内部热耦合空分塔的建模与操作分析

建立了内部热耦合空分精馏塔(ITCASC)的数学模型,采用高斯-牛顿法迭代求解,选用液相组成作为迭代变量,氧、氮、氩三元物系的物性计算采用PR状态方程。仿真结果表明,在保证分离效果不下降的条件下,ITCASC高压塔的塔压可以从传统空分塔的680 kPa降低到500 kPa,能耗降低约26.47%;操作分析为以后的理论研究和实际应用提供了定性和定量分析。该模型可以用于进一步的流程设计、优化和控制。

内部热耦合精馏塔的传热及优化

为研究同轴式内部热耦合精馏塔(HIDiC)在不同压缩比下的传热量和传热系数,以乙醇-水为分离物系,在自制中试装置中进行了实验研究。建立了同轴式HIDiC的传热模型即利用闪蒸罐代替塔板,计算进出闪蒸罐物流的焓值差,从而得到精馏段与提馏段板间换热量,并通过划分区域的方法计算了传热系数。以年度总费用(TAC)作为优化指标研究了实现外回流为零时所需的外部换热器的个数。结果表明:当压缩比为2.2时,塔间传热量最大,冷凝器和再沸器的负荷最低,且压缩比与传热系数的关系为负相关;随着精馏段与提馏段板间最小换热温差的增大,所需外部换热器个数不断减少,TAC呈现降低的趋势,当外部换热器个数为1,即热量耦合位置为精馏段第一块板与提馏段第一块板时,TAC最低。

内部热耦合空分塔混合建模

空分是国民经济发展不可或缺的行业,其能耗是该行业发展的瓶颈。内部热耦合空分塔(ITCASC)改变了传统空分塔结构,可达到良好的节能效果,是空分节能控制研究的前沿。本文提出了一种ITCASC混合建模方法,用液相组成、压强和相平衡温度的PCA-CGA-RBF统计模型,代替传统机理建模中泡点法计算温度的过程,可以显著提高模型求解效率。研究结果表明,混合模型求解时间从机理模型的31.06 s减少为11.18 s,减少了64.01%,而模型精度基本不变,有助于进一步的优化控制研究。

基于内部热耦合精馏塔非线性wave模型的高纯控制

首先建立内部热耦合精馏塔(ITCDIC)的非线性波动降阶模型,并将非线性波动理论(wave)应用到ITCDIC控制问题中,实现一般模型控制(GMC)方案。与传统控制方案相比,基于波动理论的一般模型控制(waveGMC)不再采用ITCDIC的近似线性模型,更好地解决了高纯控制过程中的非线性问题,通过对波形的速度和位置控制能够在短时间内使系统达到稳定。苯-甲苯物系的实例研究表明,ITCDIC波动模型在高纯控制过程中能够精确反映ITCDIC的动态特征,waveGMC控制方案较传统控制方案更加稳定可靠。

内部热耦合反应精馏塔内乙酸甲酯的合成研究

提出了一种应用内部热耦合反应精馏技术合成乙酸甲酯的新工艺流程,即采用内部热耦合反应精馏塔替代常规流程中的反应精馏塔。利用Aspen Plus模拟软件对新工艺流程及常规流程做了模拟分析,比较分析了2种工艺流程塔内气液相组成分布、塔内温度分布,并考察了压缩机压缩比对新工艺的影响。结果显示,新工艺流程比常规反应精馏流程节能44.51%,而且新工艺能大幅度地减少CO2排放量。

基于内模控制的内部热耦合空分策略

内部热耦合空分塔(ITCASC)在空分流程中具有很大的节能前景,是内部热耦合技术应用的突破点。由于该过程具有很强的非线性和复杂的动态特性以及耦合性,导致控制方案的设计具有极大的困难,有效的控制方案是该技术广泛应用的基础。文中提出了一种降阶模型,并在此基础上建立了ITCASC内模控制方案。结果表明,该控制方案能很好地解决非线性和耦合性,是一种比PID更有效的ITCASC控制策略。

自适应预测PID控制在理想物系内部热耦合精馏塔上的应用

首次将自适应预测PID控制方案(Adaptive & Predictive PID Control,AP- PID)应用于目前处于精馏塔节能技术前沿的内部热耦合精馏塔(ITCDIC) ,并相应地给出一种结合在线辨识和离线辨识各自优势的新颖辨识方法。以苯-甲苯物系为实例,将自适应预测PID控制方案与过去的预测PID控制方案进行了全面比较研究。仿真结果表明,自适应预测PID控制方案对内部热耦合精馏塔的控制是更为切实有效的。

高纯度内部热耦合精馏塔的非线性过程模型优化控制方案

主要讨论和研究了高纯度热耦合精馏塔的优化控制问题。针对一个非线性的对象模型—苯-甲苯物系模型提出了基于非线性过程模型控制(NPM C,N on linear P rocess M odel Contro l)的控制方案,并与常规的P ID控制方案作了比较。结果表明:非线性过程模型控制无论是在控制精度还是在响应时间上都优于传统的控制方案。

基于Matlab的内部热耦合精馏塔仿真实验平台

介绍了内部热耦合精馏技术的建模与控制方法,设计了一套基于Matlab的内部热耦合精馏塔仿真实验平台。该实验平台包括内部热耦合精馏过程的建模、特性分析、控制方案设计、Wave非线性建模与控制等一系列仿真实验程序,有助于学生了解内部热耦合精馏技术的发展与前沿知识,掌握常规控制方法在复杂对象上的设计方法,培养和提高学生的创新能力和科研热情。

基于内部热耦合空分塔模型设计的低纯氧流程

介绍一种新型内部热耦合空分精馏塔模型,在所建立的模型基础上对常规空分模型进行变形,设计出一种低纯度氧气流程。对设计的18 000 m3/h低纯氧流程空分装置进行简介,并通过与常规流程的比较说明该流程的节能性。

内部热耦合中间隔壁塔的设计与控制

虽然隔离壁精馏塔(DWC)与多个常规精馏塔组成的常规分离序列相比具有明显的节能潜力,但是通过引入内部热耦合技术,仍然具有进一步强化设计的空间。以进料位置为界,可将DWC分为上、下两部分,上部包含公共精馏段和进料上端的隔离壁两侧,下部包含进料下端的隔离壁两侧和公共提馏段,在两部分之间设置内部热耦合,得到一种新型内部热耦合中间隔壁塔(IHIMDWC)。在进料上、下两端的隔离壁一侧或两侧设置内部热耦合可以得到4种不同的IHIMDWC拓扑结构。以甲醇、乙醇与正丙醇三元物系的分离为例,通过启发式搜索法对4种IHIMDWC拓扑结构进行稳态设计,并提出了一种分散温度控制系统以验证它们的可控性。仿真结果表明,与DWC相比,IHIMDWC不但可以显著降低能量消耗,而且所设计的分散温度控制系统可以有效地抑制干扰。

内部热耦合精馏系统节能研究

针对传统精馏塔系统和内部热耦合精馏塔系统两种不同的精馏系统,以苯―甲苯物系和丙烯―丙烷物系两种理想的二组分物系分别作为研究对象,以系统的热力学效率、公用工程费用和节能百分率作为研究评价基准,模拟并研究分析压缩比、进料热状态等参数对传统精馏塔和内部热耦合精馏塔节能效果的影响,两种不同的理想物系下内部热耦合精馏系统之间的差异,并分析内部热耦合精馏节能的影响因素,为内部热耦合精馏塔内部节能研究提供参考。

基于内模控制的内部热耦合精馏策略

精馏过程约占工业总能耗的1/3,其节能控制潜力很大。内部热耦合精馏(ITCDIC)是迄今为止所提出的节能效果最好(比常规精馏节能40%以上)却没有商业化的节能技术。主要原因在于该过程具有较强的非线性、复杂的动态特性以及耦合性,给控制方案的设计带来了极大的困难。通过建立更为精确的二阶内部模型,提出了一种有效的ITCDIC内模控制方案。实例研究结果表明,与传统控制方案PID相比,控制品质更加稳定可靠;同时,与目前国际上公开报道的最好结果相比,该控制方案有更广泛的操作域,鲁棒性更强。

基于一般模型控制的高纯内部热耦合精馏策略

内部热耦合精馏塔(ITCDIC)是精馏节能控制的一个前沿。本文提出了一种基于一般模型控制(GMC)的内部热耦合精馏塔的先控策略,以解决导致传统线性控制策略难以得到较好控制效果的高纯下内部热耦合精馏塔的非线性。以苯-甲苯物系作为研究实例,对所提出的高纯ITCDIC控制策略进行了详细研究。设定值改变和过程扰动下的控制品质表明了所提出的高纯ITCDIC的GMC控制策略的切实有效性。

内部结构对空冷叶片换热性能的影响

为了深入了解空冷透平动叶的冷却机理和冷气流动特性,对某型燃气轮机透平动叶进行了气-热耦合数值模拟。结果表明,叶片端部气膜孔可以促进冷气在蛇形通道中的流动,改善冷却效果;涡流矩阵通道中子通道的宽度与高度比减小会加大涡流矩阵通道中的流动阻力,冷气在涡流矩阵通道中能得到更充分的利用,而对尾缘的冷却能力会下降,致使尾缘温度升高,因此其高宽比与冷气进口条件存在一个最佳组合关系;涡流矩阵通道结构与叶尖之间的间隙会降低冷气的利用率。

基于非线性Wave模型的内部热耦合塔高纯控制方案

为了解决高纯内部热耦合精馏塔(ITCDIC)的强非线性特性给控制器的设计带来较大困难的问题,将非线性Wave理论运用到内部热耦合精馏塔的控制设计中.首先根据浓度曲线的特性提出了浓度波形的描述函数.其次根据波形描述函数以及物料守恒关系推导出波速公式.最后将Wave理论与一般模型控制(GMC)结合起来,建立了基于Wave模型的一般模型控制(WGMC).在苯-甲苯物系的实例研究中与传统的基于数据模型的一般模型控制(TGMC)进行比较.研究结果表明,WGMC在伺服控制和干扰控制的表现都明显优于TGMC,WGMC控制方案较传统的一般模型控制方案更加稳定可靠.

复杂空冷叶片换热特性研究

为了深入了解空冷透平动叶的冷却机理和冷气流动特性,对某重型燃机透平动叶进行了气-热耦合数值模拟。结果表明,叶尖开孔可以促进冷气在蛇形通道中的流动,改善冷却效果;涡流矩阵通道中子通道的宽度与高度比减小会加大涡流矩阵通道中的流动阻力,从而改变冷却的效果,其宽高比与冷气进口条件存在一个最佳组合关系;涡流矩阵通道结构与叶尖之间的间隙会降低冷气的利用率。

内部热耦合精馏塔基于混合优化算法的RBF神经网络内模控制策略

内部热耦合精馏(ITCDIC)是迄今为止所提出的四大精馏节能技术中节能效果最高,但唯一没有商业化的节能技术,比常规精馏要节能40%以上,没有商业化的主要种类基于减聚类、K-means原因之一在于该过程具有较强的非线性、复杂动态特性以及耦合性,给控制方案的设计带来了诸多困难。由于径向基(RBF)神经网络具有快速学习并能逼近任意非线性函数的优点,本文提出了一种基于RBF神经网络内模控制的混合优化算法,是一种粒子群优化的混合优化算法,以苯-甲苯物系作为研究实例,并与国际公开报道的结果进行了详细比较,研究结果表明基于混合优化算法的RBF神经网络内模控制相比于传统的PID、常规RBF算法和国际公开报道有着更好的控制效果。

分壁精馏塔分离苯/甲苯/二甲苯的模拟工艺研究

分壁精馏塔(简称分壁塔)在节能和节约投资方面都有很大的优势和潜力,因此近几年来人们对它的深入研究也越来越多。以等比例的苯、甲苯和二甲苯为原料,通过模拟工艺流程,研究分析了分壁塔的进料位置、隔板位置、回流比、侧线采出位置以及液汽相分流比与能耗、组分纯度的关系。研究结论显示,分壁塔的最适宜液相分流比和汽相分流比分别为0.65和0.45,与常规精馏塔相比,分壁塔分离所得的苯、甲苯和二甲苯的纯度高,冷凝负荷和热负荷分别比常规精馏塔降低31.066 9%和34.167 5%。