基于溫度波特性的內部熱耦合精餾塔控制裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于精餾節能過程中的非線性控制領域，具體地說，涉及一種基于溫度波 特性的內部熱耦合精餾塔控制裝置。
【背景技術】
[0002] 精餾過程能耗占國民經濟總能耗的20%，占石油化工行業的67%，是石油、化工、 冶金、煤化等行業廣泛使用的單元操作，與我國國民經濟的諸多支柱產業息息相關。然而， 精餾過程能源利用率極低，僅為5% -10%，嚴重制約了經濟的發展。
[0003]內部熱耦合精餾技術充分利用精餾段與提餾段之間的熱交換，比常規精餾節能 30%以上。然而，內部熱耦合精餾過程的熱耦合導致該過程具有顯著的非線性動態特性，使 得該塔的控制策略設計顯得尤為困難。傳統的PID控制方案等已經不能滿足要求，在內部 熱耦合精餾塔的過程控制當中，這些方案已經很難使精餾過程穩定。而基于線性辨識模型 的控制方案只能工作在穩態工作點附近，稍微增大干擾幅度，或者設定值階躍變化，系統控 制質量則出現明顯下降。因此，基于內部熱耦合精餾塔的非線性特性，并在此基礎上實現內 部熱耦合精餾塔高效節能過程有效的的非線性控制方案，是提高內部熱耦合精餾過程的產 品品質的保障，已經成為一項關鍵的精餾節能技術，具有十分重要的意義。

【發明內容】

[0004] 本發明針對現有內部熱耦合精餾的控制裝置存在的在線運行效率低下、抑制干擾 能力差、控制效果差、對噪聲敏感度低等上述不足，提供了一種基于溫度波特性的內部熱耦 合精餾塔控制裝置，該控制裝置能夠實現精確迅速的設定值跟蹤，具有在線運行速度快，抗 噪聲能力強、控制效果好等優點。
[0005] 本發明的技術方案是：一種基于溫度波特性的內部熱耦合精餾塔控制裝置，包括 內部熱耦合精餾塔、智能儀表、控制站、數據存儲裝置及上位機，所述智能儀表與所述內部 熱耦合精餾塔連接，用于進行數據采集；所述控制站與所述內部熱耦合精餾塔連接，用于實 現對內部熱耦合精餾塔的控制；所述數據存儲裝置與所述智能儀表和所述控制站連接，用 于實現數據存儲；所述上位機與所述數據存儲裝置和所述控制站連接，用于實現控制參數 的求解，所述上位機包括用于觀測濃度及濃度梯度的濃度梯度描述模塊、用于觀測溫度梯 度的溫度梯度描述模塊、用于觀測溫度波靜態的溫度波靜態描述模塊、用于觀測溫度波動 態的溫度波動態描述模塊、用于實現設定值轉換的設定值轉換模塊及用于求解控制參數的 控制參數求解模塊；其中，
[0006] ( -）所述濃度梯度描述模塊觀測濃度及濃度梯度的步驟為：通過智能儀表中的 溫度檢測元件、壓力檢測元件、流量檢測元件采集相應的溫度、壓力、流量參數，傳輸至數據 存儲裝置，再由數據存儲裝置傳輸至所述濃度梯度描述模塊，通過所述濃度梯度描述模塊 確定出濃度梯度與進料熱狀況之間的關系，所述濃度梯度描述模塊包括各塔板的濃度觀測 和各塔板的濃度梯度觀測兩部分；
[0007] 1)各塔板的濃度觀測，根據公式（1)、⑵獲得各塔板當前時刻的濃度值，并將結 果傳輸至數據存儲裝置，公式（1)、（2)的表達式如下：
【主權項】
1. 一種基于溫度波特性的內部熱禪合精饋塔控制裝置，其特征在于：包括內部熱禪合 精饋塔、智能儀表、控制站、數據存儲裝置及上位機，所述智能儀表與所述內部熱禪合精饋 塔連接，用于進行數據采集；所述控制站與所述內部熱禪合精饋塔連接，用于實現對內部熱 禪合精饋塔的控制；所述數據存儲裝置與所述智能儀表和所述控制站連接，用于實現數據 存儲；所述上位機與所述數據存儲裝置和所述控制站連接，用于實現控制參數的求解，所述 上位機包括用于觀測濃度及濃度梯度的濃度梯度描述模塊、用于觀測溫度梯度的溫度梯度 描述模塊、用于觀測溫度波靜態的溫度波靜態描述模塊、用于觀測溫度波動態的溫度波動 態描述模塊、用于實現設定值轉換的設定值轉換模塊及用于求解控制參數的控制參數求解 模塊；其中， (一）所述濃度梯度描述模塊觀測濃度及濃度梯度的步驟為；通過智能儀表中的溫度 檢測元件、壓力檢測元件、流量檢測元件采集相應的溫度、壓力、流量參數，傳輸至數據存儲 裝置，再由數據存儲裝置傳輸至所述濃度梯度描述模塊，通過所述濃度梯度描述模塊確定 出濃度梯度與進料熱狀況之間的關系，所述濃度梯度描述模塊包括各塔板的濃度觀測和各 塔板的濃度梯度觀測兩部分； 1)各塔板的濃度觀測，根據公式（1)、似獲得各塔板當前時刻的濃度值，并將結果傳 輸至數據存儲裝置，公式（1)、（2)的表達式如下：
式中，k為當前采樣時亥Ij，Pf似為k采樣時刻的精饋段壓強、P,似為k采樣 時刻的提饋段壓強，Ti似為k采樣時刻第i塊塔板的溫度，i表示塔板編號（i = 1，2,. . .，t f+1，. . .，n，其中，1為塔頂編號，f為進料板編號，n為塔底編號），Pf化)、P,化） 及Ti化）由智能儀表測得，a為相對揮發度，a、b、c為安東巧常數，Xi(k)為k采樣時刻第 i塊板塔的液相輕組分的濃度測量值； 。各塔板的濃度梯度觀測，根據公式（3)、（4)、巧）、做獲得各塔板當前時刻的濃度 梯度與進料熱狀況之間的關系，并將結果傳輸至溫度梯度描述模塊，公式（3)、（4)、巧）、化） 的表達式如下：

式中，H為持液量，Vi似為k采樣時刻第i塊板塔的氣相流率，Li似為k采樣時刻第 i塊板塔的液相流率，Xi(k)為k采樣時刻第i塊板塔的液相輕組分的濃度測量值，Yi(k)為 k采樣時刻第i塊板塔的氣相輕組分濃度，為k采樣時刻第i塊板塔的液相輕組分 at 的濃度梯度值，i表示塔板編號（i = 1，2,. . .，t f+l，. . .，n，1為塔頂編號，f為進料板編 號，n為塔底編號），F(k)為k采樣時刻的進料流量，Zf (k)為k采樣時刻的進料組分；所述 Yi化）由公式（7)得到，公式（7)的表達式如下： Yi(k) = aXi(k)/[(a-l)Xi(k)+l]i = l，2，...，f，f+l，...，n (7) 式中，a為相對揮發度，i表示塔板編號（i = l，2，...，tf+l，...，n，l為塔頂編號，f 為進料板編號，n為塔底編號），Xi (k)為k采樣時刻第i塊板塔的液相輕組分的濃度測量 值； 所述氣液相流率由公式巧）、巧）、（10)、（11)、（12)、（13)、（14)得到，公式巧）、巧）、 (10)、（11)、（12)、（13)、（14)的表達式如下；
式中，i表示塔板編號，f為進料板編號，Qi化）為第i塊塔板上的熱禪合量，UA為傳熱 速率，A為汽化潛熱，q化+1)為第k+1采樣時刻的進料熱狀況，其中，q(k+l)為所述控制裝 置下一時刻的兩個控制參數之一； 通過公式（3) - (14)，建立濃度