醋酸合成反应器控制回路与策略设计及仿真研究

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醋酸是一类重要的基础有机化工原料,其发展是有机化学工业的一面镜子。甲醇羰基化合成醋酸工艺是目前市场上竞争力最强的醋酸生产工艺,由于其压倒性的经济优势,在市场上占领主体地位。在此生产工艺中,甲醇和一氧化碳在催化剂的作用下合成醋酸,反应过程为强放热反应。放出的热量导致反应温度升高,温度升高又将加快反应速率,构成正反馈系统,将使整个生产过程不可控。本文通过对反应器系统工艺的深入研究,根据工艺操作的具体参数,结合相关工程项目的设计经验和设计规范,设计了反应器温度控制系统的控制策略。其中,反应器温度的粗调控制回路为甲醇进料流量比值控制和甲醇进料温度串级-前馈控制,前者针对反应器热量移出的主要手段一闪蒸出料所做的控制,后者的目的是为了进一步稳定反应器的反应温度,减少波动;由于羰基化合成醋酸是强放热反应,前两个粗调回路不足以将所有的反应热移出,因此增加反应器温度的细调控制回路一外循环换热串级-分程控制回路。三个控制回路协同工作,将反应器温度控制在工艺操作允许的范围内。性能优异的控制器是控制回路稳定控制过程参数,达到工艺操作要求的重要保障。预测函数控制是第三代模型预测控制算法,具有控制输入规律性,在线计算量少,可行性高等优点。本文针对甲醇进料温度串级-前馈控制回路,设计预测函数控制器,并进行MATLAB仿真分析。仿真结果表明,预测函数控制算法具有良好的跟踪性能和抗干扰能力。温度、流量等检测单元和调节阀等执行单元是控制回路的重要组成部分。本文对所设计的控制回路中涉及到的检测元件和执行元件,选取测量关键参数甲醇进料流量的流量计和特殊应用、选型困难的闪蒸调节阀,进行详细的选型设计,使其能满足应用场合的工况要求,完成回路控制的目标。
摘要第5-6页
Abstract第6页
第1章 绪论第9-19页
    1.1 醋酸的主要性质第9-12页
        1.1.1 醋酸的物理性质第9-10页
        1.1.2 醋酸的化学性质第10-12页
    1.2 世界醋酸工业发展状况第12-13页
    1.3 我国的醋酸工业面貌第13-15页
    1.4 现有醋酸生产工艺第15-17页
    1.5 预测函数控制第17-18页
    1.6 本文研究的内容及安排第18-19页
第2章 甲醇羰基化醋酸生产工艺第19-25页
    2.1 BASF高压法第19页
    2.2 低压法第19-22页
        2.2.1 工艺流程第19-21页
        2.2.2 工艺技术第21-22页
    2.3 国内低压甲醇羰基化法工艺第22-24页
    2.4 本章小结第24-25页
第3章 反应器温度控制回路设计第25-40页
    3.1 出口温度控制回路第25-31页
        3.1.1 工艺分析第25-26页
        3.1.2 温度串级-分程控制系统分析第26-30页
        3.1.3 液位串级控制系统分析第30-31页
    3.2 甲醇进料流量控制第31-35页
        3.2.1 工艺分析第32-33页
        3.2.2 比值控制系统分析第33-35页
    3.3 甲醇进料温度控制第35-38页
        3.3.1 串级控制系统分析第36-38页
    3.4 本章小结第38-40页
第4章 预测函数控制器设计第40-54页
    4.1 预测控制基本原理第40-41页
        4.1.1 预测模型第40页
        4.1.2 滚动优化第40页
        4.1.3 反馈校正第40-41页
    4.2 预测函数控制的基本原理第41-43页
        4.2.1 基函数第41页
        4.2.2 预测模型第41-42页
        4.2.3 参考轨迹第42页
        4.2.4 预测误差和反馈校正第42-43页
        4.2.5 滚动优化第43页
    4.3 一阶加纯滞后模型的预测函数控制第43-47页
    4.4 甲醇进料温度调节回路的预测函数控制第47-53页
        4.4.1 控制器设计第47-49页
        4.4.2 仿真分析第49-53页
    4.5 本章小结第53-54页
第5章 控制阀和流量计选型第54-64页
    5.1 调节阀选型第54-60页
        5.1.1 阀体形式选择第54-56页
        5.1.2 流量特性选择第56-57页
        5.1.3 调节阀口径选择第57-59页
        5.1.4 阀门材质选择第59-60页
    5.2 流量计选型第60-63页
        5.2.1 流量计形式选择第60-62页
        5.2.2 流量计口径选择第62-63页
        5.2.3 温度补偿及零点漂移第63页
    5.3 本章小结第63-64页
第6章 总结与展望第64-66页
    6.1 本文主要工作总结第64-65页
    6.2 进一步的研究与展望第65-66页
参考文献第66-70页
致谢第70-71页
攻读硕士期间发表的学术论文第71页
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