乙醛生产过程的数据处理和实时优化

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1、浙江大学硕【：学位

2、仑文展数据处理、建模、优化操作与新型控制系统的研究和技术开发丁作，将具有深远的、重大的经济意义。1．2数据调和算法介绍从现场获得的实际测量数据不可避免地带有误差，不能准确地反映真实的情况。由于误差的存在，使得它们不能满足对应过程单元的物料平衡(范伟云，1998)、能量平衡以及其它各种约束关系(Crowe，C．M．，1997：李红军，秦永胜，1997a)。如果把这利噙有较大误差的原始数据直接川于优化控制或决策管理，将会对实际操作带来严重影响，很难保证工厂处于最优状态下运行，甚至造成整个生产过程的紊乱(陈剑等，2000)。准确的数据是过程监

3、控、过程建模、分析和控制的必要条件。冈此，在采．¨j测量数据进行实验分析、生产计算、参数估值和建立数学模型等T作之前，需对测量数据进行校正处理，以获得对化T过程更为准确的了解。数据调和是颂改善工业测量数据质量的技术。数据调和就是指在不存在过失误差的情况下综合利用统计分析、优化理论等获得满足过程操作的物料平衡、能量平衡及其它约束关系的一致性数据(王秀萍等，1999)。数据调和的原理是选取测量数据的调和值，使其既满足艇个装鼍和单元设备的物料、能量、原子平衡关系，同时又使其与之对应的测量值之差的平方和最小(Kuehn，D．R．，1961)。数据调和的日的就是利川

4、冗余测量数据进行随机误差去除，从而使调和数据满足物料平衡、能量平衡、原子平衡等约束关系，提高测量数据的可靠性、精确性和完整性，增加有用的信息量。数据调和本质上是一个优化问题，通常可以采川优化方法(线性或非线性规划)进行求解。数据调和从六十年代(Kuehn，1961)开始得到了广泛、深入的研究同时在T业·扣也得到了重视和应用。在国内，对该领域的研究从八。

5、．年代(袁咏根，1986)开始，近些年来越来越得到重视。其研究范围已从基本的简化假设逐步扩展到更能反映实际运行状况的非线性、带宥上下限约束的、动态数据调和及显著误差检测问题。从麻川及仿真的角度上看，其对象与

6、范围已从最初的单元设备(如Madron，1977：Murthv，1973：Islam，1994)扩展到化工流程(如Fillon，1995：Pages，1994)进而扩展到仝厂范闸内的数据调和及显著误差检测(如Bussani，1995：Pierucci，第一章绪涂1994)。皋于稳态过程前提的数据调和还包含另’假设，即过程测量数据只含有满足正态分布的随机误差，闳此及时准确地检测显著误差的存在进而剔除或补偿显著误差将非常有助于数据调和的正确完成。否则显著误差的存在会“玷污”(smear)数据调和获得的调和值。一般说米，含有显著误差的数据在全部的测量数据小占有的

7、比例很小，但它的存在划会严重破坏数据的统计特性。基于这个原因，要求我们在进行数据调和提高数据质量时必须进行显著误差检测和识别并剔除显著误差。在进行数据调和时，我们可以先进行显著误差检测再进行数据调和，也可以先进行数据调和再进行显著误差检测。府J{J统计检验法进行显著误差检测的目的就是在测量数据向量中找到有显著误差的元素，并对其进行剔除或补偿(李红军，秦永胜，1997a)，使得测量模型中的测量值和真实值之问的误差仅为正态分布的随机性误差，从而可以通过数据调和来得到一组满足问题的估计值。显著误差检测主要包括测量残差(measurementresidual)和约

8、束残差(constraintresidual)。基于统计检验的显著误差检测方法都是针对测量残差或者约束残差来进行假设检验，进而确定显著误差的存在及显著误差位置(李红军，秦永胜，1997a)。乙醛生产过程极其复杂，其反应历程多达二十多步，反应过程中问发生大量的化学反应，因此原米基于分子级别的数据调和方法对乙醛反应过程已不适合，不能解决这个问题。为此，本文提出了基于原子衡算的数据调和算法。基于原予平衡的数据调和算法，就是除满足总的物料平衡和能量平衡外，最终的调和结果必须要满足原子的平衡。而且乙醛反应过程·卜一些流量测量数据为体积流量，I习此在进行物料衡算时要将

9、其转化为质量流量，然而气体的密度受温度和压力的影响，液体的密度受温度和浓度的影响，因此在对乙醛生产过程中的体积流量进行调和时需要对体积流量进行密度补偿。本文对乙醛生产过程的测量数据进行了基于原子衡算的带密度补偿的数据调和，详细的算法描述和调和过程见第三章(乙醛生产过程中的数据处理)。浙江大学坝卜学位沦文1．3软测量模型及其方法随着现代T业过程对控制、计量、节能增效和运行可靠性等要求的不断提高，各种测量需求也日益增多。现代过程检测的内涵和外延较之以往均有较大深化和拓展。。。方面，仪获取流量、温度、压力和液位等常规过程参数的测量信息已不能满足T业操作和控制的要

10、求，需要获取诸如成分、物性等与过程操作和控制密切相关的检测参数的测