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蒸馏过程综合优化建模及在线优化控制研究

作　者: 金晶
导　师: 刘克平
学　校: 长春工业大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 分子蒸馏 数学模型 在线优化 自寻优
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


蒸馏技术已经被广泛应用了200年之久,而在我国它也是应用最广,占耗能最大的化工分离过程。而其中的分子蒸馏技术也是国内外学者们不断进行工业化研究和开发的高新液-液分离技术。分子蒸馏(Molecular Distillation)技术是国际上一种高效的、温和的物理分离技术,具有特殊的分离机理,相比于传统的分离技术,适用于热敏性物料的分离。分子蒸馏设备又根据其结构的不同分为降膜式,离心式等等,而在分子蒸馏技术中,又以刮膜式分子蒸馏技术的应用前景最为广阔。由于它特有的结构,在其装置中装有可以高速旋转的转子使分子蒸馏效率大大的提高,但也正是因为如此,使得内部的流动过程异常复杂,制约了该项技术的深入研究和工业应用。本文通过对分子蒸馏技术的来源与意义,基本理论以及过程机理的学习与研究,基于机理建模的方法,建立了针对液膜厚度的数学模型。本课题以三级分子蒸馏器DCH-300进行实验研究,针对DCH-300分子蒸馏器的第一级刮膜薄膜蒸发器为研究对象建立了数学模型,并利用纯净水进行了实验研究,验证了模型的准确性。作者采用自寻优控制算法对系统进行了在线优化控制,利用此控制算法找出蒸馏过程实时变化的最佳工艺参数。自寻优控制算法对被控对象具有时变性的系统有自适应能力,而分子蒸馏系统正满足这一特点。采用自寻优的优化控制算法,使分子蒸馏系统可以在工作过程中能够自动寻找最优工作点,并且可以实现在改变工况的环境下,也能够自动寻找最优工作点,避免了以往只能依靠经验值设定过程参数的弊端,不仅缩短了蒸馏系统的加热时间,达到了节能效果的同时,得到较为纯净的分离物质。最后利用集散控制系统的思想,设计了基于SIEMENS PLC的DCS控制系统。

全文目录


摘要  2-3
Abstract  3-7
第一章 绪论  7-14
  1.1 本课题的来源与意义  7
  1.2 分子蒸馏国内外发展现状  7-8
  1.3 分子蒸馏过程及应用概述  8-12
    1.3.1 分子蒸馏过程概述  8-9
    1.3.2 分子蒸馏设备  9-12
    1.3.3 分子蒸馏应用现状  12
  1.4 本文主要研究内容及章节安排  12-14
第二章 分子蒸馏过程建模及优化过程原理  14-22
  2.1 分子蒸馏技术的基本原理及特点  14-17
  2.2 机理建模原理  17-18
  2.3 在线优化原理  18-19
  2.4 集散控制系统简介  19-21
    2.4.1 集散控制系统概述  19-21
    2.4.2 集散控制系统特点  21
  2.5 本章小结  21-22
第三章 蒸馏过程模型的建立与系统优化控制  22-44
  3.1 薄膜蒸发器的工作原理  22-24
    3.1.1 薄膜蒸发器的基本结构和类型  22-23
    3.1.2 薄膜蒸发器的蒸发原理及性能特点  23-24
  3.2 分子蒸馏过程的数学模型  24-29
    3.2.1 模型建立分析过程  24-25
    3.2.2 数学模型的建立  25-29
  3.3 实验研究  29-34
    3.3.1 实验装置及方法  29-31
    3.3.2 实验过程  31-33
    3.3.3 实验结果与分析  33-34
  3.4 自寻优控制算法研究  34-37
    3.4.1 自寻优控制的工作原理  34-36
    3.4.2 应用自寻优控制的必要条件  36
    3.4.3 自寻优控制的实现方法  36-37
  3.5 基于步进搜索法的自寻优控制研究  37-43
    3.5.1 步进搜索法工作原理  37-39
    3.5.2 分子蒸馏自寻优系统结构  39-43
  3.6 本章小结  43-44
第四章 分子蒸馏过程控制系统设计  44-54
  4.1 分子蒸馏过程控制系统设计  44-49
    4.1.1 蒸馏控制系统的构成  44-46
    4.1.2 PLC的选型与硬件配置  46-48
    4.1.3 模拟量扩展模块选择  48
    4.1.4 DCS控制系统通讯方式  48-49
  4.2 人机界面系统设计  49-50
  4.3 分子蒸馏过程软件系统设计  50-53
    4.3.1 分子蒸馏系统自寻优控制程序设计  50-51
    4.3.2 自寻优控制算法  51-53
  4.4 本章小结  53-54
第五章 结论与展望  54-56
  5.1 结论  54
  5.2 展望  54-56
致谢  56-57
参考文献  57-60
附录一 分子蒸馏装置工艺流程示意图  60-61
作者简介  61
攻读硕士研究成果  61-62

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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