精馏过程动态机理模型建立

为了实现精馏过程的动态优化和先进控制,必须解决精确的动态数学模型的建立问题.本文介绍了精馏过程动态机理建模的方法,该模型的特点是考虑每块塔板温度、压力、汽相流量、液相流量、汽相浓度、液相浓度和持液量的动态特性,并且,利用正交配置方法离散模型方程,利用牛顿一拉夫逊方法解模型方程,研究结果表明该模型精度高,误差小于3%,适合于精馏过程的动态优化和先进控制策略研究.     

乙烯基降冰片烯减压精馏系统的模拟与优化

汽相采用Virial方程,液相采用Wilson方程汽液平衡模型,对乙烯基降冰片烯（VNB）合成液减压精馏系统建立了复杂精馏塔的数学模型,采用严格的三对角矩阵法编制了适用于非理想完全互溶体系精馏塔模拟计算程序,经过模拟与优化计算,得到了达到分离要求（塔顶VNB含量≥99％）精馏塔最佳回流比、最适宜进料板序数、最佳全塔理论塔板数等的操作参数,模拟计算结果与实验结果相吻合,证明该模拟系统准确可靠,从而为乙烯基降冰片烯（VNB）合成液减压精馏系统工程设计提供了依据。     

乙二醇单丁醚催化精馏塔开车过程的动态模拟研究

对以环氧乙烷和正丁醇为原料,通过催化精馏法合成乙二醇单丁醚的催化精馏塔开车过程的动态行为进行了模拟研究。提出了1项适用于本工艺体系特点的开车策略。建立了催化精馏塔开车过程的动态数学模型,通过模拟计算得到了从开车至达到系统稳定需要的时间,研究和分析了开车过程中塔内温度、组分浓度、热负荷、反应速率及汽液相流量等的动态分布特征,并同试验结果进行了比较。研究揭示了催化精馏塔开车过程的基本规律,为工艺优化和控制策略的建立奠定了重要基础。     

基于Cape-Open标准的复杂精馏塔单元模块开发

精馏过程模拟计算是化工过程模拟的重要组成部分,其单元模块开发具有重要意义。为实现基于Cape-Open标准的复杂精馏单元,首先要定义复杂精馏塔的功能,建立精馏过程的数学模型,并根据新松弛法与三对角矩阵泡点法的联合算法建立其数学模型并完成相应的数学模型求解算法;其次,基于Cape-Open标准,采用C++语言与COM组件将数学模型、求解算法和用户界面分别封装到各自类中。最后,通过两组极性体系的精馏实例对所开发模块进行验证,分别经过10次迭代和7次迭代求解后达到收敛精度。将各塔板温度、汽液相组成等计算结果同过程模拟软件Aspen Plus对比、分析并得出结论。所开发的复杂精馏塔单元模块可以较好的计算塔内各平衡级的组成、流量和温度分布,表明该精馏单元模块所求得的结果是可靠的。     

Ponchon-Savarit法模拟精馏的过程

根据汽液平衡数据和相关的气相焓和液相焓数据,利用插值和迭代法模拟精馏过程,用Ponchon-Savarit法计算精馏过程,先根据物料衡算方程、组分衡算方程和焓衡算方程,利用迭代法精算每一块塔板上的汽液组成、汽液流量以及回流量,再分别计算塔顶冷凝器、精馏段、进料板、提馏段、塔底再沸器。在Visual C++环境中,采用面向对象的方法自行设计出精馏模拟软件,通过苯-甲苯二元混合物的研究,证明该法可用于模拟精馏过程,模拟效果较好。     

气体分馏装置的动态仿真

气体分馏装置主要由四个精馏塔构成,为实现该装置的动态建模,必须建立准确的精馏塔的数学模型。故结合物料衡算、能量衡算、相平衡及流体力学方程建立了精馏塔的动态数学模型,并应用于气分装置,通过C语言编程计算。将仿真结果与工厂实测值对比,证明上述的仿真值能较好地符合工厂实际情况。并对精馏塔做动态分析,在进料的阶跃干扰下,查看塔主要操作参数和产品组成的动态扰动,改进模型能正确预测精馏塔的动态特性,并且能在扰动下快速达到新的平衡。     

精馏塔的机理-神经网络混合建模

酒精精馏过程是一个复杂的化工过程,动态响应缓慢,内在机理复杂,参数间相互关联.为了解决精馏塔机理模型精度低和神经网络模型外推能力差的缺点,同时也为了精馏塔的先进控制提供一种可靠的先进模型,针对试验室酒精精馏塔,充分发挥机理模型和神经网络模型的特点,建立一种基于机理模型和神经网络补偿模型的酒精精馏塔的混合模型.最后对混合模型进行了仿真试验,仿真结果显示有很好的性能,精馏塔的精馏精度和精馏效率都得到了很大的提高.而且下一步正准备以此模型为基础,设计精馏塔的先进控制算法.     

多组分精馏塔灵敏度系数和灵敏度的计算

通过正确划分精馏过程的状态变量及决策变量,从精馏塔的过程方程入手,建立了多组分精馏塔灵敏度分析的数学模型及计算方法。通过该方法可方便地求出精馏塔名状态变量对决策变量的灵敏度及灵敏度系数,定量地确定设计裕量,从而为精馏塔控制方案的设计及实际生产操作提供依据。     

小脑模型在精馏塔浓度预测中的应用

小脑模型(cerebellamodelarticulationcontroller简称CMAC)是一种局部学习网络,CMAC算法收敛速度很快,结构简单,并具有一定的泛化能力。精馏塔塔顶、塔底产品浓度含量的预测控制是精馏过程中非常重要的部分。研究表明,在某些情况下双线性系统可以很好地描述精馏塔的动态特性,因此本文通过双线性精馏塔机理模型给出网络学习样本数据,结合小脑模型对精馏塔塔顶、塔底产品浓度含量进行预测。仿真实验表明,该网络可以精确地描述精馏塔实际工程对象,取得良好的预测结果。     

反应精馏过程的非平衡级模型初探

采用速率法，建立了反应精馏过程的通用非平衡级模型，对具有Ｎ个非平衡级，存在Ｃ个组分的反应精馏塔，其模型共含有（５Ｃ＋２）Ｎ个独立方程，根据反应速率与传质整编的相对大小，探讨了对通用型模型进行简化的方法与途径。由于克服了平均级模型存在的种种缺陷，该模型通用性强、睦实可靠，不仅适用于多种塔型，而且还适用于无反应的普通多元蒸馏过程。本模型简化后用于普通多元精馏过程时，与Ｋｒｉｓｈｎａｍｕｒｔｈｙ和Ｔａｙ     

软件集成环境下的精馏塔动态仿真

化工过程动态仿真的关键问题是物性数据的计算及非线性微分方程和代数方程的求解，商品化的过程稳态模拟软件能够精确计算纯组分及混合物的物性，而MATLAB/SIMULINK具有强大计算及仿真功能。该文通过将Matlab／Simulink与Aspen Plus模拟软件物性和热力学数据库集成，对精馏塔进行了动态仿真研究。文中阐述了软件集成的方法，建立了精馏塔的通用动态数学模型，在Simulink中以S-函数的方式进行了实现。通过软件集成进行过程的仿真研究，充分利用了现有软件的优势，减少了编程工作量，提高了开发效率。     

Adaptive dynamic matrix control of a distillation column with closed-loop online identification

This paper presents an online identification technique where a process is identified in terms of pseudo impulse response coefficients and subsequently used to update convolution type models to accommodate process-model mismatch. As an example, dynamic matrix control has been applied adaptively to control the top product composition of a distillation column for both servo and regulatory problems. The algorithm automatically detects a large step-like disturbance requiring fresh identification of the process and subsequently adapts the controller to the new model. Simulation studies using an analytical dynamic full order model of a distillation column demonstrated the usefulness of the adaptation scheme. Experimentation on a pilot scale distillation unit vindicated the simulation results.     

基于计算机模拟平台的蒸馏过程仿真研究

以过程模型为基础在C++BUILDER环境下设计并实现的蒸馏过程计算机模拟平台,为研究蒸馏过程提供了过程模拟的计算机环境。模拟平台具有在线过程模拟功能和开放的接口环境,适于各种模拟方案、过程模型和算法的仿真研究。基于该平台,可以方便地对蒸馏过程进行稳态模型、动态模型、优化模型和控制模型的仿真计算,检验模型和算法的有效性,并可针对过程特点进行分析并提供优化操作指导值。     

A wave propagation approach for reduced dynamic modeling of distillation columns: Optimization and control

Reduced models enable real-time optimization of large-scale processes. We propose a reduced model of distillation columns based on multicomponent nonlinear wave propagation (Kienle 2000). We use a nonlinear wave equation in dynamic mass and energy balances. We thus combine the ideas of compartment modeling and wave propagation. In contrast to existing reduced column models based on nonlinear wave propagation, our model deploys a hydraulic correlation. This enables the column holdup to change as load varies. The model parameters can be estimated solely based on steady-state data. The new transient wave propagation model can be used as a controller model for flexible process operation including load changes. To demonstrate this, we implement full-order and reduced dynamic models of an air separation process and multi-component distillation column in Modelica. We use the open-source framework DyOS for the dynamic optimizations and an Extended Kalman Filter for state estimation. We apply the reduced model in-silico in open-loop forward simulations as well as in several open- and closed-loop optimization and control case studies, and analyze the resulting computational speed-up compared to using full-order stage-by-stage column models. The first case study deals with tracking control of a single air separation distillation column, whereas the second one addresses economic model predictive control of an entire air separation process. The reduced model is able to adequately capture the transient column behavior. Compared to the full-order model, the reduced model achieves highly accurate profiles for the manipulated variables, while the optimizations with the reduced model are significantly faster, achieving more than 95% CPU time reduction in the closed-loop simulation and more than 96% in the open-loop optimizations. This enables the real-time capability of the reduced model in process optimization and control.     

汽车空调蒸发器分布参数动态模型及数值仿真

蒸发器是汽车空调系统的主要部件,建立蒸发器性能仿真模型是开发汽车空调仿真系统的一项重要工作。该文基于过程物理机理,建立了汽车空调系统蒸发器分布参数动态数学模型,并给出了具体的数值仿真算法;借助该文的仿真模型,可以对制冷系统蒸发器的动／静态特性进行较为全面的仿真分析,预测不同运行工况下蒸发器热力参数的瞬态分布状况,同时还可以十分方便地确定出制冷剂单／双相区域分界点的瞬态位置;文中通过一个仿真算例说明了所建立的仿真模型可用性。     

动态模拟在流程工业智能工厂实验系统中的应用

以炼油工艺流程中常减压精馏装置的动态模拟为基础,介绍了动态模拟在流程工业智能工厂实验系统中的应用．对“动—稳”态混合仿真、动态模拟在系统辨识课件开发和在半实物仿真系统上的应用进行了详细的分析．     

嵌入式飞机防滑刹车动态测试分析系统设计

针对飞机防滑刹车系统测试中无法进行动态跟踪而难以采取最优系统控制策略的问题,设计了一种用基于ARM嵌入式系统的飞机刹车动态测试分析系统;该系统通过对飞机刹车中的机轮及其刹车盘建立数学模型,利用ARM嵌入式技术进行算法移植,实现了刹车系统的模拟及其动态过程的测试分析,解决了飞机刹车模拟和动态测试系统的实时性管理的问题;工程试验结果表明该嵌入式动态测试系统,能有效地模拟刹车过程,并动态跟踪和分析飞机刹车参数的变化。     

某船推进装置的建模及动态仿真

该文介绍使用全回转舵浆的船舶推进装置的建模和仿真，首先介绍该船舶推进装置数学模型的建立，笔者依据所建立的数学模型，利用动态仿真软件-MATLAB/SIMULINK，建立了相应的图形仿真模型，此模型接受MATLAB语言编写的控制指令程序。最后对该船进行了动态过程的仿真和分析，包括加速、减速以及从全正车到全倒车等运行工况，并得到了合理的结果。