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文檔簡介
1、典型的化學(xué)工業(yè)裝置由核心反應(yīng)過程和相關(guān)的原料預(yù)處理/產(chǎn)品分離過程構(gòu)成,分離過程是過程裝置中獲得較高純度的產(chǎn)品所不可或缺的重要單元。本文對工業(yè)生產(chǎn)中具有大規(guī)模、高純度、強耦合和變工況等特征的復(fù)雜分離過程進行了建模、求解和優(yōu)化研究,并應(yīng)用于工業(yè)裝置生產(chǎn)過程。論文的主要工作包括以下幾個方面:
(1)修正高純度熱力學(xué)模型,改善氣液平衡過程計算精度。以多級氣液平衡過程為主的分離過程是生產(chǎn)高純度產(chǎn)品的重要單元操作,它不同于普通分離過程
2、的一大特點是在高濃度區(qū)有著很強的非線性特征,由于常規(guī)氣液平衡實驗很難在高純度條件下進行,常規(guī)的外推方法用于高純度體系的熱力學(xué)模型時誤差較大。論文提出了使用工程數(shù)據(jù)回歸熱力學(xué)參數(shù)的準(zhǔn)則和方法,并證實了熱力學(xué)參數(shù)對高純度體系分離過程的影響要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通物系。針對這一情況,本文討論了受過程不確定性影響的熱力學(xué)參數(shù)估計方法,并采用工業(yè)裝置數(shù)據(jù)進行驗證。
(2)針對有擾動的分離單元建立進料觀測器。化工過程會受到裝置中各種因素影響以及
3、用戶產(chǎn)量需求變化而發(fā)生波動。如果進料偏離設(shè)計值而設(shè)備仍然采用原始設(shè)計條件操作,那么設(shè)備就很難維持在一個優(yōu)化的操作點。當(dāng)進料不可測時,很有必要為多級分離過程建立一個進料觀測器以幫助過程優(yōu)化。本文以機理模型為基礎(chǔ),提出了使用塔板溫度分布預(yù)測精餾塔進料的軟測量技術(shù),并對該技術(shù)的可行性進行了理論分析與仿真驗證。
(3)提出改善大規(guī)模變工況模擬與優(yōu)化問題收斂效果的回溯同倫技術(shù)?;ぱb置中的大規(guī)模和熱耦合特征給系統(tǒng)模型求解帶來很大困難
4、,大量設(shè)備熱耦合導(dǎo)致模型約束大量增加,模型變得復(fù)雜。各種牛頓法及改進牛頓法以梯度法為特征,收斂速度很快,但是對初值的要求比較高。變工況操作時,很難保證過程模擬和優(yōu)化計算始終收斂。本文提出了一個基于回溯機制的同倫算法用于大范圍過程計算,通過表征不同工況的變工況參數(shù)構(gòu)造同倫計算路線,改善了牛頓法對初值要求高的缺點。
(4)研究了低溫精餾空分裝置變負(fù)荷控制系統(tǒng)中的優(yōu)化問題。低溫空分是用于大規(guī)模生產(chǎn)高純度氮、氧、氬產(chǎn)品的工業(yè)過程,
5、幾乎具有本文所研究的復(fù)雜分離過程的所有特征,如大規(guī)模、高純度、強耦合和變負(fù)荷等,是典型的復(fù)雜分離過程。針對兩套典型的工業(yè)低溫空分裝置——內(nèi)壓縮和外壓縮無氫提氬制氧流程,本文進行了建模、求解和優(yōu)化工作,討論了空分裝置的熱力學(xué)參數(shù)估計,并探索了適用于工業(yè)裝置的模型變量設(shè)定和數(shù)據(jù)調(diào)和方案。在此基礎(chǔ)上,本文使用HBM解決了RTO計算的關(guān)鍵問題,包括空分裝置的變負(fù)荷可行域求解方法、熱耦合所引起的變量不連續(xù)問題的收斂和不等式約束的同倫處理方法。針對
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