热集成精馏系统建模、优化与控制的若干问题研究

论文题目: 热集成精馏系统建模、优化与控制的若干问题研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 控制科学与工程

作者: 祝雪妹

导师: 王树青,李浦

关键词: 热集成精馏系统,动态机理模型,参数估计,状态估计,动态优化,控制

文献来源: 浙江大学

发表年度: 2005

论文摘要: 在石油加工工业和化学工业中,精馏是分离液相混合物十分重要的操作单元,同时它又是一个高耗能设备。随着全球范围内能源危机的日益严重,以及市场竞争的日益激烈,使得人们存在着无数的动机,采用新的或改进的方法和设备来降低它的操作能耗。一方面,通过利用优化技术、先进控制技术来降低能耗,另一方面,通过工艺上改进,如热泵循环精馏、热集成精馏等方法来降低精馏过程的能耗。本论文的研究对象是双塔热集成精馏系统,它是精馏过程中有效的节能操作方式之一,节能效果可达50%。它的基本原理是由一个高压塔和一个低压塔来构成一个精馏系统,高压塔的塔顶蒸汽作为低压塔的塔釜供热,以节省能耗。为了能够达到理想的节能效果,必须对这两个塔进行合理的操作和控制,否则,反而会影响正常的生产。但由于采用了这样的热集成操作方式,使得两个塔之间的关联变得十分严重,给系统的操作和控制带来了很大的难度。本论文将以分离甲醇和水二元混合液的热集成精馏系统为研究对象,展开了机理模型的建立、模型参数估计、状态变量估计、以最小能耗为目标的动态优化和控制的研究工作。论文主要内容包括: (1) 热集成精馏系统的动态机理模型建立方法介绍。在建立机理模型过程中,充分考虑了每个塔板的9个状态变量:塔板温度,塔板压力,汽、液相流量,汽、液相浓度和持液量(Holdup)的动态特性。利用Wilson模型计算液相的非理想特性。根据汽液平衡、物料平衡和能量平衡所建的机理模型是一组非线性的微分代数方程组。为了能够使模型适合优化和控制策略研究的需要,利用三点正交配置离散化的方法,对模型方程进行离散化,将其转化成代数方程,然后,利用牛顿—拉夫逊方法来求解。 (2) 为了提高模型的精度和实现热集成精馏系统先进控制策略,必须解决上述模型中的塔板效率和进料浓度等参数的在线估计问题。热集成精馏系统模型的参数估计是一个大系统、非线性、时变的多参数估计问题,本论文提出了可调加权系数动态优化的参数估计方法,在该方法中利用二级动态优化进行参数估计的方法。通过对优化过程的分析,揭示了参数估计的内在特性,进一步提出了反馈

论文目录:

摘要

ABSTRACT

致谢

第一章综述

1.1 引言

1.2 流程工业中优化技术

1.2.1 静态优化问题及求解方法

1.2.2 动态优化问题及求解方法

1.3 热集成精馏系统的建模、优化与控制现状

1.3.1 热集成精馏系统介绍

1.3.2 热集成精馏系统的建模、优化和控制现状

1.4 全文概貌

第二章热集成精馏系统动态机理模型

2.1 引言

2.2 热集成精馏系统工艺简介

2.3 动态机理模型的建立

2.3.1 模型建立的基本假设

2.3.2 模型建立的基本方程

2.3.3 动态机理模型的建立

2.4 动态机理模型的数值计算

2.4.1 正交配置离散化方法介绍

2.4.2 牛顿—拉夫逊法解模型方程

2.4.3 模型的仿真计算

2.5 小结

第三章热集成精馏系统的时变参数估计

3.1 引言

3.2 参数估计问题的描述

3.3 参数估计求解方法介绍

3.3.1 优化过程分析

3.3.2 从反馈控制的观点分析参数估计问题

3.4 热集成精馏系统的参数估计

3.4.1 参数估计

3.4.2 参数估计二级优化计算方法

3.4.3 SQP优化计算方法

3.5 参数估计的计算实施

3.5.1 初始值的选取

3.5.2 估计结果分析

3.6 小结

第四章热集成精馏系统状态估计

4.1 引言

4.2 优化加预估的状态估计方法介绍

4.3 状态估计的计算实施

4.4 小结

第五章热集成精馏系统优化和控制策略

5.1 引言

5.2 热集成精馏系统优化和控制策略

5.2.1 动态优化和控制二级策略介绍

5.2.2 热集成精馏系统优化和控制的二级策略

5.3 动态优化和控制策略的实施

5.3.1 动态优化的计算

5.3.2 多变量跟踪控制器设计

5.4 小结

第六章结束语

6.1 研究工作总结

6.2 研究展望

作者简介

攻读博士学位期间发表的论文

参加国际学术交流活动

发布时间: 2006-07-19

参考文献

[1].精馏系统内部能量集成的实验与模拟分析研究[D]. 许良华.天津大学2013
[2].工业水网络分析与合成方法的研究[D]. 廖祖维.浙江大学2008

热集成精馏系统建模、优化与控制的若干问题研究

猜你喜欢