[发明专利]基于控制网格精细化的催化剂混合动态优化系统

说明书

本发明公开了基于控制网格精细化的催化剂混合动态优化系统，由间歇反应装置、混合比率传感器、模数转换器、现场总线网络、DCS、主控室混合比率及产品浓度显示、混合比率控制阀门端的数模转换器、混合比率控制阀门构成。控制室工程师指定反应持续时间、反应装置中物料的初始浓度状态、需要提高浓度的目标产品后，DCS通过控制网格精细化优化方法得出使目标产品浓度最大的催化剂混合比率并转换为混合比率控制阀门的开度指令，通过现场总线网络发送给混合比率控制阀门端的数模转换器，使混合比率控制阀门执行相应动作，混合比率传感器实时采集催化剂的混合比率并回送给DCS。本发明能够最大化目标产品的浓度，实现挖潜增效。

技术领域

本发明涉及反应器控制领域，主要是基于控制网格精细化的催化剂混合动态优化系统。能够对间歇反应装置的催化剂混合比率进行自动控制，以提高目标产品的浓度。

背景技术

间歇反应装置，广泛应用于石油化工、精细化工、农药等工业生产中。

对于结构固定的间歇反应装置，当原料配额比、物料浓度、反应温度等参数确定以后，在充分搅拌的条件下，影响产品产量的一个关键因素就是催化剂的混合比率。由于不同产品的生产工艺要求不同，所以按生产工艺要求对间歇反应装置自动地进行催化剂混合动态优化具有重要意义。

当前国内间歇反应器的控制方法中很少采用动态优化理论及对应方法，控制器中的参数往往凭已有经验设定。采用动态优化方法后的间歇反应装置的产品浓度可以进一步提高，实现挖潜增效。

发明内容

为了提高间歇反应装置目标产品的浓度，本发明提供了基于控制网格精细化的催化剂混合动态优化系统。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：基于控制网格精细化的催化剂混合动态优化系统，能够对反应装置中催化剂的混合比率进行自动控制，以最大化目标产品的浓度。其特征是：由间歇反应装置、混合比率传感器、模数转换器、现场总线网络、DCS、主控室混合比率及产品浓度显示、混合比率控制阀门端的数模转换器、混合比率控制阀门构成。所述系统的运行过程包括：

步骤A1：控制室工程师指定反应持续时间、反应装置中物料的初始浓度状态、需要提高浓度的目标产品；

步骤A2：DCS执行内部的控制网格精细化优化方法，获得使目标产品浓度最大的催化剂混合比率；

步骤A3：DCS将计算获得的催化剂混合比率转换为混合比率控制阀门的开度指令，通过现场总线网络发送给混合比率控制阀门端的数模转换器，使混合比率控制阀门根据收到的控制指令执行相应动作；

步骤A4：间歇反应装置端的混合比率传感器实时采集催化剂的混合比率，经过模数转换器后用现场总线网络回送给DCS，并在主控室内显示，使控制室工程师随时掌握生产过程。

所述的DCS，包括信息采集模块、初始化模块、控制网格精细化模块、ODE求解模块、梯度计算模块、非线性规划(Non-linear Programming，简称NLP)问题求解模块、精细化收敛性判断模块、控制指令输出模块。其中信息采集模块包括反应持续时间采集、初始浓度状态采集、目标产品采集三个子模块，NLP问题求解模块包括寻优方向计算、寻优步长计算、NLP收敛性判断三个子模块。

间歇反应装置中目标产品的生产过程可以描述为：

其中，t表示时间，u(t)表示催化剂混合比率，x(t)表示反应装置中随时间变化的物料浓度；F(·)是根据物料平衡、能量平衡等建立的微分方程组。从该描述可以看出，间歇反应装置中目标产品的生产过程可以用数学上的一组微分方程组来表示。

要使间歇反应装置中目标产品的浓度最大化，等价于：当生产过程完成后，使该产品的浓度最大。以x₁(t)代表该产物随时间变化的浓度，则该问题的最终表达式为：