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《南京工业大学》 2003年
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综合建模方法和先进控制技术在两个化工过程中的应用

张湜  
【摘要】:本文研究了苯丙酮酸合成装置和丁二烯生产装置两种不同化工过程的建模和控制问题。 由我校开发的酶法合成L—苯丙氨酸工艺过程包括苯丙酮酸合成及转氨反应生成L—苯丙氨酸两部分,都是典型的间歇化工过程。本文研究了其中苯丙酮酸生产装置的建模和控制问题,主要包括羰基化反应动力学模型、羰基化反应过程建模与控制以及苯丙酮酸盐结晶过程粒度分布的模型化等方面。这些工作对于L—苯丙氨酸的大规模工业化生产是有益的前期研究。 扬子公司的丁二烯生产装置是基于日本瑞翁技术的连续性大型石化工业生产过程,包括了萃取精馏、压缩、精馏等工段。利用该生产装置将控制仪表从常规仪表改换为计算机集散控制系统(DCS)的有利时机,本文对其精馏工段的建模和先进控制问题进行了研究与开发。这一部分的研究成果已经在实际生产装置上投入使用,受到用户的肯定,并获得了显著的经济效益。为了获得现场数据,本文还进行了工业控制网络中数据通讯问题的研究,解决了低成本实现异种机之间通讯难题,为建模和控制工作提供了基础。 本文的内容一共分为三大部分。 第一部分是综述。包括关于化工过程建模问题和化工过程控制问题的综述。分别在第1和第2章讨论。 第二部分是关于L—苯丙氨酸工艺过程中苯丙酮酸生产过程的研究,包括第3、4、5章。L—苯丙氨酸是一种重要的医药、食品工业原料。我国目前还不能进行大批量工业化生产。自1980年代后期,在我国着手进行了L—苯丙氨酸生产技术的研究和开发。但至今没有实现大规模工业化生产。主要原因是成本较高,产品缺乏市场竞争力。我校开发的酶法合成L—苯丙氨酸生产技术,具有大规模工业化生产的前景,其中苯丙酮酸的生产过程是最重要的工序。由氯苄双羰基化反应生成苯丙酮酸是L—苯丙氨酸生产工艺的重要环节。本文在第3章将机理方法与统计学方法相结合,建立了氯苄双羰基化反应的动力学模型。在第5章中进 一步利用很少量的实验数据,通过人工神经网络与非线性回归分析相结合的方 法,建立了能够较好反映该过程操作特性的本征模型。在此基础上,提出了基于 内模控制和推断思想的控制方案。初步的仿真工作证明了这一先进控制方案的可 行性。在第4章中,本文研究了苯丙酮酸盐结晶过程晶体粒度分布的模型化问题。 晶体的粒度分布反映了结晶过程操作的质量,需要严格加以控制。本文提出将整 个反应器设想为两个串联连接、相互间有返混的全混流反应器,从而解决了反应 器内晶体粒数分布不均匀的难题。然后将连续粒度加以离散化,避免了求解偏微 分粒数平衡方程困难,最终建立了结构简单、便于求解的苯丙酮酸盐结晶过程晶 体粒度分布的数学模型,用于预测该结晶过程的粒度分布,具有较高的实用价值。 并且,其思路同样可以应用在苯丙氨酸盐的结晶过程。 第三部分是关于丁二烯精馏装置建模头珍控制的研究、开发工作。包括第 6、7、8章。在第6章中,本文提出了(DeltaV)工业DCS通讯方案,低成本 地解决了现场数据通讯问题,为后续的建模和控制工作提供了方便。在第7章, 本文采用多种回归分析方法(线性回归、非线性回归、具有动态补偿的回归以及 利用过程微分信息的回归分析方法等),建立了5个丁二烯精馏系统的软测量模 型。由于建模方法的简洁实用性以及在线校正模块的有效可靠性,保证了这些软 测量模型能够很好地实现精馏塔成分的在线软测量。现场运行效果很好,为操作 人员提供了操作依据,并为实施先进控制策略奠定了基础。本文在第8章中设计 了该丁二烯精馏系统的先进控制系统。该控制系统一共包括4个控制回路,分别 为基于上述软测量模型的推断控制、复合推断控制、约束推断控制以及优化推断 控制。这些控制回路都已经实际运行,并产生了效果。不仅减轻了操作人员的劳 动强度,减少了事故的发生,降低了能耗,提高了生产装置的运行质量,并由于 减少丁二烯的损耗而产生了较大的经济效益。据粗略统计,由此一项带来的经济 效益可达100万元/年。 此外,作者在该装置上的另一项研究工作是开发了全装置的生产负荷自动升 降控制系统。因篇幅限制,该项工作没有在本文中加以反映。 本文研究工作的创新点主要有: 一、研究了氯节双拨基化反应的建模和控制问题。建立了动力学模型和用于 一-一_____一----一--一一---一---一-—一_—一 控制目的的本征模型,并提出了基于内模控制原理和推断控制思想的控制方案。 这些工作未见到有文献报道。 二、建立了工业丁二烯精馏系统的软测量模型。该组模型形式简单,便于在 一——一-—一___一__一____一--一-一----一---、--一 工业DCS上实施,占用系统资源很少,运行可靠有效。基于这些软测量模型提 出了以推断控制为基础的先进控制系统。这些控制回路基本上只需要利用DCS 的组态软件就可实现。由于考虑了工业现场的实际情况,增加了约束控制和优化 控制等功能,所以很好地解决了由于老装置超负荷运行的控制难题,并获得了可 观的经济效益。这项工作未见文献报道,作者己着手申请专利。
【学位授予单位】:南京工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TQ013

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1 田野,李平,张爱新;神经网络在软测量技术中的应用[J];抚顺石油学院学报;1998年03期
2 张湜,范伟平,蔡瑞英,王延儒,时钧;苯丙酮酸钠反应结晶过程的数学模拟[J];高校化学工程学报;1999年06期
3 程兆年,汤锋潮,罗学才,张未名,陈念贻;模式识别法在化工调优中的应用[J];化工学报;1990年05期
4 陈守煜,陈晓冰;模糊模式识别理论模型及在化工中的应用[J];化工学报;1991年06期
5 陈建峰,吕营,陈甘棠;混合-反应结晶过程(Ⅰ)实验[J];化工学报;1994年02期
6 陈建峰,陈甘棠;混合-反应结晶过程(Ⅱ)模型及验证[J];化工学报;1994年02期
7 花强,王树青;神经网络建模方法在维生素C发酵过程中的应用[J];化工学报;1996年04期
8 朱群雄,麻德贤;神经网络过程模型辨识[J];化工学报;1997年05期
9 范伟平,吴月,欧阳平凯,朱建良;苯丙酮酸钠盐结晶过程[J];化工学报;1998年01期
10 傅春生;王骥程;;间歇式发酵过程自动控制的回顾与展望[J];化工自动化及仪表;1987年04期
【共引文献】
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1 朱明星,张德龙;RBF网络基函数中心选取算法的研究[J];安徽大学学报(自然科学版);2000年01期
2 崔博文,陈剑,陈心昭,任章;复参数最小二乘估计方法[J];安徽大学学报(自然科学版);2005年03期
3 鲁照权;俞宗嘉;胡金东;胡焱东;;广义最小二乘限定记忆参数辨识方法与仿真研究[J];安徽大学学报(自然科学版);2009年06期
4 陈晓梅,陈伟,梁凯,戎兵;盐酸林可霉素发酵过程计算机控制技术[J];安徽化工;2002年03期
5 兰维娟;毛鹏军;杜东亮;王俊;;基于径向基函数网络的变量施肥决策研究[J];安徽农业科学;2007年21期
6 康国磊;黄春;江泳;;智能烟叶烤房控制系统的设计[J];安徽农业科学;2009年14期
7 梁万用;王凯;;蔬菜大棚温湿度智能控制系统设计[J];安徽农业科学;2009年19期
8 熊明勇,陈宁,张克旭;L-缬氨酸生产菌的选育及其发酵培养基的模式识别优化[J];氨基酸和生物资源;2003年01期
9 高志明,关岩,于洪梅,吴秀红,李井会;人工神经网络在化学中的应用进展[J];鞍山钢铁学院学报;2000年03期
10 丛峰武;张勇;孙云兰;;智能数据预处理在浮选过程中的应用[J];鞍山科技大学学报;2005年06期
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2 赵建国,王子镐,裴永昕,魏寿彭;淤浆法高密度聚乙烯链长分布矩的计算方法[J];北京化工大学学报(自然科学版);2005年02期
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4 廖龙飞;王晶;;面向多输出系统的启发式支持向量机回归[J];北京化工大学学报(自然科学版);2011年02期
5 马文伟;郑建勇;尤鋆;张先飞;;应用Kalman滤波法估计铅酸蓄电池SOC[J];蓄电池;2010年01期
6 石云;;Bp神经网络的Matlab实现[J];湘南学院学报;2010年05期
7 温浩,赵国庆;基于MATLAB神经网络工具箱的线性神经网络实现[J];电子科技;2005年01期
8 张强;仝卫国;田沛;;基于RBF神经网络的汽包水位软测量模型研究[J];仪器仪表用户;2006年02期
9 陆蓉;;PTA供需格局变化及2010年国内市场预测[J];化工管理;2010年01期
10 李太福,冯国梁,钟秉翔,刘玉成;一类不确定性复杂系统的控制策略分析[J];重庆大学学报(自然科学版);2003年01期
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1 李海生;支持向量机回归算法与应用研究[D];华南理工大学;2005年
2 李晓光;混合建模方法研究及其在化工过程中的应用[D];北京化工大学;2008年
3 刘京礼;鲁棒最小二乘支持向量机研究与应用[D];中国科学技术大学;2010年
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1 冯学胜;分子蒸馏过程多级分布式自动控制系统研究[D];长春工业大学;2011年
2 陈(羽中)伟;基于先验知识的神经元网络建模与应用[D];浙江大学;2002年
3 芦湘冬;模拟电路故障诊断神经网络数据融合方法[D];湖南大学;2004年
4 陈玉芳;BP神经网络的算法改进及应用研究[D];电子科技大学;2004年
5 吴海燕;利用神经网络实现聚合反应分子量分布的建模与控制[D];北京化工大学;2004年
6 彭娟娟;数据校正技术若干问题的研究和应用[D];浙江大学;2006年
7 李健;精馏塔机理—神经网络混合建模的研究[D];广西大学;2007年
8 胡婧;基于BP神经网络的滚动轴承缺陷诊断研究[D];华中科技大学;2006年
9 文冬林;BP神经网络中一种逃离局部极小点的方法研究[D];贵州大学;2008年
10 于婷婷;基于BP神经网络的滚动轴承故障诊断方法[D];大连理工大学;2008年
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【二级参考文献】
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1 张井岗,曾建潮,孙志毅;直流电动机调速系统的内模控制[J];电机与控制学报;1998年02期
2 赵曜;直流调速系统的二自由度内模控制方法[J];电气传动;1997年01期
3 李向阳,朱学峰,刘焕彬;硫酸盐法蒸煮过程Kappa值预测模型的研究与应用[J];广东造纸;2000年05期
4 贾宏宇,施仁;基于OPC的工控软件设计[J];工业控制计算机;1999年02期
5 阳宪惠,林强,陆丽萍,徐用懋;浅谈现场总线开放系统的系统集成与应用集成[J];工业控制计算机;1999年05期
6 苑明哲,王智,程尚军,于海斌;OPC技术在现场总线控制系统中的应用[J];工业仪表与自动化装置;2000年03期
7 徐科军,区建军,苏敬安,董联;预测铁水硅含量的神经网络初探[J];工业仪表与自动化装置;1996年03期
8 王晓霞,王永初;间接测量装置的一种设计方法[J];工业仪表与自动化装置;1997年01期
9 张未名,徐灿,陈念贻,邱孝痒,胡大俊,李再琮;丁二烯萃取精馏过程的模式识别分析[J];化工学报;1988年02期
10 陈守煜,陈晓冰;化工方案选择的模糊优选方法[J];化工学报;1990年02期
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1 赵曜;;动态矩阵控制的稳定性和鲁棒性分析[A];1994中国控制与决策学术年会论文集[C];1994年
2 赵曜;;基于内模结构的鲁棒有限拍控制及其与预测控制的比较[A];1995年中国控制会议论文集(上)[C];1995年
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9 王泽峰;;先进控制技术在乙烯装置裂解炉上的应用[J];石化技术;2006年02期
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3 金晓明;王树青;;模糊逻辑在工业精馏过程先进控制中的应用[A];第二十一届中国控制会议论文集[C];2002年
4 ;我国石化工业发展形势以及对智能化管理和先进控制技术的要求[A];智能化石油化工厂和乙烯、聚烯烃装置运营管理技术研讨会论文集[C];2005年
5 邵诚;;基于生产目标的复杂连续工业过程集成与优化控制技术的研究与应用[A];新世纪 新机遇 新挑战——知识创新和高新技术产业发展(下册)[C];2001年
6 黄凤华;王玲;;先进控制技术的主要控制方法综述[A];第十九届电工理论学术年会论文集[C];2007年
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1 记者 张一峰 刘振勇;锦州石化先进控制技术保优化运行[N];中国石油报;2009年
2 熊伟;Aspen先进控制技术落户抚顺石化[N];中国石油报;2006年
3 钱敏;石化装置先进控制技术亟待开发[N];中国化工报;2008年
4 东木;非线性先进控制技术为聚合物生产保驾护航[N];中国石油报;2004年
5 卞海珠 凌泽济;裂解炉先进控制技术研究取得较大进展[N];中国石化报;2009年
6 魏明吕向荣;上海石化CFB机组先进控制技术世界领先[N];中国工业报;2008年
7 苗占东;齐鲁石化力推先进控制系统建设[N];中国石化报;2006年
8 赵凤莉于燕燕;轻烃分馏先进控制技术走向成熟[N];中国化工报;2008年
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1 邓长辉;真空感应炉先进控制技术研究与应用[D];东北大学;2005年
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3 刘昌金;适应电网环境的双馈风电机组变流器谐振控制[D];浙江大学;2012年
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1 吴国中;基于先进控制技术的DCS系统的设计与开发[D];南京林业大学;2003年
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5 徐平;先进控制技术在人造板厂的应用[D];福州大学;2003年
6 刘永清;基于OPC技术的先进控制软件研究与开发[D];昆明理工大学;2006年
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10 刘立民;延迟焦化装置软测量及先进控制研究[D];中国石油大学;2009年
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