.5(Ωai+Ωam) (19)
对汽相
令
AG＝aGP/R2T2 (22)
BG＝bGP/RT (23)
αG＝2BG-1 (24)
取初值为1-0.6Pr，用牛顿法解如下方程，即得到汽相压缩因子ZG
则，
vG＝RT/PZG(28)
对液相
令
AL＝aLP/R2T2 (32)
BL＝bLP/RT(33)
αL＝2BL-1(34)
取初值为Pr(0.106+0.078Pr)，用牛顿法解如下方程，即得到液相压缩因子ZL
则，
vL＝RT/PZL (38)
Ωai＝Ci-Diτ+Eiτ2-Wiτ3 (40)
Ωb＝0.070721 (41)
τ＝0.01T (42)
其中，A、B、α、β、γ、τ是中间变量，C、D、E、W是常数，Tc、Pc、Vc、Zc分别是临界温度、压力、体积和压缩因子，Pr是对比压力，R是气体常数，ki，m表示第i组分和第m组分的二元交互系数，ki，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，Ωa、Ωb是中间变量。
5.如权利要求1所述的内部热耦合空分塔生产潜力优化系统，其特征在于所述的上位机还包括
结果显示模块，用于将优化计算结果传给控制站进行显示，并通过现场总线将优化计算结果传递到现场操作站进行显示.
6.一种用如权利要求1所述的内部热耦合空分塔生产潜力优化系统实现的生产潜力优化方法，其特征在于所述的优化方法包括以下步骤
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，计算其汽液相的焓值；
5)联立式(1)(1)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，HF表示进料焓值，S表示侧提流量，下标j-1、j、j+1分别表示第j-1、j、j+1块板，Q表示热耦合量，由下式计算
Q＝UAΔT (3)
6)判断式(4)是否成立，如果成立，则继续步骤7)，否则，更新液相组成，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，返回步骤2)继续迭代。
7.如权利要求6所述的生产潜力优化方法，其特征在于所述步骤3)中，泡点法计算其平衡温度和汽相，采用以下过程完成
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
yi＝Kixi(8)
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，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bG、bL、bi、aG、aL、ai，m、ξG、ξL、汽相压缩因子ZG、液相压缩因子ZL由物性参数计算方法计算；
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。
8.如权利要求6或7所述的生产潜力优化方法，其特征在于所述的步骤4)中，焓计算方法过程如下
其中Hi*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。
9.如权利要求7所述的生产潜力优化方法，其特征在于所述的物性参数计算方法过程如下
bi＝ΩbRTci/Pcia (14)
Zci，m＝0.5(Zci+Zcm) (17)
Pci，m＝RTci，mZci，m/Vci，m (18)
Ωai，m＝0.5(Ωai+Ωam) (19)
对汽相
令
AG＝aGP/R2T2 (22)
BG＝bGP/RT (23)
aG＝2BG-1(24)
取初值为1-0.6Pr，用牛顿法解如下方程，即得到汽相压缩因子ZG
则，
vG＝RT/PZG (28)
对液相
令
AL＝aLP/R2T2 (32)
BL＝bLP/RT (33)
αL＝2BL-1 (34)
取初值为Pr(0.106+0.078Pr)，用牛顿法解如下方程，即得到液相压缩因子ZL
则，
vL＝RT/PZL(38)
Ωai＝Ci-Diτ+Eiτ2-Wiτ3 (40)
Ωb＝0.070721 (41)
τ＝0.01T (42)
其中，A、B、α、β、γ、τ是中间变量，C、D、E、W是常数，Tc、Pc、Vc、Zc分别是临界温度、压力、体积和压缩因子，Pr是对比压力，R是气体常数，ki，m表示第i组分和第m组分的二元交互系数，ki，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，Ωa、Ωb是中间变量。
10.如权利要求6或7所述的生产潜力优化方法，其特征在于在所述的步骤7)中，上位机将优化计算结果传给控制站进行显示，并通过现场总线将优化计算结果传递到现场操作站进行显示。
全文摘要
一种内部热耦合空分塔生产潜力优化系统，包括与内部热耦合空分塔连接的现场智能仪表，以及控制站、数据库以及上位机，上位机包括优化计算模块，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、汽液相的焓值、各塔板的汽液相流量；判断下式(4)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。以及提出了一种生产潜力优化方法。本发明获取使内部热耦合空分塔产品纯度满足生产要求且生产能力最大的最优生产工况，并提高节能性。
文档编号G05B19/418GK101776896SQ200910157178
公开日2010年7月14日 申请日期2009年12月23日 优先权日2009年12月23日
发明者刘兴高, 闫正兵 申请人:浙江大学