全熱耦合精餾塔的動態(tài)模擬.pdf

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

2、現(xiàn)熱耦合精餾塔的穩(wěn)定操作。主要開展了以下幾個方面的工作：
　　1.采用嚴(yán)格的動態(tài)機理建模方法，建立了熱耦合塔的動態(tài)模型，并運用Aspen Dynamics軟件進行評價。結(jié)果表明：當(dāng)系統(tǒng)在遇到正負兩個方向的擾動時，塔頂和塔底產(chǎn)品都對負方向的擾動變化敏感，偏移量較大，而側(cè)線產(chǎn)品對正方向擾動變化敏感，偏移量大，從而證明該系統(tǒng)存在不對稱的動態(tài)響應(yīng)，并有嚴(yán)重的非線性；塔頂和中間產(chǎn)品濃度的波動時間約為10小時，塔底產(chǎn)品的濃度則為5小時，說明系

3、統(tǒng)從一個穩(wěn)態(tài)恢復(fù)到另一個穩(wěn)態(tài)時間較長，即系統(tǒng)具有很強的滯后性。
　　2.采用“三點濃度”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)線采出量控制側(cè)線產(chǎn)品濃度(S-xS),再沸器負荷控制塔底產(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和積分時間Ti；當(dāng)進料負荷產(chǎn)生±10％的擾動時，塔頂、側(cè)線和塔底產(chǎn)

4、品濃度的變化幅度較大，波動時間為10小時左右，回流罐液位和塔頂壓力的動態(tài)響應(yīng)時間為5小時，而塔釜液位需要15小時才能恢復(fù)穩(wěn)定。當(dāng)進料組成產(chǎn)生±1%的擾動時，塔頂產(chǎn)品濃度波動幅度為0.5%，側(cè)線產(chǎn)品濃度的波動幅度則為0.1%,塔底產(chǎn)品濃度的振幅則為0.35%，恢復(fù)時間為6小時。
　　3.采用相對增益矩陣的變量配對方法，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)線采出量控制側(cè)線

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