考虑气相分配比的隔壁塔PID串级控制及模型预测控制性能研究

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精馏过程在化工分离中应用最为广泛,但是其能耗较高,能量利用效率较低。随着过程强化技术的快速发展,将热耦合技术应用到精馏塔中,可显著降低能量消耗。隔壁塔(DWC)作为完全热耦合的一种实现形式,具有明显的节能效果。但是其高度耦合性使操纵变量个数增加,各个变量之间的交互作用增强,呈现了高度非线性,导致过程的控制难度增加,为了使流程能够在工业中广泛应用,对其进行动态控制的研究很有必要。本文主要对隔壁塔的动态控制性能进行了研究。考虑气相分配比在隔壁塔中能否作为操纵变量进行动态控制,根据不同隔板位置分为三个方案对隔壁塔进行动态控制。首先对隔壁塔动态的目前发展状况进行了综述;然后对三个方案中的操纵变量进行分析与讨论,确定串级控制回路的个数,并通过对耦合流股的气相流量和气相分配比变化量的分析,确定是否将气相分配比作为操纵变量来对隔壁塔进行控制。研究发现,在基本控制回路和一定串级控制回路的前提下,隔板位置在中上部和中间的两种方案中将气相分配比固定的控制效果更好,而隔板位置在中下部的方案中,将气相分配比作为操纵变量来控制预分塔的温度控制效果好于固定气相分配比的控制。在对应的控制方案下,三类隔壁塔流程在进料流量和进料组成的扰动下,能够在较小超调量和较短时间内回到设定值。接着以等效的隔壁塔流程为动态研究对象,对其进行模型预测控制,动态响应结果显示,与等效的常规控制方案相比,模型预测控制整体的控制效果要优于PID控制。最后对本文进行总结和展望。
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