一种节能型氯化亚砜制备过程中精馏塔的制作方法

本发明涉及氯化亚砜制备设备，具体为一种节能型氯化亚砜制备过程中精馏塔。

背景技术：

1、氯化亚砜又叫亚硫酰氯，在生产氯化亚砜产品时，首先需要通过原料之间发生化学反应得到粗品氯化亚砜，再对粗品氯化亚砜进行精馏从而得到高纯度的氯化亚砜产品。

2、现有技术中，由于粗品氯化亚砜(沸点78.8℃)含有一定量的二氯化硫(沸点59.6℃)和一氯化硫(沸点138℃)，氯化亚砜与二氯化硫的沸点区间远小于氯化亚砜与一氯化硫区间，为了提升精馏的氯化亚砜产品纯度和效率，一般会先进行一级精馏，同时在一级精馏塔的塔顶位置设置硫化床，使粗品氯化亚砜中的二氯化硫与硫化床中的过量的硫磺接触反应转化成一氯化硫，得到只含有一氯化硫和氯化亚砜的组合物，再通过二级精馏将组合物中的氯化亚砜提取出来，通过将二氯化硫转化为一氯化硫，利用一氯化硫与氯化亚砜之间沸点温差大的特点，在对氯化亚砜进行精馏时，避免沸点接近的物质被蒸馏出去，造成氯化亚砜的纯度降低；

3、但是，在使用精馏塔对一氯化硫和氯化亚砜的组合物进行精馏提纯时，会根据生产需求，分别设定塔釜的温度区间和塔顶的温度区间，精馏塔在运行时，一般采用控制底部再沸器的产热量和顶部精馏液的回流量来调节精馏塔内部的温度，在对精馏塔内部的温度进行控制过程中，若塔顶温度超过设定值，此时需要回流液流出来降低塔顶温度，塔顶控制器会加大回流量阀门开度，回流液流出使塔顶温度降低，而这些回流液下降至塔底，塔底温度受到影响降低，偏离设定值，此时塔底控制器试图将塔底温度回调至设定值，则会增加加热蒸汽量，塔底温度提高至设定值，而塔蒸汽上升至塔顶，导致塔顶温度又一次超出设定，导致再沸器热源控制器与精馏液的回流量控制器反复工作，精馏塔内部的温度难以达到平衡，造成精馏塔生产效率降低，同时浪费能源，增加生产成本。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种节能型氯化亚砜制备过程中精馏塔，以解决上述背景技术提出的在对精馏塔内部进行温度控制时，再沸器与精馏液的回流泵反复工作，精馏塔内部的温度难以达到平衡的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种节能型氯化亚砜制备过程中精馏塔，包括精馏塔主体机构、蒸发机构、冷凝回流机构和温度控制系统，所述精馏塔主体机构侧面固定连接有蒸发机构，所述冷凝回流机构与精馏塔主体机构顶部固定连接，所述温度控制系统用于控制蒸发机构通入精馏塔主体机构底部的高温蒸汽量，且温度控制系统用于控制冷凝回流机构通入精馏塔主体机构顶部的冷凝液回流量，所述精馏塔主体机构的塔底安装有一号温度传感器，且精馏塔主体机构的塔顶安装有二号温度传感器；

3、所述一号温度传感器用于监测精馏塔主体机构的塔底处液相物质温度，并将温度数据传递给温度控制系统，所述二号温度传感器用于监测精馏塔主体机构的塔顶处气相物质温度，并将温度数据传递给温度控制系统，所述温度控制系统包括初始数据采集模块、数据计算模块和pid控制器输出模块所述初始数据采集模块用于接收一号温度传感器和二号温度传感器监测的数据，所述数据计算模块用于将初始数据采集模块接收的温度数据与精馏塔主体机构作业时设定的标准温度数据进行对比、计算，并根据计算结果发出指令，所述pid控制器输出模块根据数据计算模块的指令对蒸发机构和冷凝回流机构进行调节。

4、优选的，所述温度控制系统还包括、温度误差计算模块、计算网络层输出、计算pid控制器输出和最终pid控制参数，所述温度误差计算模块对pid控制器输出模块的调节结果的误差进行计算，所述计算网络层输出根据温度误差计算模块计算出的误差，通过神经网络模型前向传播计算得到的该网络层的输出结果，所述计算pid控制器输出根据计算网络层输出的输出结果计算出下一次pid控制器输出模块的控制参数，所述最终pid控制参数用于存储和记忆优化后的pid控制参数。

5、优选的，所述温度控制系统基于pso-pid神经网络设计，其分为五步：

6、s1、通过初始数据采集模块接收一号温度传感器和二号温度传感器监测的数据，再通过数据计算模块将初始数据采集模块接收的温度数据与精馏塔主体机构作业时设定的标准温度数据进行对比、计算，并根据计算结果发出指令；

7、s2、通过pid控制器输出模块根据数据计算模块的指令分别调节蒸发机构通入精馏塔主体机构底部的高温蒸汽量和冷凝回流机构通入精馏塔主体机构顶部的冷凝液回流量；

8、s3、通过温度误差计算模块将初始化pid神经网络代入改进粒子群算法求解，计算得出设置温度和输出温度的误差值；

9、s4、根据温度误差计算模块的计算结果，通过计算网络层输出和计算pid控制器输出确定温度控制系统中pid控制器输出模块的控制参数；

10、s5、通过温度控制系统在线自学习，利用最终pid控制参数对控制参数进行存储记忆，对控制参数进行优选。

11、优选的，步骤s3中，pid神经网络代入粒子群算法使用sigmoid函数调整惯性权重，利用sigmoid函数调整惯性权重得到反映本次速度更新受之前迭代过程中粒子速度的影响力ω，式如下：

12、ω＝m+(ωmax-ωmin)·[1-2/exp(2t/tmax)]+ωmin；

13、式中：m为服从均值为0、标准差为0.01的正态分布；

14、再采用正弦函数调节时变加速因子，式如下：

15、

16、

17、式中：c1s、c1f和c2s、c2f分别为加速因子c1、c2的初始值和最终值，c1、c2的取值范围为[0.8，2.0]，对c1由小到大、c2由大到小进行调整；

18、选取精馏塔系统数学模型，式如下：

19、

20、通过精馏塔系统数学模型对精馏塔温度控制系统进行解耦计算。

21、优选的，pso-pid神经网络通过粒子群算法获得最优粒子作为pso-pid神经网络初始权值，通过pso-pid神经网络获取pid控制器输出模块的最优输出参数u(t)，式如下：

22、

23、式中：kp、ki、kd分别为比例、积分、微分系数。

24、优选的，所述蒸发机构包括再沸器，所述再沸器上部分别固定连接有热介质进料管和蒸汽输送管，所述蒸汽输送管一端与精馏塔主体机构侧面固定连接。

25、优选的，所述热介质进料管表面分别固定连接有一号控制阀门和一号流量计，所述一号控制阀门位于热介质向再沸器内部流入方向的前端，所述一号流量计位于热介质向再沸器内部流入方向的后端。

26、优选的，所述蒸汽输送管表面分别固定连接有二号控制阀门和二号流量计，所述二号控制阀门位于蒸气向精馏塔主体机构内部流入方向的前端，所述二号流量计位于蒸气向精馏塔主体机构内部流入方向的后端。

27、优选的，所述冷凝回流机构包括冷凝器，所述冷凝器底部设置有储液箱，所述储液箱上部固定连接有一号连接管，所述一号连接管与冷凝器底部固定连接。

28、优选的，所述储液箱一侧安装有循环泵，所述循环泵底部分别固定连接有二号连接管、三号连接管和蒸汽输出管，所述二号连接管与储液箱固定连接，所述蒸汽输出管一端与精馏塔主体机构顶部固定连接，且蒸汽输出管另一端与冷凝器固定连接，所述三号连接管与蒸汽输出管位于精馏塔主体机构顶部的连接段固定连接，所述三号连接管表面分别固定连接有三号控制阀门和三号流量计，所述三号控制阀门位于冷凝液向精馏塔主体机构内部流入方向的前端，所述三号流量计位于冷凝液向精馏塔主体机构内部流入方向的后端。

29、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

30、1、本发明中，通过计算pid控制器输出对优化的pid控制参数进行输出，降低精馏塔主体机构再次进行温度调节时的波动，使精馏塔主体机构快速的达到温度平衡，通过最终pid控制参数对优化的pid控制参数进行记录筛选，得到最优的pid控制参数，当精馏塔主体机构再次出现相同或相近的温度变化时，温度控制系统直接使用最终pid控制参数的控制参数对蒸发机构和冷凝回流机构进行控制，使精馏塔主体机构迅速达到温度平衡，降低能源损耗。

31、2、本发明中，通过调节一号控制阀门的开度对热介质的流量进行调节，通过一号流量计对流入的热介质进行计量，同时通过二号控制阀门对蒸气流量进行控制，通过二号流量计对蒸气流量进行计量，达到对热量精准控制的目的，节约能源。

32、3、本发明中，通过pid控制器输出模块控制三号控制阀门的开度对冷凝液的回流量进行调节、控制，同时通过三号流量计对冷凝液的回流量进行再次计量，确保回流量准确，可以避免回流量过大，造成塔顶温度浮动范围过大，导致的精馏塔主体机构生产效率降低，同时避免造成蒸发机构和冷凝回流机构对温度进行反复的调节，导致运行能耗的增大。

技术特征：

1.一种节能型氯化亚砜制备过程中精馏塔，其特征在于：包括精馏塔主体机构(1)、蒸发机构(2)、冷凝回流机构(3)和温度控制系统(4)，所述精馏塔主体机构(1)侧面固定连接有蒸发机构(2)，所述冷凝回流机构(3)与精馏塔主体机构(1)顶部固定连接，所述温度控制系统(4)用于控制蒸发机构(2)通入精馏塔主体机构(1)底部的高温蒸汽量，且温度控制系统(4)用于控制冷凝回流机构(3)通入精馏塔主体机构(1)顶部的冷凝液回流量，所述精馏塔主体机构(1)的塔底安装有一号温度传感器，且精馏塔主体机构(1)的塔顶安装有二号温度传感器；

2.根据权利要求1中所述的一种节能型氯化亚砜制备过程中精馏塔，其特征在于：所述温度控制系统(4)还包括、温度误差计算模块(44)、计算网络层输出(45)、计算pid控制器输出(46)和最终pid控制参数(47)，所述温度误差计算模块(44)对pid控制器输出模块(43)的调节结果的误差进行计算，所述计算网络层输出(45)根据温度误差计算模块(44)计算出的误差，通过神经网络模型前向传播计算得到的该网络层的输出结果，所述计算pid控制器输出(46)根据计算网络层输出(45)的输出结果计算出下一次pid控制器输出模块(43)的控制参数，所述最终pid控制参数(47)用于存储和记忆优化后的pid控制参数。

3.根据权利要求2中所述的一种节能型氯化亚砜制备过程中精馏塔，其特征在于：所述温度控制系统(4)基于pso-pid神经网络设计，其分为五步：

4.根据权利要求3中所述的一种节能型氯化亚砜制备过程中精馏塔，其特征在于：步骤s3中，pid神经网络代入粒子群算法使用sigmoid函数调整惯性权重，利用sigmoid函数调整惯性权重得到反映本次速度更新受之前迭代过程中粒子速度的影响力ω，式如下：

5.根据权利要求4中所述的一种节能型氯化亚砜制备过程中精馏塔，其特征在于：pso-pid神经网络通过粒子群算法获得最优粒子作为pso-pid神经网络初始权值，通过pso-pid神经网络获取pid控制器输出模块(43)的最优输出参数u(t)，式如下：

6.根据权利要求1中所述的一种节能型氯化亚砜制备过程中精馏塔，其特征在于：所述蒸发机构(2)包括再沸器(21)，所述再沸器(21)上部分别固定连接有热介质进料管(22)和蒸汽输送管(23)，所述蒸汽输送管(23)一端与精馏塔主体机构(1)侧面固定连接。

7.根据权利要求6中所述的一种节能型氯化亚砜制备过程中精馏塔，其特征在于：所述热介质进料管(22)表面分别固定连接有一号控制阀门(24)和一号流量计(25)，所述一号控制阀门(24)位于热介质向再沸器(21)内部流入方向的前端，所述一号流量计(25)位于热介质向再沸器(21)内部流入方向的后端。

8.根据权利要求6中所述的一种节能型氯化亚砜制备过程中精馏塔，其特征在于：所述蒸汽输送管(23)表面分别固定连接有二号控制阀门(26)和二号流量计(27)，所述二号控制阀门(26)位于蒸气向精馏塔主体机构(1)内部流入方向的前端，所述二号流量计(27)位于蒸气向精馏塔主体机构(1)内部流入方向的后端。

9.根据权利要求1中所述的一种节能型氯化亚砜制备过程中精馏塔，其特征在于：所述冷凝回流机构(3)包括冷凝器(31)，所述冷凝器(31)底部设置有储液箱(32)，所述储液箱(32)上部固定连接有一号连接管(34)，所述一号连接管(34)与冷凝器(31)底部固定连接。

10.根据权利要求9中所述的一种节能型氯化亚砜制备过程中精馏塔，其特征在于：所述储液箱(32)一侧安装有循环泵(33)，所述循环泵(33)底部分别固定连接有二号连接管(35)、三号连接管(36)和蒸汽输出管(37)，所述二号连接管(35)与储液箱(32)固定连接，所述蒸汽输出管(37)一端与精馏塔主体机构(1)顶部固定连接，且蒸汽输出管(37)另一端与冷凝器(31)固定连接，所述三号连接管(36)与蒸汽输出管(37)位于精馏塔主体机构(1)顶部的连接段固定连接，所述三号连接管(36)表面分别固定连接有三号控制阀门(38)和三号流量计(39)，所述三号控制阀门(38)位于冷凝液向精馏塔主体机构(1)内部流入方向的前端，所述三号流量计(39)位于冷凝液向精馏塔主体机构(1)内部流入方向的后端。

技术总结
本发明公开了一种节能型氯化亚砜制备过程中精馏塔，涉及氯化亚砜制备设备技术领域，包括精馏塔主体机构、蒸发机构、冷凝回流机构和温度控制系统，所述精馏塔主体机构侧面固定连接有蒸发机构，所述冷凝回流机构与精馏塔主体机构顶部固定连接。本发明通过计算PID控制器输出对优化的PID控制参数进行输出，降低精馏塔主体机构再次进行温度调节时的波动，使精馏塔主体机构快速的达到温度平衡，通过最终PID控制参数对优化的PID控制参数进行记录筛选，得到最优的PID控制参数，当精馏塔主体机构再次出现相同或相近的温度变化时，温度控制系统直接使用最终PID控制参数的控制参数对蒸发机构和冷凝回流机构进行控制。

技术研发人员：李海亭
受保护的技术使用者：莒南国泰化工有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23