隔板塔的优化设计及控制研究

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1、隔板塔的优化设计及控制研究OntheOptimalDesignandControlofDividingWallColumn一级学科：化学工程与技术学科专业：化学工程研究生：钱行指导教师：袁希钢教授天津大学化工学院二零一七年五月万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论

2、文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日万方数据摘要本文综述了精馏节能的研究意义、研究原理和研究进展，并对Petlyuk隔板塔、Kaibel隔板塔、反应精馏隔板塔的稳态设计及动态控制进行了探究。首先，

3、我们对结构最简单的三组分Petlyuk塔进行了研究。Petlyuk塔由预分塔与主塔组成，两塔之间通过两对逆流的热耦合汽液流股相互连接，用于分离三组分混合物。Petlyuk塔是完全热耦合塔，如果不考虑隔板间的热量传递，完全热耦合塔和隔板在中间的隔板塔是热力学等价结构。我们对Petlyuk塔进行了稳态设计，研究了Petlyuk塔的随机优化，Petlyuk塔的稳定化控制结构（纯温度控制结构），Petlyuk塔的温度控制结构与温度浓度串级控制结构进行了比较。结果表明，传统的PID控制即可控制三组分Petlyuk塔，仅采用温度控制器（三点温度控制）而不

4、用浓度控制器即可有效控制住加入隔板塔的扰动，产品浓度偏差非常小。其次，我们对结构较复杂的Kaibel塔进行了研究。Kaibel塔通常用于四组分进料混合物的分离。我们对Kaibel塔进行了稳态设计，提出了Kaibel塔的可行控制结构。结果表明，传统的PID控制即可控制四组分Kaibel塔，仅采用温度控制器（四点温度控制）而不用浓度控制器即可有效控制住加入隔板塔的扰动，产品浓度偏差非常小。这一结果有利于隔板塔工业化的实现。对于结构最复杂的反应精馏隔板塔，我们选取了一个工业实例，提出了将选择性加氢反应与丙烯塔结合、并将丙烯塔和脱丙烷塔热耦合的反应精

5、馏隔板塔新流程，研究了碳三选择性加氢反应精馏隔板塔的优化设计（粒子群随机优化）及传统的PID控制和智能先进控制（模型预测控制）。本文的反应精馏隔板塔是部分热耦合隔板塔，隔板在精馏塔底部。我们不但提出了节约年度总费用达到27.88%的反应精馏隔板塔新流程，也为新流程提出了多个可行控制结构（温度控制、浓度控制和模型预测控制）。本文最后对主要研究成果进行了总结，并对隔板塔的设计与控制的未来工作作出展望。本文的创新点包括：(1).对于三组分Petlyuk隔板塔和四组分Kaibel隔板塔，本文通过严格模拟证明传统的PID控制即可有效控制进料扰动。(2)

6、.采用支持向量机（SVM）和粒子群优化（PSO）结合的算法对三组分Petlyuk隔板塔进行了优化设计；采用粒子群优化（PSO）算法对碳三选择性加氢万方数据反应精馏隔板塔（RDWC）进行了优化设计。(3).采用模型预测控制（MPC）和传统的PID控制分别对碳三选择性加氢反应精馏隔板塔进行控制，结果证明模型预测控制比传统的PID控制更适合组分较多、结构复杂、耦合较重的反应精馏隔板塔。关键词：隔板塔；优化设计；粒子群优化；PID控制；模型预测控制万方数据ABSTRACTInthispaper,wesummarizetheresearchmeanin

7、g,theresearchprincipleandtheresearchprogressofenergysavingofdistillationprocess.WeinvestigatethesteadystatedesignanddynamiccontrolPetlyukcolumn,Kaibelcolumnandreactivedividingwallcolumn.Atfirst,westudythemostsimpledividingwallcolumnconfiguration,three-productPetlyukcolumn.P

8、etlyukcolumncontainsprefractionatorandthemaincolumn.Therearetwopairsofthermallycou