精馏塔动态数学模型的建立、仿真及控制的研究

本文围绕精馏过程装置精馏塔展开了对其动态数学模型的建立、仿真及其控制的研究，主要内容及结果如下： 1、应用平衡级原理，建立了精馏塔动态仿真模型。本文通过对精馏塔及相关设备的分析与研究，将精馏塔分为六个不同的部分：通用塔段部分、分离罐部分、塔顶与冷凝器部分、循环取热部分、塔釜部分和再沸器部分，分别予以模型化，六者的有机结合形成了一个完整的模型。仿真中选用了变步长的积分方法，并从机理分析入手，对模型进行了合理的简化，使得模型计算时间大大缩短，从而提高了模型的实用性。通过编程仿真证明，该模型能够比较准确地预测精馏塔在各种干扰和操作条件下的动态行为，与实际情况趋势一致，其稳态结果与实际变化趋势也比较吻合，因而对于控制系统的分析和设计具有一定的指导意义。 2、采用频率分析的方法对循环取热部分的模型进行了简化。对于由偏微分方程所描述的管壳式换热器和输送管线，该方法在将其简化为常微分方程加滞后环节的数学模型的同时，还保留了装置和物流的物理特征，为仿真计算和实时控制提供了条件。该模型是精馏塔整体模型的重要组成之一。 3、对精馏塔的可控性和可观性进行了分析。精馏塔的可控性与可观性对生产的操作和控制有很大的影响，但由于其是结构复杂的非线性系统，可供工程设计的实用方法还不多见。本文采用系统结构分析方法对精馏塔的可控性与可观性进行了分析，为在设计阶段对精馏塔进行可控、可观性分析提供了一个有效的工具。 4、对精馏塔的先进控制进行了研究。针对被控变量塔顶温度的控制环境，分析了多个操纵变量的控制特点，提出了采用协调预估控制方案。建立了预估控制算法和塔顶预估控制用模型。通过先进的预估控制技术与传统的PID控制技术相结合的方法，形成了一个性能较高且容易实现的控制系统，在保证对被控变量的控制效果前提下，实现了对操纵变量的优化，即能耗降低。 5、开发了一种由个人计算机组成的精馏过程仿真环境。本人分别在DOS环境下和NT环境下开发了仿真软件。基于DOS环境的仿真软件可用于模拟精馏过北京化工大学硕士研究生学位论文程的各种变化，十分简单。基于NT环境的仿真软件采用了工业组态软件，本系统成本低，配置灵活，具有丰富的软件支持，不仅可以用于开发石油化工培训仿真器，也可作为控制系统软件开发设计的辅助工具。关键词:精馏塔，平衡级模型，可控性，可观性，先进控制，仿真 .….、11一