基于预测控制的精馏塔温度控制系统的研究

摘要

精馏过程是石油炼制、石油化工和其他化工过程中应用最为广泛的传质操作过程。精馏过程由于内在机理复杂，对控制作用的响应缓慢，参数间关联密切，因此控制要求高，难度大。又由于其非线性、强耦合、质量参数在线检测困难等特点，使得精馏塔的自动控制问题成为过程控制界研究的热点。
　　本文以页岩炼油厂的精馏工艺为背景，以油页岩精馏塔为研究对象，分析了油页岩精馏的基本控制要求和精馏塔温度控制的基本原理及方法。本文所研究的精馏塔为二元精馏塔，即在生产中仅有塔顶和塔底两种产品。常规的精馏塔温度控制分为两部分，一是利用回流量来控制精馏段的温度，二是改变通往再沸器的加热蒸气量来控制提溜段的温度。根据实际工艺要求，本文采用精馏段温度控制方式，并以回流流量作为副环，温度作为主环，组成串级控制系统。由于引起温度变化的因素较多，并且各参数之间相互影响较大，为此，引入对系统变化鲁棒性强的预测控制算法来设计串级回路中的主环温度控制器，传统的PID算法设计副环控制器，这样便组成了基于动态矩阵预测控制算法的精馏段温度串级控制系统。
　　最后，通过仿真分析了精馏塔精馏段温度预测控制系统的控制性能，并与常规的串级PID控制系统的仿真结果进行了性能的比较，仿真结果表明本文设计的预测控制系统不仅具有较好的跟踪设定值和抗扰动性能，而且能够更好地适应参数的变化，控制效果较为理想。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究目的及意义

1．2 精馏塔设备的发展历史

1．3 精馏过程控制系统的研究现状

1．3．1 国内研究现状

1．3．2 国外研究现状

1．4 论文背景说明

1．5 本文的研究内容

第2章 油页岩精馏的原理及工艺要求

2．1 油页岩混合物精馏的原理

2．1．1 油页岩精馏的特性

2．1．2 油页岩混合物精馏的工艺流程

2．2 精馏塔的控制要求

2．3 影响精馏塔操作的因素

2．3．1 精馏塔的静态特性

2．3．2 精馏塔内部平衡关系

2．3．3 扰动分析和可供选取的调节参数

2．4 本章小结

第3章 精馏塔温度控制系统的分析

3．1 精馏塔过程控制系统的工作原理

3．2 精馏塔温度控制方案的确定

3．3 精馏塔温度控制的实现方式

3．4 精馏塔温度控制系统难点分析

3．5 本章小结

第4章 精馏塔精馏段温度的预测控制

4．1 预测控制算法的引入

4．2 精馏段温度预测控制器的设计

4．2．1 精馏段温度对象预测模型的建立

4．2．2 精馏段温度预测模型的滚动优化

4．2．3 精馏段温度预测模型的反馈校正

4．3 本章小结

第5章 精馏段温度预测控制的仿真

5．1 精馏段温度预测控制器仿真模型设计

5．2 仿真结果与分析

5．3 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 研究工作总结

6．2 未来工作展望

参考文献

致谢