分子蒸馏过程多级分布式自动控制系统研究

论文摘要

分子蒸馏技术是近几十年国际上新兴的一种高效的、温和的纯物理分离技术,其技术在国计民生的各个领域均具有广泛的应用前景。本文以多级分布式分子蒸馏装置为研究对象,采用数理统计的方法对实验数据进行回归拟合,建立数学模型,求得采用分子蒸馏技术提取五味子油的最佳工艺参数,利用集散控制系统(DCS)原理,实现设备的自动化控制系统的设计。通过数学模型求取最佳工艺参数,结合实际因素,对参数进行优化。由于影响分子蒸馏的工艺参数存在较强的相关性,故本文针对影响分子蒸馏装置得率较强的三个量(分子蒸馏温度、刮膜电机转速和真空度)进行分析,采用基于最小二乘法的响应面分析法(RSM),对数据进行回归分析,建立分子蒸馏过程最后一级的统计模型,结合现场情况,确定最佳工艺参数,并通过实验进行验证。本文利用集散控制系统原理,完成了分子蒸馏装置自动控制系统的设计,并实现硬件组态。按分子蒸馏工艺过程,将分子蒸馏装置分为三个子系统。在单个子系统中,以开环的方式,由操作员站通过变频器自带的PID控制器,调节、设定刮膜电机转速；通过调节分子蒸馏器的调节阀开度,控制输入空气的流量,实现真空度的闭环调控。选用上位机,触摸屏(HMI)分别作为工程师站和操作员站,利用抗干扰能力强和具有通信功能的可编程控制器(PLC)作为控制器,设计集散控制系统实现分子蒸馏装置的自动化控制。实验运行结果表明,本文所设计的多级分布式分子蒸馏控制系统实现了分子蒸馏装置的自动控制,有效地降低了能耗,达到了设计参数要求,实现了三级分子蒸馏装置的自动控制系统设计。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 主要符号表
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题的来源及研究意义
• 1.2 分子蒸馏装置在国内外发展现状
• 1.3 分子蒸馏过程概述
• 1.4 本文的主要研究内容及章节安排
• 第二章 分子蒸馏系统的工作原理及多级分布式控制系统简介
• 2.1 分子蒸馏的基本原理
• 2.2 分子蒸馏装置构成
• 2.3 集散控制系统（DCS）简介
• 2.3.1 集散控制系统的基本构成
• 2.3.2 集散控制系统的特点
• 2.4 本章小结
• 第三章 分子蒸馏控制系统模型建立及分析
• 3.1 分子蒸馏系统建模及优化原理
• 3.1.1 Box-Benhnken中心组合法建模原理
• 3.1.2 RSREG建模原理
• 3.1.3 响应面法寻优原理
• 3.2 基于RSREG方法建立多元二次回归数学模型
• 3.2.1 Box-Benhnken中心组合原理设计实验
• 3.2.2 多元二次回归模型建立
• 3.2.3 多元二次回归模型方差分析
• 3.3 响应面法模型建立及优化工艺参数
• 3.4 实验结果分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 多级分子蒸馏过程分布式控制系统设计
• 4.1 多级分子蒸馏过程硬件系统设计
• 4.1.1 PLC的选型与硬件配置
• 4.1.2 模拟量扩展模块选择
• 4.1.3 人机界面系统接口
• 4.1.4 刮膜电机变频控制系统设计
• 4.1.5 分子蒸馏器压力控制系统设计
• 4.2 多级分子蒸馏过程软件系统设计
• 4.2.1 软件系统设计基本思路
• 4.2.2 现场控制层
• 4.2.3 管理控制层
• 4.2.4 组态软件设计
• 4.3 多级分子蒸馏控制系统性能指标分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录一 分子蒸馏装置工艺流程示意图
• 作者简介
• 攻读硕士学位期间研究成果