[发明专利]一种高效节能精馏过程的高纯控制系统及方法

摘要

一种高效节能精馏过程的高纯控制系统，包括与高效节能精馏塔直接连接的现场智能仪表和DCS系统，DCS系统包括存储装置、控制站和上位机，上位机包括用以计算输出高效节能精馏塔控制变量值的高纯控制器，高纯控制器包括：组分推断模块，用以从智能仪表获取温度，压强数据，计算高效节能精馏塔各块塔板的组分浓度；模型参数自适应校正拟合模块，用以采用历史数据库中组分推断模块计算出的组分浓度数据，在线拟合模型函数；高效节能精馏过程的高纯控制律求解模块，用以根据当前组分浓度数据，模型函数和当前时刻操作变量值求取当前的控制变量的理想改变值。以及提供了一种高纯控制方法。本发明控制效果良好、控制品质理想。

主权项

1.一种高效节能精馏过程的高纯控制系统，包括与高效节能精馏塔直接连接的现场智能仪表和DCS系统，所述DCS系统包括存储装置、控制站和上位机，现场智能仪表与存储装置、控制站和上位机连接，所述的上位机包括用以计算输出高效节能精馏塔控制变量值的高纯控制器，所述高纯控制器包括：组分推断模块，用以从智能仪表获取温度，压强数据，计算高效节能精馏塔各块塔板的组分浓度，并将组分浓度计算结果存储在历史数据库当中，计算式为(1)(2)：Xi(k)=Pr(k)×α×10Ti(k)+cb-a-1α-1,i=1,2,······,f-1---(2)]]>Xi(k)=Ps(k)×α×10Ti(k)+cb-a-1α-1,i=f,f+1,······,n---(2)]]>其中k为当前采样时刻，下脚标i为塔板编号，l为塔顶编号，f为进料板编号，n为塔底编号，X_i(k)为k采样时刻液相轻组分浓度，P_r(k)为k采样时刻精馏段压强、P_s提馏段压强，T_i(k)为k采样时刻塔内各块塔板的温度，α为相对挥发度，a、b、c为安东尼常数。模型参数自适应校正拟合模块，用以采用历史数据库中组分推断模块计算出的组分浓度数据，在线拟合模型函数，并将拟合参数存储到历史数据库当中，拟合函数如式(3)(4)：X^i=Xmin,r+Xmax,r-Xmin,r1+e-kr(i-Sr),i=1,2,······,f-1---(3)]]>X^i=Xmin,r+Xmax,r-Xmin,r1+e-kr(i-Sr),i=f,f+1,······,n---(4)]]>其中为第i块塔板处液相组分浓度预估浓度，X_min，r，X_max，r，k_r，X_min，s，X_max，s，k_s为拟合参数，S_r，S_s分别为高效节能精馏塔精馏段、提馏段液相组分浓度分布的位置；高效节能精馏过程的高纯控制律求解模块，用以根据当前组分浓度数据，模型函数和当前时刻操作变量值求取当前的控制变量的理想改变值，求解控制律代数方程组如式(5)至式(12)Yi(t)=αXi(t)(α-1)Xi(t)+1,i=1,2,······,n---(8)]]>Qi(k)=UA×b(1a-ln{Pr(k)+ΔPr(k)T/[Xi(k)+(1-Xi(k))/α]})-1a-ln{Ps/[Xi+f-1(k)+(1-Xi+f-1(k)/α)i=1,2,······,f-1---(6)]]>V_l(k)＝F(1-q(k)-Δq(k)T)(7)L_n(k)＝F(q(k)+Δq(k)T)(8)Lf-1(k)=Σi=1f-1Qi(k)λ---(9)]]>V_f(k)＝V_l(k)+L_f-1(k)(10)Vf(k)Yf(k)-Lf-1(t)Xf-1(k)-V1(k)Y1(k)HXf-1(k)---(11)]]>=K1(X1*-X1(k))+K2Σi=1k(X1*-X1(i))T]]>-Vf(k)Yf(k)-Ln(k)Xn(k)+Lf-1(k)Xf-1(k)+FZfH(Xf-1(k)-Xn(k))---(12)]]>=K3(Xn*-Xn(k))+K4Σi=1k(Xn*-Xn(i))T]]>其中k为当前采样时刻，T为采样周期，X_i(k)、Y_i(k)分别为k采样时刻第i块塔板轻组分液相轻组分浓度和汽相轻组分浓度，Q_i(k)为第i块塔板之间的热耦合量，UA为传热速率，X_i+f-1(k)为k采样时刻第i+f-1块塔板液相轻组分浓度，q(k)为k采样时刻进料热状况，P_r(k)为当k采样时刻精馏段压强，F为进料流率，Z_f为进料组分浓度，V_l(k)，V_f(k)分别为k采样时刻塔顶和进料板处的汽相流率，L_f-1(k)，L_n(k)分别为k采样时刻第f-1块塔板和塔底的液相流率，H为持液量，X_f-1(k)，X_n(k)分别为k采样时刻第f-1块塔板和塔底的液相轻组分浓度，Y_l(k)，Y_f(k)分别为k采样时刻塔顶和进料板处的汽相轻组分浓度，K1，K2，K3，K4为控制律参数，X_l^*，X_n^*分别为塔顶塔底液相轻组分浓度设定值，X_l(k)，X_n(k)k时刻塔顶塔底的液相轻组分浓度值Δq(k)，ΔP_r(k)，分别为当前时刻高效节能精馏塔控制变量即进料热状况和精馏段压强的当前理想改变值。