膜分離過程的優(yōu)化與控制方法研究.pdf

1、膜分離技術(shù)兼有分離、濃縮、純化和精制的功能，是當(dāng)今循環(huán)經(jīng)濟(jì)時(shí)代最受矚目的一項(xiàng)高新技術(shù)；膜分離技術(shù)又具有高效、節(jié)能、環(huán)保、分子級(jí)過濾等特性，是企業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色制造的一個(gè)重要手段。為了充分發(fā)揮膜分離技術(shù)的先進(jìn)性，給應(yīng)用膜分離技術(shù)企業(yè)帶來最大的經(jīng)濟(jì)效益，在保證膜分離裝置安全、穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上，還需要根據(jù)不同工藝流程的最佳工藝操作條件，保證膜的分離性能，并達(dá)到最高的回收率與純度，這就為控制理論與控制工程提出了新的課題。本文以膜分離過程的優(yōu)化控制為研

2、究對(duì)象，以理想膜分離過程為目標(biāo)，分別針對(duì)氣體和液體膜分離過程的優(yōu)化和控制方法開展研究，并結(jié)合新工藝實(shí)施方案中的具體要求，完成了如下主要工作： 1．針對(duì)利用TBM中低壓氣體膜分離技術(shù)回收煉廠氣中氫氣的兩段流程控制中原料氣入膜溫度難以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定控制的問題，提出了模糊自整定PID控制方法，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了包括水冷器出口溫度、旋風(fēng)分離器液位、原料氣入膜壓力及一段和二段滲透氣壓力和原料氣入膜溫度等多個(gè)回路的自動(dòng)控制。通過在鎮(zhèn)海煉化的應(yīng)用表明，該工

3、藝流程設(shè)計(jì)合理，控制系統(tǒng)安全可靠，并在DCS上開發(fā)了基于機(jī)理模型的氣體膜分離過程模擬系統(tǒng)，為裝置的優(yōu)化操作提供指導(dǎo)，從而為TBM膜在煉油廠的推廣應(yīng)用提供了成功示范。 2．針對(duì)氣體膜分離過程重要性能參數(shù)難以在線檢測(cè)的問題，建立了基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的氣體膜分離過程MIMO軟測(cè)量模型，可以通過測(cè)量操作溫度、原料氣壓力、滲透氣壓力、尾氣壓力、原料氣流量和原料氣氫濃度，對(duì)質(zhì)量指標(biāo)滲透氣氫濃度和經(jīng)濟(jì)目標(biāo)氫氣回收率進(jìn)行定量預(yù)測(cè)。仿真結(jié)果表明，

4、該模型避免了機(jī)理模型的復(fù)雜性，而且具有較高的精度，從而為氣體膜分離過程的先進(jìn)控制APC及優(yōu)化控制的實(shí)施奠定了建?；A(chǔ)。 3．在對(duì)氣體膜分離原理及分離裝置的運(yùn)行特點(diǎn)深入研究基礎(chǔ)上，分析比較了氣體膜分離過程中原料氣流量控制和滲透氣流量控制的各種方案，提出了通過在尾氣側(cè)安裝控制閥定量調(diào)節(jié)原料氣流量和滲透氣流量的控制原理及物料平衡的雙重控制方法；在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，采用改進(jìn)遺傳算法GA實(shí)現(xiàn)了氫氣回收率的動(dòng)態(tài)優(yōu)化控制。該方法適用于所有

5、氣體膜分離過程中對(duì)處理氣流量和滲透氣流量的優(yōu)化控制，并成功應(yīng)用于洛陽石化從連續(xù)重整中高濃氫的提取和金陵石化從加氫裂化中高濃氫的提取過程，驗(yàn)證了本文控制方法的有效性。 4．針對(duì)液體膜分離濃縮過程采用納濾隨機(jī)清洗連續(xù)排料操作方式時(shí)原料罐液位的不能有效跟蹤控制問題，提出了原料罐液位的選擇性控制及以預(yù)測(cè)函數(shù)控制PFC為監(jiān)督層、常規(guī)PID為控制層的透明控制結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了以常規(guī)PID為基礎(chǔ)控制、PFC為設(shè)定值給定的原料罐液位的跟蹤控制。通過在

6、谷神集團(tuán)的大豆低聚糖濃縮過程應(yīng)用實(shí)踐表明，所提出的優(yōu)化策略穩(wěn)定了操作過程，改善了產(chǎn)品質(zhì)量，并提高了對(duì)工藝參數(shù)跟蹤控制的精度，使膜系統(tǒng)達(dá)到了廢水處理同時(shí)回收高附加值產(chǎn)品的理想效果，有利于膜技術(shù)在環(huán)境保護(hù)及特種分離領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。 5．為實(shí)現(xiàn)膜分離過程的優(yōu)化控制，提出了滿足工業(yè)應(yīng)用分離目標(biāo)的、經(jīng)濟(jì)性最佳的理想膜分離過程的概念；在分析膜分離過程機(jī)理特性和工藝流程特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了膜分離過程全集成優(yōu)化控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)原則，