高純內(nèi)部熱耦合空氣分離塔的概念設(shè)計(jì)、動態(tài)特性分析及控制研究.pdf

1、空分是對空氣進(jìn)行分離，得到氧、氮、氬等高純工業(yè)氣體的國民經(jīng)濟(jì)重要行業(yè)，其產(chǎn)品廣泛用于石油、化工、冶金、電子、能源、航空航天、食品飲料、醫(yī)療保健等各種工業(yè)領(lǐng)域。但隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，空分行業(yè)的生產(chǎn)能力和能耗問題成為該行業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸。本文在對目前節(jié)能效率最高的內(nèi)部熱耦合精餾塔技術(shù)的深入研究和對空氣分離過程初步優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，嘗試把該節(jié)能技術(shù)應(yīng)用到低溫空氣分離過程中。主要工作與成果有： (1)采用Aspen流程模擬軟件，建立了空氣

2、分離的仿真模型，并進(jìn)行了靈敏度分析和操作調(diào)優(yōu)，提升了原有空氣分離裝置的生產(chǎn)能力。 (2)采用自主編程的方法，建立空分的數(shù)學(xué)模型并求解。同時(shí)建立空分過程的優(yōu)化模型，采用SQP優(yōu)化算法對裝置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提升了生產(chǎn)能力。 (3)采用熱力學(xué)分析方法，對常規(guī)中壓流程和低壓流程進(jìn)行了有效能的計(jì)算分析，找到進(jìn)一步提升裝置節(jié)能潛力的途徑—減少精餾塔的有效能損失。 (4)把內(nèi)部熱耦合技術(shù)從原來的中低純度擴(kuò)展到高純度系統(tǒng)，以

3、滿足空氣分離過程的要求。對高純內(nèi)部熱耦合精餾塔的動態(tài)特性進(jìn)行了定量定性的詳細(xì)分析。研究發(fā)現(xiàn)：高純內(nèi)部熱耦合精餾塔具有反向響應(yīng)，強(qiáng)烈不對稱非線性和對外部擾動高敏感度的特點(diǎn)。同時(shí)該系統(tǒng)又是一個(gè)具有強(qiáng)耦合作用和定向增益問題的病態(tài)系統(tǒng)。針對這些動態(tài)特性，設(shè)計(jì)了有效的控制方案。此外還把內(nèi)部熱耦合技術(shù)的應(yīng)用范圍擴(kuò)展到了超高純度，并通過設(shè)計(jì)一個(gè)前饋和原有反饋控制器相結(jié)合的方案，有效地解決了該系統(tǒng)對進(jìn)料流率的擾動高度敏感的難題。 (5)內(nèi)部熱耦