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循环全回流间歇精馏新型控制方式的研究

宋爽  
【摘要】:本文提出了无塔顶回流罐的全回流-全采出循环全回流间歇精馏的操作方式,模拟和实验验证了无回流全采出操作期间塔顶浓度平台的存在。提出了增加塔中存液罐强化过渡馏分采出的新操作方法并采用甲醇-乙醇-正丙醇三元物系进行了分离过程。建立了具有塔中存液罐过渡馏分操作过程的数学模型。针对新型操作方式提出了多点测温三温控制策略。本文以理论塔板辅助法进行参数设定,结合系统辨识及预测控制理论构建循环全回流间歇精馏的自动化和在线优化平台,并通过数学模拟及实验研究对提出的三温控制策略进行可行性研究。 首先,对无回流罐循环全回流间歇精馏过程的基础—全采出过程进行了实验研究和模拟研究,分别讨论了不同的精馏塔参数对于精馏全采出过程的影响,验证了作为全回流-全采出式循环全回流间歇精馏操作的理论基础的塔顶浓度平台的存在;然后,对加有中间储罐的循环全回流间歇精馏用于过渡馏分采出阶段进行了研究,讨论了中间储罐的充、放液操作对塔顶轻组分的变化和对塔釜重组分上升的影响,并建立了新型操作方式的数学模型。 在上述研究的基础上提出了理论板辅助法的三温控制方法。该方法采用RBF径向神经网络进行温度系统辨识,通过扩展卡尔曼滤波(EKF)进行时变系统的温度推算和精馏塔浓度预测估计,采用模糊神经网络控制算法FNNC设计控制系统,对系统的采出与回流过程加以控制,形成一个闭环控制系统,达到在线控制间歇精馏全采出-全回流切换过程的目的。 最后,建立了带有中间回流罐的全回流间歇精馏三温控制的实验装置,应用本文提出的新型操作及控制方式实现了对甲醇-乙醇-正丙醇三元物系的分离,控制过程有较好的鲁棒性,与恒回流操作方式相比,产品的产量提高了26.2%,过渡馏分采出时间缩短了53.4%,精馏塔利用率提高了66.2%。对于循环全回流三元物系间歇精馏过程,加有塔中回流罐的三温控制方式明显优于传统的固定回流比控制,证明了控制方法的可行性。


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