隔板塔的优化设计及控制研究

来源 :天津大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:haose1989
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本文综述了精馏节能的研究意义、研究原理和研究进展,并对Petlyuk隔板塔、Kaibel隔板塔、反应精馏隔板塔的稳态设计及动态控制进行了探究。首先,我们对结构最简单的三组分Petlyuk塔进行了研究。Petlyuk塔由预分塔与主塔组成,两塔之间通过两对逆流的热耦合汽液流股相互连接,用于分离三组分混合物。Petlyuk塔是完全热耦合塔,如果不考虑隔板间的热量传递,完全热耦合塔和隔板在中间的隔板塔是热力学等价结构。我们对Petlyuk塔进行了稳态设计,研究了Petlyuk塔的随机优化,Petlyuk塔的稳定化控制结构(纯温度控制结构),Petlyuk塔的温度控制结构与温度浓度串级控制结构进行了比较。结果表明,传统的PID控制即可控制三组分Petlyuk塔,仅采用温度控制器(三点温度控制)而不用浓度控制器即可有效控制住加入隔板塔的扰动,产品浓度偏差非常小。其次,我们对结构较复杂的Kaibel塔进行了研究。Kaibel塔通常用于四组分进料混合物的分离。我们对Kaibel塔进行了稳态设计,提出了Kaibel塔的可行控制结构。结果表明,传统的PID控制即可控制四组分Kaibel塔,仅采用温度控制器(四点温度控制)而不用浓度控制器即可有效控制住加入隔板塔的扰动,产品浓度偏差非常小。这一结果有利于隔板塔工业化的实现。对于结构最复杂的反应精馏隔板塔,我们选取了一个工业实例,提出了将选择性加氢反应与丙烯塔结合、并将丙烯塔和脱丙烷塔热耦合的反应精馏隔板塔新流程,研究了碳三选择性加氢反应精馏隔板塔的优化设计(粒子群随机优化)及传统的PID控制和智能先进控制(模型预测控制)。本文的反应精馏隔板塔是部分热耦合隔板塔,隔板在精馏塔底部。我们不但提出了节约年度总费用达到27.88%的反应精馏隔板塔新流程,也为新流程提出了多个可行控制结构(温度控制、浓度控制和模型预测控制)。本文最后对主要研究成果进行了总结,并对隔板塔的设计与控制的未来工作作出展望。本文的创新点包括:(1).对于三组分Petlyuk隔板塔和四组分Kaibel隔板塔,本文通过严格模拟证明传统的PID控制即可有效控制进料扰动。(2).采用支持向量机(SVM)和粒子群优化(PSO)结合的算法对三组分Petlyuk隔板塔进行了优化设计;采用粒子群优化(PSO)算法对碳三选择性加氢反应精馏隔板塔(RDWC)进行了优化设计。(3).采用模型预测控制(MPC)和传统的PID控制分别对碳三选择性加氢反应精馏隔板塔进行控制,结果证明模型预测控制比传统的PID控制更适合组分较多、结构复杂、耦合较重的反应精馏隔板塔。
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