基于工艺集成优化与控制技术的分离装置研究

     主要科技内容:以低能耗为目标,将沸点差和分子蒸馏相结合,集成负压低温蒸发工艺技术、热泵技术、旋转刮膜工艺和自动控制技术等,进行了多工艺技术的优化集成,研制了低能耗蒸馏分离装置,达到高效蒸发、高纯度提纯及节能降耗的目的。获得授权发明专利4项,其他知识产权10项,发表SCI、EI检索论文20余篇。成果主要科学内容如下:
    1.负压低温蒸发与多效蒸馏工艺集成技术创新。装置单产电耗0.09kwh/L(同类产品0.3Kwh/L),比同类装置下降67%,大大降低了能耗。
    2.基于液体飞溅率最优的旋转刮膜工艺及刮膜电机自抗扰控制技术。
    3.蒸发温度与真空度的解耦控制技术创新。采用模糊前馈解耦控制方法,实现蒸馏过程中蒸馏温度和压力的解耦控制,提高了单一变量的控制精度,保证系统的鲁棒性。装置最高蒸发温度可达250℃,空载真空度1Pa,控制精度1%。
    4.基于热泵技术的冷却水回路优化及其控制技术创新。单产冷却水消耗检验为0,实际生产小于1kg/h,降低冷却水消耗量99%以上。
    5.最佳工况点优化控制技术创新。实现了分离装置DCS控制系统,采用基于BRB的时间序列预测方法及基于GA-BP的优化方法实现蒸馏工艺参数预测及优化控制。
    项目鉴定意见及2014年国内外查新报告表明该成果处于国际先进水平。
    技术经济指标单产电耗0.09kwh/L;蒸发消耗比0.10;检验报告中单产冷却水消耗为零,实际应用小于1Kg/h;刮膜电机转速0~150rpm可控;最高蒸发温度250℃,控制精度1%;空载真空度1Pa。
    该装置蒸馏过程无废水废气排放,安全环保;单产电耗是国内生产厂家的1/3,每台蒸馏装置每年节约蒸汽5438吨,每年节约蒸汽近335万吨蒸汽,相当于36.2万吨标煤;每台装置每年节约冷却水近5万吨,每年节约冷却水资源近2824万吨,节能效果显著。
    该项目实现了多种型号分离装置,并进行了产业化推广,应用于国内外医用蒸馏水生产、中药提纯及润滑油生产等领域,经济效益十分可观,市场前景广阔。该低能耗分离技术及装置的推广应用,无煤、气、水等消耗,大大降低了能耗,且分离过程无污染,推动了该领域技术进步。成果第一完成人因该成果的研究获2013年中国石油和化学工业联合会青年科技突出贡献奖。
    成果在吉林省华通制药设备有限公司和广州市浩立生物科技有限公司应用,采用该技术近三年新增利润3010万元,项目累计为接产企业创造经济效益约3亿元。