精馏过程的二层多目标优化控制策略研究

论文摘要

精馏塔是在炼油、石化和化工等流程工业中应用广泛的分离单元。从过程控制的角度看,精馏过程具有强耦合、多扰动和非线性等特点,常规控制策略已经很难提升该过程的控制品质。随着流程工业的发展,精馏过程不仅需要分离出满足一定质量规格要求的产品,而且产品收率和能耗也需要优化,装置本身还需要有稳定的工作区域等,因此精馏过程控制实际上是一个复杂对象的多目标控制和优化的问题。动态矩阵控制(DMC)是一种预测控制算法,它结合了工业生产的实际要求,具有控制效果好,鲁棒性强等优点。多目标优化算法在动态控制层稳定的基础上,运用优化算法,可实现诸如精馏过程中的经济效益优化问题。本文以这两种算法为基础,深入研究精馏过程的控制和优化问题,主要内容如下：1.介绍了精馏塔构造和精馏过程原理,接着介绍了精馏过程节能的方法,系统总结了精馏过程先进控制和节能优化现状以及存在的一些典型问题。2.讨论了精馏过程的稳态和动态特性及控制要求,阐述了精馏过程控制目标和基本控制方案选择,重点分析了精馏过程常规控制策略和先进控制策略,最后介绍了精馏过程优化策略及相关软件。3.分析了二层多目标优化控制算法的基本原理,设计以动态矩阵控制算法为底层,以经济优化算法为上层的二层多目标优化算法,解决工业过程中的多目标优化问题。以Shell多侧线精馏过程为例,进行仿真研究,验证了二层多目标优化控制策略的有效性。与动态矩阵控制相比,二层多目标优化控制策略可以明显改善精馏塔运行的经济性。4.分析了炼油生产中常压塔的工艺及过程控制,提出了一种针对航煤产量的动态矩阵二层优化控制算法。该算法分别实现航煤干点等的区域动态控制和经济性能指标的稳态优化。仿真研究结果表明,与DMC算法相比,此种方法能够有效地保证航煤的产出量最大化。5.对全文内容进行总结与回顾,重点介绍本文的创新点并对今后的工作做了展望。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 精馏过程概述
• 1.2.1 精馏塔
• 1.2.2 精馏过程原理
• 1.3 精馏过程的节能
• 1.3.1 精馏过程节能方法
• 1.3.2 存在的问题
• 1.4 精馏过程先进控制和优化
• 1.4.1 精馏过程先进控制
• 1.4.2 精馏过程优化现状
• 1.4.3 存在的问题和解决方法
• 1.5 本文主要研究内容
• 2 精馏过程的控制与优化
• 2.1 引言
• 2.2 精馏过程特点及控制要求
• 2.2.1 精馏过程的静、动态特性
• 2.2.2 精馏过程控制目标
• 2.2.3 精馏过程基本控制方案的选择
• 2.3 精馏过程常规控制策略
• 2.3.1 单回路PID控制
• 2.3.2 串级控制
• 2.3.3 解耦控制
• 2.4 精馏过程先进控制策略
• 2.4.1 预测控制
• 2.4.2 软测量技术
• 2.5 精馏过程优化策略
• 2.5.1 优化策略
• 2.5.2 优化软件
• 2.6 小结
• 3 一种基于动态矩阵控制的二层多目标优化控制策略
• 3.1 引言
• 3.2 动态矩阵控制策略
• 3.2.1 动态矩阵控制原理
• 3.2.2 动态矩阵控制策略
• 3.2.3 参数选择和调节原则
• 3.3 二层优化控制策略
• 3.3.1 多目标优化思想
• 3.3.2 优化目标函数的选择
• 3.3.3 二层优化控制策略
• 3.4 仿真研究
• 3.4.1 仿真对象
• 3.4.2 参数设置
• 3.4.3 仿真结果
• 3.5 结论
• 4 二层多目标优化控制策略在常减压装置中的应用
• 4.1 引言
• 4.2 常压塔过程控制模型
• 4.2.1 常减压精馏工艺及常压塔过程控制
• 4.2.2 常压塔精馏过程控制模型
• 4.2.3 常压塔精馏过程二层优化控制
• 4.3 仿真研究
• 4.3.1 仿真参数
• 4.3.2 仿真效果
• 4.3.3 实验结果
• 4.4 结论
• 5 总结与展望
• 5.1 研究工作总结
• 5.2 研究工作展望
• 参考文献
• 作者简介
• 作者在攻读硕士学位期间录用的论文