四组分隔离壁精馏塔:系统设计与控制

基本信息
批准号:21808007
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:29.00
负责人:钱行
学科分类:
依托单位:北京化工大学
批准年份:2018
结题年份:2021
起止时间:2019-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:陈海胜,向一丁,尹树伟,刘蕊
关键词:
控制系统过程控制流程模拟动态模拟过程强化
结项摘要

Dividing-Wall Distillation Columns-Separating Four-Component Mixtures (DWDC-SFCM) can significantly reduce capital cost and operating cost. However, the system design and control of DWDC-SFCM are very challenging because of its inherent strong interactions and highly nonlinear behaviors, which impedes its development and industrialization. To solve these problems, the current project will thoroughly investigate the system design and control of DWDC-SFCM. Firstly, analysis should be conducted to elucidate the potential of DWDC-SFCM to reduce capital cost and operating cost. A simple but effective topology structure selection criterion will be introduced in order to effectively separate the design of topology structures and the optimization of decision variables. Secondly, an optimization strategy with less calculation and wider applicability will be developed to effectively avoid the strong interactions and highly nonlinear problems and give the global optimal solution. Finally, synthesis and design of general decentralized control schemes will be investigated. An effective compromise method between steady-state design and dynamic control will be explored to guarantee satisfying dynamic performance and controllability under the premise of significantly reducing capital cost and operating cost. The current project is highly likely to establish a systematic development strategy and an overall theoretical framework for the design and control of DWDC-SFCM, besides offer effective guidelines for its development and industrialization.

四组分隔离壁精馏塔(DWDC-SFCM)虽然能够显著降低设备投资与操作能耗,但是既存在过度的内部关联又呈现高度的非线性,使系统设计与控制面临着严峻的挑战,这已经严重阻碍了其开发与工业应用。为解决这一难题,本项目将深入研究DWDC-SFCM的系统设计与控制。首先,分析DWDC-SFCM降低设备投资与操作能耗的潜力,给出一种简便有效的拓扑结构判断准则,实现DWDC-SFCM拓扑结构设计与决策设计变量优化的有效分离。其次,开发一种计算强度小且适用性强的优化策略,能够有效回避严重的内部关联与非线性等问题并给出全局最优解。最后,探索稳态设计与动态控制的有效折衷方法,给出通用的分散控制系统的综合与设计策略,确保其在大幅度节省设备投资与操作能耗的前提下具有满意的动态特性与可控性。本项目将形成一个DWDC-SFCM设计与控制的系统化开发策略与总体理论框架,为DWDC-SFCM的开发与工业应用提供有效指南。

项目摘要

四组分隔离壁精馏塔(Dividing-Wall Distillation Columns-Separating Four- Component Mixtures, DWDC-SFCM)虽然能够显著降低设备投资与操作能耗,但是既存在过度的内部关联又呈现高度的非线性,使系统设计与控制面临着严峻的挑战,严重阻碍了其开发与工业应用。本项目深入研究DWDC-SFCM的优化设计与操作控制。在稳态优化方面,采用多种改进粒子群优化算法提高节能效果;开发引入中间再沸器的隔离壁精馏塔与热泵精馏结合的新型强化结构进一步提高节能效果。在动态控制方面,采用优于传统的温度控制结构的温差控制结构、双温差控制结构、和压力补偿温差控制结构等提高动态控制效果;针对共沸精馏系统,给出了优于传统的比例积分控制的模型预测控制;开发一种比例积分控制与模型预测控制(PI-MPC)结合的温度浓度串级控制,并进一步提出采用软测量技术进行浓度预估的PI-MPC结合的控制结构,再在此基础上探索集成了数据驱动模型的浓度软测量方法,最后比较三种非线性滤波器获得最适合DWDC-SFCM软测量的浓度校正方法,从而逐步提高动态控制效果;在设计与控制折衷方面,比较多种DWDC-SFCM,给出节能效果和可控性最优的隔离壁精馏塔结构。本项目形成了一个DWDC-SFCM设计与控制的系统化方法,为其工业应用提供有效指南。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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