膜分離過程的優(yōu)化與控制方法研究

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1、大連理工大學(xué)博士學(xué)位論文摘要膜分離技術(shù)兼有分離、濃縮、純化和精制的功能，是當今循環(huán)經(jīng)濟時代最受矚目的一項高新技術(shù)；膜分離技術(shù)又具有高效、節(jié)能、環(huán)保、分子級過濾等特性，。是企業(yè)實現(xiàn)綠色制造的一個重要手段。為了充分發(fā)揮膜分離技術(shù)的先進性，給應(yīng)用膜分離技術(shù)企業(yè)帶來最大的經(jīng)濟效益，在保證膜分離裝置安全、穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)上，還需要根據(jù)不同工藝流程的最佳工藝操作條件，保證膜的分離性能，并達到最高的回收率與純度，這就為控制理論與控制工程提出了新的課題。本文以膜分離過程的優(yōu)化控制為研究對象，以理想膜分離過程為目標，分別針對氣體和液體膜分離過程的優(yōu)化和控制方法開展研究。并結(jié)合新工藝實施方案中的具體要求，完

2、成了如下主要工作：1．針對利用TBM中低壓氣體膜分離技術(shù)回收煉廠氣中氫氣的兩段流程控制中原料氣入膜溫度難以實現(xiàn)穩(wěn)定控制的問題，提出了模糊自整定PID控制方法，進而實現(xiàn)了包括水冷器出口溫度、旋風(fēng)分離器液位、原料氣入膜壓力及一段和二段滲透氣壓力和原料氣入膜溫度等多個回路的自動控制。通過在鎮(zhèn)海煉化的應(yīng)用表明，該工藝流程設(shè)計合理，控制系統(tǒng)安全可靠，并在DCS上開發(fā)了基于機理模型的氣體膜分離過程模擬系統(tǒng)，為裝景的優(yōu)化操作提供指導(dǎo)，從而為TBM膜在煉油廠的推廣應(yīng)用提供了成功示范。2．針對氣體膜分離過程重要性能參數(shù)難以在線檢測的問題，建立了基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的氣體膜分離過程MIMO軟測量模型，可以通

3、過測量操作溫度、原料氣壓力、滲透氣壓力、尾氣壓力、原料氣流量和原料氣氫濃度，對質(zhì)量指標滲透氣氫濃度和經(jīng)濟目標氫氣回收率進行定量預(yù)測。仿真結(jié)果表明，該模型避免了機理模型的復(fù)雜性，而且具有較高的精度，從而為氣體膜分離過程的先進控制APC(AdvancedProcessContr01)及優(yōu)化控制的實施奠定了建?；A(chǔ)。3．在對氣體膜分離原理及分離裝置的運行特點深入研究基礎(chǔ)上，分析比較了氣體膜分離過程中原料氣流量控制和滲透氣流量控制的各種方案，提出了通過在尾氣側(cè)安裝控制閥定量調(diào)節(jié)原料氣流量和滲透氣流量的控制原理及物料平衡的雙重控制方法；在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，采用改進遺傳算法GA(Genetic

4、Algorithm)實現(xiàn)了氫氣回收率的動態(tài)優(yōu)化控制。該方法適用于所有氣體膜分離過程中對處理氣流量和滲透氣流量的優(yōu)化控制，并成功應(yīng)用于洛陽石化從連續(xù)重整中高濃氫的提取和金陵石化從加氫裂化中高濃氫的提取過程，驗證了本文控制方法的有效性。．4．針對液體膜分離濃縮過程采用納濾隨機清洗連續(xù)排料操作方式時原料罐液位的不能有效跟蹤控制問題，提出了原料罐液位的選擇性控制及以預(yù)測函數(shù)控制PFC膜分離過程的優(yōu)化與控制方法研究(PredictiveFunctionalContr01)為監(jiān)督層、常規(guī)PID為控制層的透明控制結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了以常規(guī)PID為基礎(chǔ)控制、PFC為設(shè)定值給定的原料罐液位的跟蹤控制。通過在谷神

5、集團的大豆低聚糖濃縮過程應(yīng)用實踐表明，所提出的優(yōu)化策略穩(wěn)定了操作過程，改善了產(chǎn)品質(zhì)量，并提高了對工藝參數(shù)跟蹤控制的精度，使膜系統(tǒng)達到了廢水處理同時回收高附加值產(chǎn)品的理想效果，有利于膜技術(shù)在環(huán)境保護及特種分離領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。5．為實現(xiàn)膜分離過程的優(yōu)化控制，提出了滿足工業(yè)應(yīng)用分離目標的、經(jīng)濟性最佳的理想膜分離過程的概念；在分析膜分離過程機理特性和工藝流程特點的基礎(chǔ)上，提出了膜分離過程全集成優(yōu)化控制系統(tǒng)的總體設(shè)計思想和設(shè)計原則，確定了由基礎(chǔ)控制級、先進控制級和優(yōu)化協(xié)調(diào)級組成的三級結(jié)構(gòu)，進而為保證滲透氣氫濃度的質(zhì)量指標，并實現(xiàn)氫氣回收率的優(yōu)化目標，提出了先進控制與實時優(yōu)化的煉廠氣氫回收過程全集

6、成優(yōu)化控制系統(tǒng)完整解決方案。關(guān)鍵詞：膜分離；RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；APC(先進控制)；優(yōu)化協(xié)調(diào)；全集成大連理工大學(xué)博士學(xué)位論文StudyonOptimizationandControlMethodsforMembraneSeparationProcessAbstractMembranetechnology,ahighandnewtechnology,hasreceivedsignificantattractioninthecircularlyeconomicagesnowadaysbecauseofitsmultiplefonctionssuchasseparation,concentrat

7、ion，purificationandrefining．Besides，membranetechnologyisanimportantmeanstohelpenterprisesachievegreenmanufactureasitishighlyefficient,energy·saving,environment-伍endiyandmolecule-classfiltration．Inordertomakefulluseoftheadvan