全熱耦合精餾塔的動(dòng)態(tài)模擬.pdf

1、精餾系統(tǒng)是一個(gè)多變量、多輸入、多輸出的耦合系統(tǒng)，其控制問(wèn)題非常復(fù)雜。對(duì)于全熱耦合精餾塔，由于添加了互逆循環(huán)流股，使精餾過(guò)程的非線(xiàn)性和操作變量之間的耦合作用更加嚴(yán)重。為了達(dá)到節(jié)能效果，必須對(duì)其進(jìn)行合理的控制，否則會(huì)影響正常的生產(chǎn)。因此，開(kāi)展精餾過(guò)程的動(dòng)態(tài)行為研究，對(duì)于精餾系統(tǒng)的操作和控制具有一定的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。
　　本文以水、乙二醇和二乙二醇三元混合物的分離過(guò)程為例，探討了全熱耦合塔分離過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性，并提出有效的控制方案，實(shí)

2、現(xiàn)熱耦合精餾塔的穩(wěn)定操作。主要開(kāi)展了以下幾個(gè)方面的工作：
　　1.采用嚴(yán)格的動(dòng)態(tài)機(jī)理建模方法，建立了熱耦合塔的動(dòng)態(tài)模型，并運(yùn)用Aspen Dynamics軟件進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：當(dāng)系統(tǒng)在遇到正負(fù)兩個(gè)方向的擾動(dòng)時(shí)，塔頂和塔底產(chǎn)品都對(duì)負(fù)方向的擾動(dòng)變化敏感，偏移量較大，而側(cè)線(xiàn)產(chǎn)品對(duì)正方向擾動(dòng)變化敏感，偏移量大，從而證明該系統(tǒng)存在不對(duì)稱(chēng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，并有嚴(yán)重的非線(xiàn)性；塔頂和中間產(chǎn)品濃度的波動(dòng)時(shí)間約為10小時(shí)，塔底產(chǎn)品的濃度則為5小時(shí)，說(shuō)明系

3、統(tǒng)從一個(gè)穩(wěn)態(tài)恢復(fù)到另一個(gè)穩(wěn)態(tài)時(shí)間較長(zhǎng)，即系統(tǒng)具有很強(qiáng)的滯后性。
　　2.采用“三點(diǎn)濃度”控制方案，即采用塔頂回流量控制塔頂產(chǎn)品濃度(L-xD),側(cè)線(xiàn)采出量控制側(cè)線(xiàn)產(chǎn)品濃度(S-xS),再沸器負(fù)荷控制塔底產(chǎn)品濃度(QR-xB)；選用比例積分(PI)控制，確定控制器模型方程和控制器的正反作用，并使用Ziegler-Nichols方法整定了控制參數(shù)，獲得最優(yōu)的比例增益Kc和積分時(shí)間Ti；當(dāng)進(jìn)料負(fù)荷產(chǎn)生±10％的擾動(dòng)時(shí)，塔頂、側(cè)線(xiàn)和塔底產(chǎn)

4、品濃度的變化幅度較大，波動(dòng)時(shí)間為10小時(shí)左右，回流罐液位和塔頂壓力的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間為5小時(shí)，而塔釜液位需要15小時(shí)才能恢復(fù)穩(wěn)定。當(dāng)進(jìn)料組成產(chǎn)生±1%的擾動(dòng)時(shí)，塔頂產(chǎn)品濃度波動(dòng)幅度為0.5%，側(cè)線(xiàn)產(chǎn)品濃度的波動(dòng)幅度則為0.1%,塔底產(chǎn)品濃度的振幅則為0.35%，恢復(fù)時(shí)間為6小時(shí)。
　　3.采用相對(duì)增益矩陣的變量配對(duì)方法，提出新的控制方案，即塔頂回流量控制回流罐液位(L-LD),塔頂采出量控制塔頂產(chǎn)品濃度(D-xD),側(cè)線(xiàn)采出量控制側(cè)線(xiàn)

5、產(chǎn)品濃度(S-xS),塔釜再沸器熱負(fù)荷控制塔底產(chǎn)品濃度(QR-xB),塔底采出量控制塔釜液位(B-xB),冷凝器負(fù)荷控制塔頂壓力(QC-P)。當(dāng)添加進(jìn)料負(fù)荷±10%的階躍擾動(dòng)時(shí)，塔頂、側(cè)線(xiàn)和塔底產(chǎn)品濃度恢復(fù)時(shí)間明顯減小，大約為3小時(shí)，回流罐液位和塔釜液位的變化趨勢(shì)也更加平緩，波動(dòng)時(shí)間縮短至2小時(shí)，塔頂壓力的波動(dòng)為3小時(shí)；當(dāng)添加進(jìn)料組成±1%的擾動(dòng)時(shí)，塔頂產(chǎn)品最大波動(dòng)幅度為0.2%，側(cè)線(xiàn)產(chǎn)品的最大波動(dòng)幅度為0.175%，波動(dòng)時(shí)間縮短至3小