精馏塔动态模型建立及故障模拟

论文摘要

安全生产是永恒的主题,是一切工作的基础。化学工业是关系到国计民生的一个行业。化工生产由于具有易燃易爆、有毒有害、腐蚀性强的特点,危险性较之其他行业要大,发生事故的后果也更严重。精馏塔在化工生产中有着举足轻重的作用,故障也时有发生。从机理规律出发,本文建立了精馏塔的动态模型,并针对典型故障进行了动态模拟。针对精馏过程的原理、基本条件以及精馏过程的实质,建立了基于等容闪蒸的精馏塔动态模型。该模型首先在固定体积下对固定组成的混合物进行闪蒸,从而得到气液相的组成以及气相压力和液相体积,并由此建立了动态的单罐闪蒸模型、多罐闪蒸模型。然后,通过多次计算定容闪蒸模块,构建了通用的精馏塔动态模型,并针对精馏的具体特点修改了气液相的流量公式。通过MATLAB软件对模型进行编程,进行动态模拟后得到最终稳态结果,后者通过流程模拟软件PRO/II进行比较,以验证模型的正确性和准确性。精馏塔的故障可分为工程因素和非工程因素。本文在建立的精馏塔动态模型上,设立精馏过程中常见的回流比、进料热状况、塔釜加热量三种可计算、可控制、可预测的工程因素为故障原因。在精馏塔动态模型中设立故障参数,通过动态模拟分析这些故障所引起的后果,从而研究故障发生特点,为及早发现、排除故障提供依据。以上工作是基于动态模拟的精馏塔故障诊断的前期工作,将为构建精馏塔故障诊断系统提供理论支持。课题下一步将利用该模型,研究由实测数据获取故障参数的具体算法,为结合其他方法构建混合诊断系统软件奠定理论基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 前言
• 1 文献综述
• 1.1 化工生产的特点以及精馏塔的重要性
• 1.1.1 化工生产的特点
• 1.1.2 精馏塔在化工生产中的重要地位
• 1.2 数学模型理论
• 1.2.1 模型的分类
• 1.2.2 数学机理模型的建立方法
• 1.2.3 精馏过程数学模型求解
• 1.2.4 精馏塔动态模型的简化
• 1.2.5 精馏过程动态模拟的重要性
• 1.3 故障诊断的方法及研究进展
• 1.3.1 故障诊断概述
• 1.3.2 故障诊断方法
• 1.4 课题研究背景及研究内容
• 2 定容闪蒸模型的建立
• 2.1 软件简介
• 2.1.1 MATLAB 简介
• 2.1.2 PRO/II 软件介绍
• 2.2 模型建立的基础知识
• 2.2.1 精馏过程的实质
• 2.2.2 相对挥发度
• 2.2.3 气液相平衡
• 2.3 单闪蒸罐动态模型
• 2.3.1 等容闪蒸
• 2.3.2 建立单罐闪蒸动态模型
• 2.3.3 动态模拟过程
• 2.3.4 与PRO/II 稳态结果对比讨论
• 2.4 小结
• 3 精馏塔动态模型
• 3.1 多罐串联动态模型
• 3.1.1 三罐串联说明
• 3.1.2 物料衡算和能量衡算
• 3.1.3 泡点计算方法
• 3.1.4 液位控制
• 3.1.5 动态模拟
• 3.1.6 稳态结果对比
• 3.2 精馏塔动态模型
• 3.2.1 精馏塔动态模型的建立
• 3.2.2 板间液相流率的确定
• 3.2.3 精馏塔动态模拟
• 3.2.4 模拟结果分析
• 3.3 小结
• 4 精馏塔故障模拟与分析
• 4.1 精馏塔常见故障
• 4.2 精馏塔故障模拟
• 4.2.1 进料热状况发生改变
• 4.2.2 回流比发生变化
• 4.2.3 加热量发生变化
• 4.3 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文