一種新型甲醇雙效精餾系統(tǒng)建模、動(dòng)態(tài)行為與控制的若干問題研究.pdf

1、甲醇是僅次于烯烴和芳烴第三重要的基礎(chǔ)化工原料。近年來甲醇在新型能源特別是燃料電池和汽車燃料方面的用途得到了良好的開發(fā)，其需求帚與產(chǎn)能也隨著新用途的開發(fā)迅速提高。在合成甲醇工業(yè)生產(chǎn)過程中，粗甲醇的精制不僅是決定甲醇產(chǎn)品質(zhì)量的重要工序，而且也是影響甲醇生產(chǎn)成本的關(guān)鍵因素之一。因此甲醇精制工藝節(jié)能和節(jié)水研究，是具有重要的實(shí)際意義。隨著全球能源危機(jī)所引起的成本壓力，目前我國(guó)普遍采用節(jié)能型的三塔雙效精餾工藝精制甲醇。 本文的研究對(duì)象是20

2、05年吳嘉和陳露提出的一種新犁雙效精餾工藝(NLSF)，與傳統(tǒng)的工藝相比，新工藝能夠節(jié)約能量24.7％，節(jié)約軟水約38.0％。但是同時(shí)新工藝增加了系統(tǒng)的耦合程度，加強(qiáng)了兩個(gè)塔之間的關(guān)聯(lián)性，提高了系統(tǒng)對(duì)于進(jìn)料波動(dòng)的響應(yīng)的復(fù)雜性，給控制帶來了很大的難題。為了能夠?qū)崿F(xiàn)新工藝的工業(yè)應(yīng)用，對(duì)新工藝進(jìn)行詳細(xì)的動(dòng)態(tài)行為研究和可控性分析是必須的。 本論文展開了嚴(yán)格機(jī)理模型的建立、模型參數(shù)尋優(yōu)、動(dòng)態(tài)行為研究、可控性分析和閉環(huán)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的比較以及與文

3、獻(xiàn)中提到的兩種典型的雙效精餾工藝(LSF和FS)進(jìn)行對(duì)比。詳細(xì)內(nèi)容包括： 1.熱集成雙效精餾工藝的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)機(jī)理模型方法的介紹。在建立機(jī)理模型過程中充分考慮到新工藝操作變量相互耦合的復(fù)雜性，利用商業(yè)模擬軟件Aspen Plus與Aspen Dynamics建立了新工藝的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)模型。為了使模型嚴(yán)格可靠，精餾塔模擬采用了考慮水力學(xué)影響的RADFRAC模塊，精餾塔的換熱器和冷凝器都采用獨(dú)立的換熱器Heatx模塊，并以實(shí)際甲醇精制工

4、藝中的設(shè)備參數(shù)和進(jìn)料參數(shù)為模型參數(shù)。 2.為了對(duì)三種工藝穩(wěn)念模擬結(jié)果進(jìn)行比較，必須首先解決操作參數(shù)求解的問題。熱耦合雙效精餾系統(tǒng)優(yōu)化是一個(gè)強(qiáng)約束下多變量?jī)?yōu)化的難題，本論文采用模塊化結(jié)合分布式遺傳算法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)最優(yōu)化設(shè)計(jì)，求出LSF，F(xiàn)S和NLSF三種工藝操作參數(shù)。并對(duì)優(yōu)化后三種工藝的能耗和產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行分析比較。 3.對(duì)于NLSF這種熱耦合雙效精餾結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)中變量之間的耦合非常嚴(yán)重，為了建立合近的控制方案，必須對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行

5、為進(jìn)行研究。本論文對(duì)系統(tǒng)對(duì)于進(jìn)料擾動(dòng)和操作變量擾動(dòng)的開環(huán)動(dòng)態(tài)響應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)研究，觀察系統(tǒng)變景之間相互關(guān)系，總結(jié)新工藝的開環(huán)動(dòng)態(tài)特性，并結(jié)合實(shí)際情況建立合理的控制策略。 4.分析和比較新工藝的不同控制方案的控制效果，進(jìn)行可控性分析是必須的。本論文采用一些相關(guān)的準(zhǔn)數(shù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行可控性分析，利用可控性分析結(jié)果對(duì)控制方案的控制效果進(jìn)行預(yù)測(cè)。以幾種進(jìn)料擾動(dòng)為代表，比較新工藝不同控制方案下的閉環(huán)動(dòng)態(tài)響應(yīng)，對(duì)可控性分析的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證并選出最優(yōu)的控