间歇反应釜温度建模与状态估计方法研究

论文摘要

间歇反应釜广泛用于精细化学品、生物化学品、药品和食品等生产量少、附加值高的产品生产行业中。在当今竞争激烈的市场中,保证一致的高品质产品、提高批量操作的性能是一种必然趋势。温度控制在间歇聚合反应过程中至关重要,产品产量多少和质量的好坏取决于反应过程温度控制的准确程度。为了优化系统的运作,达到最佳的控制性能,一个准确的间歇反应釜温度模型是不可缺少的。首先,本文分析了间歇反应釜装置、聚合反应工艺流程和间歇反应釜系统体系结构。其次,根据间歇聚合反应特点和反应釜温度建模的难点确定了温度建模方法。间歇反应釜温度模型建立在聚合反应过程机理分析基础上。根据传热学中传热、散热和热量平衡原理,分别建立了间歇反应釜预热升温阶段、恒温反应阶段、冷却回收阶段温度模型。预热阶段运用分布式建模方法建立了釜温和加热棒加热功率的关系模型,并根据传热学中的热路分析得出反应釜传热系数的精确值；恒温阶段建立釜温和冷却水流量的关系模型,模型参数估计通过利用阶跃响应,复合辛普森算法对输出多次积分以及最小二乘法来实现；降温阶段利用传热、散热原理建模,并对热量损失进行精确计算。三个模型的精度验证通过实验法实现,仿真结果表明模型误差均在允许误差范围内。最后,在此基础上,运用强跟踪滤波算法对恒温阶段模型进行状态估计,实验结果表明,该算法能对实际系统保持状态跟踪。

论文目录

• 摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 研究内容及章节安排
• 2 间歇反应釜系统分析
• 2.1 间歇反应釜装置
• 2.2 间歇聚合过程工艺流程
• 2.3 间歇反应釜体系
• 3 间歇反应釜温度建模方法的研究
• 3.1 间歇过程建模概述
• 3.1.1 模型分类及建模步骤
• 3.1.2 间歇过程建模难点分析
• 3.1.3 间歇过程传热分析
• 3.2 预热阶段建模
• 3.2.1 预热阶段釜温与加热棒功率模型
• 3.2.2 预热阶段总传热系数估算
• 3.2.3 预热阶段模型验证
• 3.3 恒温阶段建模
• 3.3.1 恒温阶段釜温与冷却水流量模型
• 3.3.2 恒温阶段模型参数估计
• 3.3.3 恒温阶段模型验证
• 3.4 冷却阶段建模
• 3.4.1 冷却阶段釜温与冷却时间模型
• 3.4.2 冷却阶段总散热损失估计
• 3.4.3 冷却阶段模型验证
• 4 间歇反应釜温度状态估计的研究
• 4.1 恒温阶段温度状态估计必要性分析
• 4.2 扩展Kalman滤波器算法分析
• 4.3 强跟踪滤波器算法分析
• 4.4 间歇反应釜温度状态估计器设计
• 4.5 间歇反应釜温度状态估计仿真研究
• 结论
• 参考文献
• 附录A 不同加热功率下釜温的最高值
• 附录B 恒温阶跃响应实验数据
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢