精馏过程模型简化与节能控制

【摘要】： 在化工、石油、轻工等工业生产中,常常会有许多液相和气相混合物需要分离或提纯,精馏是分离和提纯的重要手段。为了保证精馏过程的安全、稳定操作,需要从工艺上了解其传质传热过程,从机理上建立数学模型,对其动态仿真,以便对精馏过程进行过程自动控制。精馏塔的动态机理模型呈现维数高和非线性等特性,对精馏塔进行模型简化就成了人们研究的热点,于是出现了许多建立精馏塔简化模型的方法。 本文首先介绍了精馏过程原理,在此基础上运用平衡级理论方程组建立严格机理下的生产过程动态数学模型,它通常是一组微分方程或是差分方程,需要对其简化。本文采用的是一个分离乙醇和水的二元精馏塔,此塔共十八块塔板,连同冷凝器回流罐系统和塔釜共二十个分离级,利用逐板计算法得出各塔板上轻、重组分浓度,在Simulink里对机理模型进行仿真,比较输出数据和计算所得数据的误差,验证模型的正确性。 对具有维数高和非线性等特性的精馏塔动态模型进行简化,在稳态工作点附近运用小偏差方法对其进行了线性化处理,得到了线性化的二十阶模型,然后运用了Marshall方法进行降阶,最后得到一个三阶的简化模型,通过Simulink对简化模型进行仿真,并和原始模型做对比。本模型对于精馏过程的控制系统分析和设计具有实际应用价值和理论指导意义。 作为化工生产中应用最广的精馏过程,是其中能耗最大的一种化工单元操作,在能源问题越来越受人关注的今天,对精馏过程进行节能研究是避免不了的。首先介绍几种精馏塔节能的途径和方法,并分析目前精馏塔节能控制方面存在的问题。本文从抑制扰动和“卡边”操作两个方面做论述,运用上面简化的三阶模型设计前馈控制系统和串级控制系统,通过仿真得到输入变量回流量的变化情况,可以看出先进的控制系统通过降低精馏过程的回流比,进而降低塔底蒸气,从而达到节能效果,对实际操作过程有指导意义。

【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TQ028.31