基于wave理論的內(nèi)部熱耦合空分塔動態(tài)建模及控制方案設(shè)計.pdf

1、低溫精餾的空分過程是生產(chǎn)大量高純氮氣和氧氣的重要工業(yè)過程，能耗很高，但能源利用率卻非常低。在全球能源日漸緊缺的整體環(huán)境下，內(nèi)部熱耦合空分塔被認為是空分節(jié)能技術(shù)中最具有潛力的一種。但是由于內(nèi)部熱耦合的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和空氣多元非理想混合物系結(jié)合，導(dǎo)致內(nèi)部熱耦合空分塔的動態(tài)建模和控制方案的設(shè)計非常困難，尤其針對目前需求量越來越大的高純和超高純空分產(chǎn)品的控制方案設(shè)計，更是罕有報道。如何有效地建立內(nèi)部熱耦合空分塔非線性動態(tài)模型以及設(shè)計控制性能良好的控制

2、方案，對于將這種潛力巨大的技術(shù)商業(yè)化具有深遠的意義，也是整個行業(yè)研究的前沿。
　　本文的主要工作及創(chuàng)新如下:
　　(1)建立了全塔耦合結(jié)構(gòu)的內(nèi)部熱耦合空分塔的機理模型，分析了內(nèi)部熱耦合空分塔的動態(tài)特性。設(shè)計出了PID控制方案、一階控制模型的內(nèi)模控制方案、具有反向響應(yīng)特性的二階控制模型的內(nèi)?？刂品桨?、一般模型控制方案以及具有解耦功能和控制模型參數(shù)在線校正環(huán)節(jié)的改進的一般模型控制方案。同時，在中純產(chǎn)品濃度的內(nèi)部熱耦合空分塔模型仿

3、真中，對上述控制方案的性能和效果進行了分析比較。
　　(2)基于wave理論，首先推導(dǎo)了內(nèi)部熱耦合空分塔的組分濃度單板波速，在此基礎(chǔ)上當(dāng)全塔受到干擾時，進行了wave特性分析。從宏觀角度，推導(dǎo)了內(nèi)部熱耦合空分塔的組分濃度整塔波速。在引入濃度波形的經(jīng)驗函數(shù)后，建立了基于組分濃度整塔波速的wave非線性模型，并從wave理論角度對不同產(chǎn)品純度的內(nèi)部熱耦合空分塔的動態(tài)特性進行了觀測。
　　(3)考慮到濃度波在傳播過程中形狀并不是完

4、全恒定的情況，推導(dǎo)出了內(nèi)部熱耦合空分塔的組分濃度整塔修正波速，建立了基于組分濃度整塔修正波速的wave非線性模型，并對內(nèi)部熱耦合空分塔的部分動態(tài)特性進行了分析驗證，證明了wave模型的準(zhǔn)確度很高，分析了wave模型相比傳統(tǒng)模型帶來的模型簡化優(yōu)勢。設(shè)計出了基于wave模型的一般模型控制方案以及廣義化的一般模型控制方案，并針對高純產(chǎn)品濃度的內(nèi)部熱耦合空分塔進行了控制仿真研究，結(jié)果表明了所設(shè)計的控制方案的有效性。
　　(4)在內(nèi)部熱耦合