發(fā)布時間：2020-06-25 05:53

【摘要】：低溫精餾的空分過程是生產(chǎn)大量高純氮?dú)夂脱鯕獾闹匾I(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(rèn)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方案,對于將這種潛力巨大的技術(shù)商業(yè)化具有深遠(yuǎn)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(jī)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)模控制方案、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(jìn)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真中,對上述控制方案的性能和效果進(jìn)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(jìn)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(yàn)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(jìn)行了觀測。(3)考慮到濃度波在傳播過程中形狀并不是完全恒定的情況,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(jìn)行了分析驗(yàn)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(jìn)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)部熱耦合空分塔兩端產(chǎn)品濃度超高純的情況下,wave波速表達(dá)式中包含的全塔濃度誤差累加環(huán)節(jié)會降低模型精度,影響控制方案性能。針對此問題對wave模型進(jìn)行了改進(jìn),并且將改進(jìn)的模型與廣義化的一般模型控制方案相結(jié)合,在超高純的內(nèi)部熱耦合空分塔控制仿真中,表現(xiàn)出更優(yōu)秀的控制性能。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ116.11;TP273
【圖文】：

第二章基于機(jī)理的ＨＩＡＳＣ建模及控制方案設(shè)計逡逑２．１全塔耦合ＨＩＡＳＣ結(jié)構(gòu)及工況參數(shù)逡逑圖２．１為全塔耦合的內(nèi)部熱耦合空分塔示意圖。本文列出的內(nèi)部熱耦合空分逡逑塔（ＨＩＡＳＣ）結(jié)構(gòu)，是通過高壓塔和低壓塔全塔耦合而實(shí)現(xiàn)的（內(nèi)部熱耦合空分逡逑塔目前處于概念設(shè)計和仿真階段，還沒有實(shí)際設(shè)備和商業(yè)化）。為了能夠正常工逡逑作，空氣分離過程的精餾段需要比提餾段的壓力高、溫度高，這樣才能讓精餾段逡逑（處在高壓塔）中富含氧成分的液態(tài)空氣能夠順利地進(jìn)入提餾段（處在低壓塔），逡逑而提餾段中富含氧成分的氣態(tài)空氣也可以順利地進(jìn)入精餾段。為此，需要在低壓逡逑塔和高壓塔中間安裝節(jié)流閥和壓縮機(jī)來達(dá)到目的。這種ＨＩＡＳＣ工作起來，可以逡逑使熱量從高壓塔各塔板傳至低壓塔，分別為低壓塔和高壓塔提供了所需的向上流逡逑動的氣相流量和向下流動的液相流量。逡逑換熱器逡逑液氧產(chǎn)品＾邐逡逑污液氮邋Ｉ邐邋——■■■■＿＿■邐邐逡逑氣氮產(chǎn)品＂邐＾｜逡逑進(jìn)料空氣邐Ｚ逡逑壓縮機(jī)逡逑氣氮產(chǎn)品窗氧氣空｜＿邋邐邐—邋逡逑邐邐＼邐邋節(jié)流閥逡逑全塔熱禍合＼逡逑塔板問熱．銀…邐污液氮逡逑——邋１１邋—邋一傳．遞邋＃邋■—邋——邋■—逡逑進(jìn)料邐Ｚ逡逑邐

模型ＭＥＳＨ方程逡逑搭建ＨＩＡＳＣ的機(jī)理模型，需要構(gòu)建一些方程組，首先是基本的ＭＥＳＨＭ方程，即物料守恒方程：逡逑ｄｘ，，逡逑Ｈ￣＾＝ｌｍｘｕ－ｉ邋￣邋（Ｋ＋ｇｊ＾ｕ邋￣邋＾Ｌｉ＋邋ｕＭｊ＋ｖｎ＼ｙ＞ｊ＋＼＋Ｆｊｚ．ｊ，[V是持液量，！是變量對時間的微分，Ｘ是液相組分濃度，Ｚ是液ｄｔ逡逑，Ｆ是氣相物料流量，Ｇ是氣相側(cè)線采出流量，少是氣相組分濃度，ｔ／線采出流量，Ｆ是進(jìn)料流量，ｚ是進(jìn)料組分濃度。下標(biāo)ｆ表示氧、氮、組分，下標(biāo)＿／表示塔板序號。逡逑Ｅ方程，即相平衡方程：逡逑

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1 叢琳;劉興高;;基于內(nèi)模控制的內(nèi)部熱耦合空分策略[J];江南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2010年04期

2 金壽;蔣慰孫;張堤;;熱耦合精錙系統(tǒng)控制方案的研究及應(yīng)用[J];河北機(jī)電學(xué)院學(xué)報;1987年01期

3 潘峰;湯岷;劉傳坤;;220MW空冷汽輪發(fā)電機(jī)端部磁熱耦合分析計算[J];東方電機(jī);2012年02期

4 潘峰;湯岷;劉傳坤;;220MW空冷汽輪發(fā)電機(jī)端部磁熱耦合計算[J];東方電氣評論;2012年02期

5 常亮;劉興高;;內(nèi)部熱耦合空分塔的節(jié)能優(yōu)化分析[J];化工學(xué)報;2012年09期

6 童正明;周勃;李超;彭華俊;黃浩明;;內(nèi)部熱耦合精餾系統(tǒng)節(jié)能研究[J];廣州化學(xué);2014年03期

7 王書亭;陳鳳姣;劉濤;茍衛(wèi)東;;高速電主軸力-熱耦合特性建模[J];華中科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2015年10期

8 張連勝;譚思超;趙翠娜;高璞珍;張虹;;搖擺對自然循環(huán)核熱耦合平均功率的影響[J];原子能科學(xué)技術(shù);2013年11期

9 高翔;劉偉;陳海勝;黃克謹(jǐn);王

本文編號：2728953