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文檔簡介
1、低溫精餾的空分過程是生產(chǎn)大量高純氮氣和氧氣的重要工業(yè)過程,能耗很高,但能源利用率卻非常低。在全球能源日漸緊缺的整體環(huán)境下,內(nèi)部熱耦合空分塔被認為是空分節(jié)能技術中最具有潛力的一種。但是由于內(nèi)部熱耦合的復雜結構和空氣多元非理想混合物系結合,導致內(nèi)部熱耦合空分塔的動態(tài)建模和控制方案的設計非常困難,尤其針對目前需求量越來越大的高純和超高純空分產(chǎn)品的控制方案設計,更是罕有報道。如何有效地建立內(nèi)部熱耦合空分塔非線性動態(tài)模型以及設計控制性能良好的控制
2、方案,對于將這種潛力巨大的技術商業(yè)化具有深遠的意義,也是整個行業(yè)研究的前沿。
本文的主要工作及創(chuàng)新如下:
(1)建立了全塔耦合結構的內(nèi)部熱耦合空分塔的機理模型,分析了內(nèi)部熱耦合空分塔的動態(tài)特性。設計出了PID控制方案、一階控制模型的內(nèi)模控制方案、具有反向響應特性的二階控制模型的內(nèi)??刂品桨浮⒁话隳P涂刂品桨敢约熬哂薪怦罟δ芎涂刂颇P蛥?shù)在線校正環(huán)節(jié)的改進的一般模型控制方案。同時,在中純產(chǎn)品濃度的內(nèi)部熱耦合空分塔模型仿
3、真中,對上述控制方案的性能和效果進行了分析比較。
(2)基于wave理論,首先推導了內(nèi)部熱耦合空分塔的組分濃度單板波速,在此基礎上當全塔受到干擾時,進行了wave特性分析。從宏觀角度,推導了內(nèi)部熱耦合空分塔的組分濃度整塔波速。在引入濃度波形的經(jīng)驗函數(shù)后,建立了基于組分濃度整塔波速的wave非線性模型,并從wave理論角度對不同產(chǎn)品純度的內(nèi)部熱耦合空分塔的動態(tài)特性進行了觀測。
(3)考慮到濃度波在傳播過程中形狀并不是完
4、全恒定的情況,推導出了內(nèi)部熱耦合空分塔的組分濃度整塔修正波速,建立了基于組分濃度整塔修正波速的wave非線性模型,并對內(nèi)部熱耦合空分塔的部分動態(tài)特性進行了分析驗證,證明了wave模型的準確度很高,分析了wave模型相比傳統(tǒng)模型帶來的模型簡化優(yōu)勢。設計出了基于wave模型的一般模型控制方案以及廣義化的一般模型控制方案,并針對高純產(chǎn)品濃度的內(nèi)部熱耦合空分塔進行了控制仿真研究,結果表明了所設計的控制方案的有效性。
(4)在內(nèi)部熱耦合
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