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上篇　常规精馏过程的建模、优化与控制3

第1章　精馏过程节能与控制优化3

1.1 引言3

1.2　精馏过程的节能分析5

1.2.1　热力学评价5

1.2.2　推动力分析7

1.2.3　操作线分析8

1.2.4　热源和冷源10

1.3　精馏过程的节能方法10

1.3.1　单塔热回收10

1.3.2　双效精馏12

1.3.3　热泵精馏13

1.3.4　全面热集成过程15

1.4　精馏过程控制17

1.4.1　控制科学与过程控制17

1.4.2　精馏过程控制18

1.4.3　常规控制系统19

1.4.4　先进控制策略19

1.5　精馏过程优化24

1.5.1　过程优化24

1.5.2　精馏过程优化模型26

1.5.3　精馏过程优化方法27

1.6　过程概念设计与集成设计30

1.6.1　过程概念设计30

1.6.2　过程集成设计34

第2章　乙烯生产分离过程的建模与仿真37

2.1　引言37

2.2　精馏过程建模40

2.2.1　概述40

2.2.2　精馏塔通用动态模型42

2.2.3　非平衡级精馏模型47

2.3　精馏过程流程模拟51

2.3.1　概述51

2.3.2　过程仿真方法52

2.3.3　商业化软件介绍54

2.4　基于PRO/Ⅱ模拟软件的流程模拟与分析60

2.4.1　丙烯塔仿真结果与分析60

2.4.2　脱丙烷塔仿真结果与分析63

2.5　基于非平衡级精馏技术的流程模拟与分析68

2.5.1　乙烯精馏塔仿真结果与分析68

2.5.2　脱乙烷塔仿真结果与分析71

第3章　空分过程的建模与优化75

3.1　引言75

3.2　低温空分技术进展76

3.3　低温空分原理及热力学分析82

3.3.1　低温空气分离原理82

3.3.2　空分装置？分析83

3.4　基于Aspen软件平台的空分流程模拟与分析88

3.4.1　引言88

3.4.2　机理建模与参数修正90

3.4.3　仿真结果96

3.4.4　灵敏度分析与操作调优96

3.5　低温空分过程自主建模103

3.5.1　引言103

3.5.2　物性计算与流程计算104

3.5.3　数学模型的建立110

3.5.4　自由度分析113

3.5.5　操作参数的设定114

3.5.6　求解方法和框架设计114

3.5.7　仿真结果与分析115

3.6　低温空分过程优化117

3.6.1　优化模型数学描述118

3.6.2　优化算法121

3.6.3　优化结果与分析123

第4章　间歇精馏过程的控制策略125

4.1 引言125

4.2　化工过程精细化与精馏126

4.2.1　概述126

4.2.2　精细化工精馏过程模型化与控制优化130

4.3　间歇精馏过程控制133

4.3.1　PID控制133

4.3.2　自适应控制134

4.3.3　预测控制135

4.3.4　模糊控制136

4.3.5　推理控制137

4.3.6　最优控制137

4.4　高纯精馏过程控制140

4.5　间歇精馏过程控制研究方案与策略141

下篇　内部热耦合精馏节能技术的建模、优化与控制147

第5章　内部热耦合精馏塔的模型化与稳态特性147

5.1　内部热耦合精馏塔147

5.1.1　结构原理和节能分析147

5.1.2　研究现状149

5.1.3　一种SRV填料塔静态设计151

5.1.4　问题的起源156

5.2　过程数学模型的建立157

5.2.1　模型假设157

5.2.2　模型推导157

5.2.3　模型说明161

5.3　简约方程联立法162

5.4　稳态模型的仿真算法164

5.4.1　牛顿-拉夫森法164

5.4.2　稳态模型的仿真步骤166

5.5　仿真概述与模型检验167

5.5.1　仿真概述167

5.5.2　模型检验168

5.6　过程分析169

5.6.1　基于过程操作费用的分析169

5.6.2　基于过程能耗和热力学效率的分析172

5.7　操作参数对组成的影响规律174

5.7.1　苯-甲苯物系操作参数对组成的影响规律174

5.7.2　乙醇-水物系操作参数对组成的影响规律177

5.8　稳态特性与分析179

5.8.1　操作参数评价179

5.8.2　塔内部耦合分布规律182

第6章　内部热耦合精馏塔的动态特性185

6.1 引言185

6.2　动态模型的仿真技术186

6.2.1　残差方程形式的表述技巧186

6.2.2　Gear算法187

6.2.3　动态模型的仿真步骤190

6.3　仿真概述与模型检验191

6.3.1　仿真概述191

6.3.2　模型检验191

6.4 自由度分析194

6.5　全塔动态响应195

6.5.1　苯-甲苯物系195

6.5.2　乙醇-水物系196

6.6　高纯下的动态特征与分析198

6.6.1　系统描述198

6.6.2　非线性和不对称特性198

6.6.3　反向响应200

6.6.4　外部扰动的强烈影响202

6.6.5　模型失配204

6.6.6　交互作用和过程定向增益204

第7章　内部热耦合精馏塔的先控策略206

7.1　PID控制206

7.1.1　单端组分PID控制（S-PID）207

7.1.2　双端组分PID控制（M-PID）208

7.1.3　单端、双端组分PID控制比较209

7.2　P-PID控制210

7.2.1　设计概述210

7.2.2　模型辨识211

7.2.3　苯-甲苯物系P-PID、M-PID比较研究212

7.3　IMC控制213

7.3.1　IMC控制原理213

7.3.2　内部热耦合精馏塔的内部模型214

7.3.3　IMC参数辨识与设计215

7.3.4　仿真与分析216

7.3.5　IMC、P-PID进一步比较研究219

7.4　非理想物系的鲁棒PID控制221

7.4.1　基于闭环增益成形控制算法的PID控制原理介绍222

7.4.2　最小二乘一次完成辨识方法223

7.4.3　仿真与分析224

7.4.4　鲁棒PID与预测PID的进一步比较227

7.5　高纯内部热耦合精馏塔先控策略229

7.5.1　高纯与非高纯操作下的响应特性比较229

7.5.2　解耦PID控制230

7.5.3　非线性一般模型控制234

7.5.4　动态矩阵控制240

7.5.5　内模控制和其改进251

7.5.6　多回路PID控制及其改进254

7.6　超高纯内部热耦合技术的动态特性分析和控制设计257

第8章　内部热耦合精馏塔的集成优化259

8.1 引言259

8.2　优化策略和集成优化思想261

8.2.1　优化策略261

8.2.2　集成优化思想262

8.3　集成优化数学模型的建立262

8.3.1　模型假设262

8.3.2　模型推导263

8.3.3　模型说明267

8.4　集成优化模型的求解策略267

8.4.1　变分法与贝尔曼最佳原理267

8.4.2　集成策略268

8.4.3　算法选择与初值生成策略272

8.5　节能潜力的优化研究273

8.5.1　苯-甲苯物系273

8.5.2　乙醇-水物系277

8.6　操作费用节省的优化研究278

8.6.1　苯-甲苯物系278

8.6.2　乙醇-水物系280

8.7　可控性检验283

参考文献285