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【摘 要】多角度介绍了精馏过程中的节能、控制与优化策略，对国内外的研究现状进行了论述，同时指明了未来的可能的发展方向
【关键词】精馏过程 节能 控制优化
一、前言
精馏过程是石油炼制、石油化工和其他化工过程中应用最为广泛的传质单元操作过程，也是化工领域能耗最大的单元操作之一。精馏过程效率的提高将会对化工过程产生极大的影响，具有重要的意义。通过机理建立精馏塔的稳态过程、动态模型，进行对精馏塔的仿真研究、操作研究、控制研究以及优化操作数据的研究。一方面，对已经有的精馏工艺流程的合理改造和挖掘增效有利于；另一方面，较大的加大从在实验室的小实验到工业中大规模的把倍数放大，对于减小先进的常常也是较为复杂的精馏节能开发过程的周期，在理论上具有很大的研究意义，应用上也具有很好的实际指导意义。
二、精馏过程的节能
（一）热力学评价。精馏过程依据是热力学的第二定律，一定要给系统提供一定的能量或者相应的功，这一过程才能得以实现，是一个不可逆过程。精馏过程中，所传递出的能量或者所做的功大都是以热能的形式体现。能量被利用的程度中，可以用两类效率来衡量它，那就是依据热力学第一定律说的热效率和热力学第二定律来说的热效率。前者只是反映过程中被利用能量的量的多少，反映不出能量在被利用过程中品位轉换的变化；后者却可以反映能量在数量上和品位上的双重变化，是能量被利用的综合反映，反映了过程中能量被综合有效利用的程度。
（二）推动力分析。从能量的本质看，精馏的过程是将物理有效能转化为扩散有效能，同样伴随着物理有效能的降价和折损。精馏过程的有效能损失是由几点不可逆性所引发的：1.流动液体的压力降；2.几个不同温度物之间的热量的相互流动，或几个不同温度物流动热量的混合；3.浓度不平衡的物流间浓度的相互流动，或各个不同浓度物流的混合。
压差、温差和浓度差均是相应过程的推动力，推动力越大，则不可逆性越大，有效能损失也越大。因此，减少有效能损失的关键在于减少推动力，精馏过程要求千方百计地减少推动力；但推动力又是实现精馏过程所不可缺少的，保持必要的推动力，精馏过程才能得以进行。
（三）精馏过程中的节能方法。精馏过程中主要的耗能设备是精馏塔。进料前要先加热到相应的温度，塔底再沸器产生蒸汽来供应分量所需要的逆流流体。同样地，精馏塔对冷量也有较多的需求，蒸汽要凝固降温，产品要冷却下来。能在节能基础上得到想要的分离效果，有很多种热集成方法。通过对精馏系统节能原理的了解，当前节能方法大体可以总结成几种：1.利用热力学第一定律原理，充分利用和回收过程中其自身的冷能或热能。例如，进行保温保冷，并收集物流的一部分显热和潜能等；2.依据精馏原理，减小精馏过程中所需要的能量。例如，减少回流比、采纳新型塔板或者新型填料塔，来减少压力降并提升分馏的效率。控制循环精馏法能够节省能源；3.依据热力学第二定律原理，来提高精馏系统的热力学效率。
三、精馏过程优化
（一）过程优化。过程优化是生产过程设计开发的关键，可以极大提高过程中的经济效益。在过程系统性能、特点所特定的条件下，找到可以让系统的性能指标或者目标函数值达到最小（最大）的设施设备参数和操作条件。过程在线优化是指对过程建模技术、优化技术、先进的操控技术以及计算机技术的综合应用。要在可以满足安全的生产要求和较好产品质量的情况下，不断的计算和更新过程的操作条件，让生产过程一直保持在“最优状态”。精馏塔是分离过程中分离混合物应用最为广泛的一种设备，在石油、化工过程生产上有这至关重要的作用。精馏过程优化是使精馏过程得到良好经济效益的重要手段，可以有效的提高产品的质量、降低能量的耗耗。
（二）精馏过程的优化模型。过程优化必须建立在过程精准的数学模型基础上，直接影响优化结果的最大原因就是模型的精度。因为精馏的过程具有时变特性，所以，建立实时校正技术和具有准确的过程数学模型就至关重要了。一般还要给确定一定的约束条件，以确保优化结果与实际过程之间的协调，从而可以及时删除不符合实际过程的结果。寻优时间是过程优化中与实际过程相协调的另一个大的影响因素。实际过程中优化计算的频率并不是很高，但是精馏过程数学模型的求解时间有点长，所以，一定会影响寻优的速度，因此我们需要建立速度快、易解答的精馏过程数学模型。
（三）精馏过程的优化方法
生产过程设计开发的关键之处是过程优化，可以极大程度地提升过程的经济效益。一般，过程优化有以下三种基本方法：1.Box的稳态调优技术；2.在过程数学模型基础上的优化计算方法；3.相似过程动态模型基础上的实时辨识调优技术。目前，在精馏优化过程中大多采用在过程数学模型基础上的优化计算方法，即第二个方法。它的原理是把描述过程系统的数学模型当做最优化的约束条件，采用最优化的方法，如用来优化目标函数和找出过程的最优设定值的是：线性、非线性规划等。因为精馏过程、高度非线性和约束条件都很复杂，导致它的优化问题大部分都是有约束的多变量非线性系统的优化问题。因此优化问题关键点的其中之一是选用的优化算法，我们能选用有约束条件下的优化算法、不依赖于模型导数的算法和非线性算法。
四、结论
本文介绍了精馏过程中对节能的分析，精馏过程控制及其优化。节能优化、过程优化技术是反映精馏设备投产后顺利达到设计要求的重要保障，该技术的研究也能促进反映精馏技术的工业化应用，使其为化工企业产生最大的经济效益。
参考文献：
[1]刘兴高.精馏过程的建模、优化与控制[M].北京：科学出版社，2007.
[2]高鑫.微波强化催化反应精馏过程研究[D].天津大学 2011.
[3]胡泽新，蒋慰孙. 精馏过程的专家控制[J].信息与控制. 1993（02）.
[4]林敏. 精馏塔控制系统的数字仿真研究[J].大连轻工业学院学报.1990（Z1）.
[5]黄克谨，钱积新，孙优贤，周春晖. 精馏控制综述[J]. 炼油化工自动化. 1993（06）
[6]马晓华.催化与渗透汽化双功能膜制备及其反应精馏过程的研究[D].华东理工大学 2012
【关键词】精馏过程 节能 控制优化
一、前言
精馏过程是石油炼制、石油化工和其他化工过程中应用最为广泛的传质单元操作过程，也是化工领域能耗最大的单元操作之一。精馏过程效率的提高将会对化工过程产生极大的影响，具有重要的意义。通过机理建立精馏塔的稳态过程、动态模型，进行对精馏塔的仿真研究、操作研究、控制研究以及优化操作数据的研究。一方面，对已经有的精馏工艺流程的合理改造和挖掘增效有利于；另一方面，较大的加大从在实验室的小实验到工业中大规模的把倍数放大，对于减小先进的常常也是较为复杂的精馏节能开发过程的周期，在理论上具有很大的研究意义，应用上也具有很好的实际指导意义。
二、精馏过程的节能
（一）热力学评价。精馏过程依据是热力学的第二定律，一定要给系统提供一定的能量或者相应的功，这一过程才能得以实现，是一个不可逆过程。精馏过程中，所传递出的能量或者所做的功大都是以热能的形式体现。能量被利用的程度中，可以用两类效率来衡量它，那就是依据热力学第一定律说的热效率和热力学第二定律来说的热效率。前者只是反映过程中被利用能量的量的多少，反映不出能量在被利用过程中品位轉换的变化；后者却可以反映能量在数量上和品位上的双重变化，是能量被利用的综合反映，反映了过程中能量被综合有效利用的程度。
（二）推动力分析。从能量的本质看，精馏的过程是将物理有效能转化为扩散有效能，同样伴随着物理有效能的降价和折损。精馏过程的有效能损失是由几点不可逆性所引发的：1.流动液体的压力降；2.几个不同温度物之间的热量的相互流动，或几个不同温度物流动热量的混合；3.浓度不平衡的物流间浓度的相互流动，或各个不同浓度物流的混合。
压差、温差和浓度差均是相应过程的推动力，推动力越大，则不可逆性越大，有效能损失也越大。因此，减少有效能损失的关键在于减少推动力，精馏过程要求千方百计地减少推动力；但推动力又是实现精馏过程所不可缺少的，保持必要的推动力，精馏过程才能得以进行。
（三）精馏过程中的节能方法。精馏过程中主要的耗能设备是精馏塔。进料前要先加热到相应的温度，塔底再沸器产生蒸汽来供应分量所需要的逆流流体。同样地，精馏塔对冷量也有较多的需求，蒸汽要凝固降温，产品要冷却下来。能在节能基础上得到想要的分离效果，有很多种热集成方法。通过对精馏系统节能原理的了解，当前节能方法大体可以总结成几种：1.利用热力学第一定律原理，充分利用和回收过程中其自身的冷能或热能。例如，进行保温保冷，并收集物流的一部分显热和潜能等；2.依据精馏原理，减小精馏过程中所需要的能量。例如，减少回流比、采纳新型塔板或者新型填料塔，来减少压力降并提升分馏的效率。控制循环精馏法能够节省能源；3.依据热力学第二定律原理，来提高精馏系统的热力学效率。
三、精馏过程优化
（一）过程优化。过程优化是生产过程设计开发的关键，可以极大提高过程中的经济效益。在过程系统性能、特点所特定的条件下，找到可以让系统的性能指标或者目标函数值达到最小（最大）的设施设备参数和操作条件。过程在线优化是指对过程建模技术、优化技术、先进的操控技术以及计算机技术的综合应用。要在可以满足安全的生产要求和较好产品质量的情况下，不断的计算和更新过程的操作条件，让生产过程一直保持在“最优状态”。精馏塔是分离过程中分离混合物应用最为广泛的一种设备，在石油、化工过程生产上有这至关重要的作用。精馏过程优化是使精馏过程得到良好经济效益的重要手段，可以有效的提高产品的质量、降低能量的耗耗。
（二）精馏过程的优化模型。过程优化必须建立在过程精准的数学模型基础上，直接影响优化结果的最大原因就是模型的精度。因为精馏的过程具有时变特性，所以，建立实时校正技术和具有准确的过程数学模型就至关重要了。一般还要给确定一定的约束条件，以确保优化结果与实际过程之间的协调，从而可以及时删除不符合实际过程的结果。寻优时间是过程优化中与实际过程相协调的另一个大的影响因素。实际过程中优化计算的频率并不是很高，但是精馏过程数学模型的求解时间有点长，所以，一定会影响寻优的速度，因此我们需要建立速度快、易解答的精馏过程数学模型。
（三）精馏过程的优化方法
生产过程设计开发的关键之处是过程优化，可以极大程度地提升过程的经济效益。一般，过程优化有以下三种基本方法：1.Box的稳态调优技术；2.在过程数学模型基础上的优化计算方法；3.相似过程动态模型基础上的实时辨识调优技术。目前，在精馏优化过程中大多采用在过程数学模型基础上的优化计算方法，即第二个方法。它的原理是把描述过程系统的数学模型当做最优化的约束条件，采用最优化的方法，如用来优化目标函数和找出过程的最优设定值的是：线性、非线性规划等。因为精馏过程、高度非线性和约束条件都很复杂，导致它的优化问题大部分都是有约束的多变量非线性系统的优化问题。因此优化问题关键点的其中之一是选用的优化算法，我们能选用有约束条件下的优化算法、不依赖于模型导数的算法和非线性算法。
四、结论
本文介绍了精馏过程中对节能的分析，精馏过程控制及其优化。节能优化、过程优化技术是反映精馏设备投产后顺利达到设计要求的重要保障，该技术的研究也能促进反映精馏技术的工业化应用，使其为化工企业产生最大的经济效益。
参考文献：
[1]刘兴高.精馏过程的建模、优化与控制[M].北京：科学出版社，2007.
[2]高鑫.微波强化催化反应精馏过程研究[D].天津大学 2011.
[3]胡泽新，蒋慰孙. 精馏过程的专家控制[J].信息与控制. 1993（02）.
[4]林敏. 精馏塔控制系统的数字仿真研究[J].大连轻工业学院学报.1990（Z1）.
[5]黄克谨，钱积新，孙优贤，周春晖. 精馏控制综述[J]. 炼油化工自动化. 1993（06）
[6]马晓华.催化与渗透汽化双功能膜制备及其反应精馏过程的研究[D].华东理工大学 2012