【正文】 在論文的寫作過程中也學到了做任何事情所要有的態(tài)度和心態(tài)，首先我明白了做學問要一絲不茍，對于出現(xiàn)的任何問題和偏差都不要輕視，要通過正確的途徑去解決，在做事情的過程中要有耐心和毅力，不要一遇到困難就打退堂鼓，只要堅持下去就可以找到思路去解決問題的。因此，本模型對于精餾過程的控制系統(tǒng)分析和設(shè)計具有較高的實際應(yīng)用價值和理論指導(dǎo)。既可對連續(xù)系統(tǒng)也可對離散系統(tǒng)進行仿真,還適合于采樣保持系統(tǒng)。數(shù)學仿真是應(yīng)用數(shù)學相似原理，構(gòu)成數(shù)學模型在計算機上進行研究。而對于精餾段不存在，則二元精餾塔的模型： 二元精餾塔的模型： (49) 上式為出口流量，而本課題研究的是對出口溫度T的控制，所以上式需轉(zhuǎn)變?yōu)闇囟鹊暮瘮?shù)，由于存在，則精餾塔主對象傳遞函數(shù)可簡化為： (410) 副對象是采用典型的慣性環(huán)節(jié)，傳遞函數(shù)是 調(diào)節(jié)閥，取=1 副調(diào)節(jié)器采用比例調(diào)節(jié)（P）規(guī)律，傳遞函數(shù)為，調(diào)節(jié)閥和副測量變送器分別為。特點是把被研究過程看作一個黑匣子，完全從外部特性上進行測試并描述對象的動態(tài)特性。 (3)控制系統(tǒng)的調(diào)試和控制器參數(shù)的整定。①分析和設(shè)計實際系統(tǒng)?？梢酝ㄟ^對系統(tǒng)本身運動規(guī)律的分析，根據(jù)事物的機理來建模，也可以通過對系統(tǒng)的實驗或統(tǒng)計數(shù)據(jù)的處理,并根據(jù)關(guān)于系統(tǒng)的已有的知識和經(jīng)驗來建模。在精餾塔精餾段溫度控制系統(tǒng)中，保持回流量的恒定與塔溫發(fā)生變化能及時地調(diào)節(jié)回流閥門的開度使塔溫保持恒定是我們的最終控制目的。 （4）副被控對象 控制閥打開，進料流量增加，回流量也增加，因此，Kp20。 變量的選擇（1） 被控變量的選擇 對于二元精餾塔，當塔壓恒定時，溫度與成分之間有一一對應(yīng)的關(guān)系，因此，常用溫度作為被控變量。 串級控制系統(tǒng)的特點串級控制是在單回路PID控制的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種控制技術(shù)。對于一個二元組分精餾塔來說，在一定的壓力下，沸點和產(chǎn)品的成分有單值的對應(yīng)關(guān)系，因此，只要塔壓恒定，塔板的溫度就反應(yīng)了成分。眾所周知，采出量只有隨進料量變化時，才能保持塔內(nèi)固定的回流比，維持塔的正常操作，否則將會破壞塔內(nèi)的氣液平衡?？偟膩碇v，進料溫度降低，將增加塔底蒸發(fā)釜的熱負荷，減少塔頂冷凝器的冷負荷；進料溫度升高，則增加塔頂冷凝器的冷負荷，減少塔底蒸發(fā)釜的熱負荷。進料流量影響物料平衡，也影響能量平衡。精餾操作過程的影響因素有以下幾方面：；；；；；；，防止對塔頂產(chǎn)品的數(shù)量和組成的影響。 精餾過程是一個復(fù)雜的傳質(zhì)傳熱過程，表現(xiàn)為：過程變量多，被控變量多，可操縱變量也多；過程動態(tài)和機理復(fù)雜，例如，非線性、時變、關(guān)聯(lián)；控制方案多樣，例如，同一被控變量可以采用不同的控制方案，控制方案的適應(yīng)面光等。對于沸點低、在常壓下為氣態(tài)的物料，則應(yīng)在加壓下進行蒸餾。在空氣中，甲苯只能不完全燃燒，火焰呈黃色。石油化工行業(yè)中的精餾裝置大多采用的事連續(xù)運行的方式。浮閥塔之所以廣泛應(yīng)用，是由于它具有下列特點。對于減壓蒸餾操作，較大的壓力降還將使系統(tǒng)無法維持必要的真空度。 （4）接管 苯甲苯精餾塔的接管是用以連接工藝管路，把苯甲苯精餾塔與相關(guān)設(shè)備連成系統(tǒng)。 在填料塔中，塔內(nèi)裝填一定段數(shù)和一定高度的填料層，液體沿填料表面呈膜狀向下流動，作為連續(xù)相的氣體自下而上流動，與液體逆流傳質(zhì)。如串級控制系統(tǒng)、補償控制系統(tǒng)、比值控制系統(tǒng)、均勻控制系統(tǒng)、分程控制系統(tǒng)、選擇性控制系統(tǒng)和解耦控制系統(tǒng)等。分離互溶液體混合物有許多種方法，精餾是在煉油、化工等眾多生產(chǎn)過程中廣泛應(yīng)用的一個傳質(zhì)過程。精餾塔是一個多輸入多輸出的多變量過程，其內(nèi)在機理復(fù)雜，動態(tài)響應(yīng)遲緩，變量之間相互關(guān)聯(lián)，不同的塔工藝結(jié)構(gòu)差別很大，而工藝對控制提出的要求又較高，所以確定精餾塔的控制方案是一個極為重要的課題[1]。但是長期以來，最常用的分類是按塔的內(nèi)件結(jié)構(gòu)分為板式塔和填料塔兩大類，還有幾種裝有機械運動構(gòu)件的塔。最常用的塔體支座是裙式支座（簡稱為“裙座”）。并且苯甲苯精餾塔應(yīng)保證能長期連續(xù)操作。浮閥塔廣泛用于精餾、吸收以及脫吸等傳質(zhì)過程中。精餾操作迫使混合物的氣、液兩相在精餾塔體中作逆向流動，在互相接觸過程中，液相中的輕組分逐漸轉(zhuǎn)入氣相，而氣相中的重組分則逐漸進入液相。苯比水密度低，但其分子質(zhì)量比水重。 苯甲苯精餾過程的操作條件 （1）操作壓力 蒸餾操作通?？稍诔骸⒓訅汉蜏p壓下進行。這些都給自動控制帶來一定的困難，同時各塔工藝結(jié)構(gòu)特點千差萬別，這需要深入分析特性，結(jié)合具體塔的特點，進行自動控制方案設(shè)計和研究。壓力限是指塔的操作壓力的限制，一般是最大操作壓力限，即塔操作壓力不能過大，否則會影響塔內(nèi)的氣液平衡，嚴重越限甚至會影響安全生產(chǎn)。 從以上分析可看出，改變操作壓力，將改變整個塔的操作情況，因此在正常操作中應(yīng)維持恒定的壓力（工藝指標），只有在塔的正常操作受到破壞時，才可根據(jù)以上的分析，在工藝指標允許的范圍內(nèi)，對塔的壓力進行適當?shù)恼{(diào)節(jié)。②改變回流比 組成變重時，加大回流比；組成變輕時，減少回流比。假如冷凝器還有過冷作用（即通常所稱的冷凝冷卻器）時，則冷劑量的減少，還會引起回流液溫度的升高。 然而，因成分分析儀表受以下三方面的制約，至今在精餾塔質(zhì)量控制上成功地直接應(yīng)用還是為數(shù)不多的： ① 分析儀表的可靠性差； ② 分析測量過程滯后大，反應(yīng)緩慢； ③ 成分分析針對不同的產(chǎn)品組分，品種上較難一一滿足。與單回路控制系統(tǒng)相比，被控量受二次干擾的影響可以減至原來的1/100~1/10。 精餾塔精餾段溫度串級系統(tǒng)的原理與結(jié)構(gòu) 單回路控制系統(tǒng)能解決工業(yè)過程自動化過程的大量參數(shù)定值控制問題。如果液位是恒定的，只需測量實際溫度，并使其與溫度設(shè)定值相比較，利用二者的偏差控制管道上的閥門就能保持溫度的恒定。又由于其非線性、強耦合、質(zhì)量參數(shù)在線檢測困難等特點，使得精餾塔的自動控制問題成為過程控制界研究的熱點[10]。建模是研究系統(tǒng)的重要手段和前提。 按數(shù)學模型結(jié)構(gòu)可分為分析的，非分析的和圖論的。因此，實際建模時，必須在模型的簡化與分析結(jié)果的準確性之間作出適當?shù)恼壑?，這是建模遵循的一條原則。 (3)簡化模型從應(yīng)用的角度上講，動態(tài)模型應(yīng)在能夠達到建模的目的，充分反映過程動態(tài)特性的情況下盡可能的簡單。可見等效被控過程的時間常數(shù)小于被控過程的時間常數(shù)，隨著的增大，時間常數(shù)減小的效果更明顯，副回路的動態(tài)響應(yīng)快的多。計算機仿真根據(jù)被研究系統(tǒng)的特征可分為倆大類：連續(xù)系統(tǒng)仿真及離散事件系統(tǒng)仿真。用戶既可直接用方塊圖來輸入仿真模型,也可用MATLAB 語言編寫M 文件來輸入。仿真的結(jié)果還可以存放到MATLAB的Workspace(工作空間) 里做事后處理。 論文的順利完成，也離不開其它各位老師、同學和朋友的關(guān)心和幫助。此次論文的完成既為大學生涯劃上了一個完美的句號，也為將來的人生之路做好了一個很好的鋪墊。?保持P、D參數(shù)為定值，改變I參數(shù)，階躍響應(yīng)曲線如下：參數(shù)：Kp1=70，Ki=，Kd=200，Kp2= I值不同的無干擾串級控制仿真曲線:系統(tǒng)的超調(diào)量δ=6％，調(diào)整時間Ts=：不同I參數(shù)值下系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線，有I調(diào)節(jié)則無余差，而且隨著Ti的減小，最大動態(tài)偏差增大，衰減率減小，振蕩頻率增大。SIMULINK為用戶提供了方框圖進行建模的圖形接口, 采用這種結(jié)構(gòu)畫模型就像你用筆和紙來畫一樣容易。 MATLAB簡介 在科學研究和工程應(yīng)用中，為了克服一般語言對大量的數(shù)學運算，尤其當涉及到矩陣運算時，編程難、調(diào)試麻煩等困難，美國MathWords公司于1967年構(gòu)思并開發(fā)了MATLAB，即矩陣實驗室，軟件包；經(jīng)過不斷更新和擴充，該公司于1984年推出了MATLAB的正式版；，并于1993年推出了其微機版，以配合當時日益流行的Microsoft Windows 一起使用。 以某石油加工企業(yè)精餾塔精餾段溫度控制系統(tǒng)為對象[18]，通過數(shù)據(jù)采集進行建模，得到主控廣義對象傳遞函數(shù)為，廣義副對象傳遞函數(shù)為：。系統(tǒng)建模實際上是一個反復(fù)推演和驗證的過程，這一過程通常必須和實驗相結(jié)合，脫離實驗的純理論建模所獲得的數(shù)學模型往往與實際相差較大。 (6)設(shè)備啟動與停車的操作方案。用數(shù)學仿真來分析和設(shè)計一個實際系統(tǒng)時，必須有一個描述系統(tǒng)特征的模型。這種抽象或模仿自然要抓住原型的本質(zhì),拋棄原型中的次要因素。第4章 控制系統(tǒng)的建模 工業(yè)過程的數(shù)學模型可分為動態(tài)數(shù)學模型和靜態(tài)（穩(wěn)態(tài)）數(shù)學模型，動態(tài)數(shù)學模型是表示輸出變量與輸入變量之間隨時間而變化的動態(tài)關(guān)系的數(shù)學描述。 （7）主控制器 為保證負反饋，應(yīng)滿足Kp1Kc1Km10，因Km10，應(yīng)選Kc10，即選用反作用控制器。誤差較小。由于主回路的存在，進入副回路的干擾影響大為減小。內(nèi)環(huán)的作用是將外部擾動的影響在內(nèi)環(huán)進行處理，而盡可能不使其波動到外環(huán)，這就加快了系統(tǒng)的快速性并提高了系統(tǒng)的品質(zhì)，因此串級控制系統(tǒng)中選擇內(nèi)環(huán)時應(yīng)考慮其響應(yīng)速度要比外環(huán)響應(yīng)速度快得多。 在強制回流的操作中，如果進料量不變，塔頂采出量突然增大，則易造成回流液槽抽空。 進料溫度的的改變，意味著進料狀態(tài)的改變，而進料狀態(tài)的改變將影響精餾段、提餾段負荷的改變，進而產(chǎn)品質(zhì)量、物料平衡都將發(fā)生改變。因此，控制策略是盡量控制上一工序的操作，從外圍著手，使進料成分能夠保持恒定，減小其變化對精餾塔操作的影響。①影響產(chǎn)品質(zhì)量和物料平衡改變操作壓力，將使每塊塔板上汽液平衡的組成發(fā)生改變。 （1）產(chǎn)品質(zhì)量控制塔頂產(chǎn)品合乎規(guī)定的純度，塔底成品維持在規(guī)定的范圍內(nèi)。有時應(yīng)用加壓蒸餾的原因，則在于提高平衡溫度后，便于利用蒸汽冷凝時的熱量，或可用較低品位的冷卻劑使蒸汽冷凝，從而減少蒸餾的能量消耗。甲苯幾乎不溶于水(0,52 g/l)，但可以和二硫化碳，酒精，乙醚以任意比例混溶，在氯仿，丙酮和大多數(shù)其他常用有機溶劑中也有很好的溶解性。部分經(jīng)加熱汽化之后又返回到精餾塔中；④精餾塔內(nèi)的上升蒸汽依次經(jīng)過全部塔板，從而使蒸汽中的易揮發(fā)組分的濃度逐漸增高，上升至塔頂?shù)恼羝诶淠髦斜焕淠蔀橐后w，經(jīng)過回流泵和回流罐之后，部分被連續(xù)引出從而成為塔頂產(chǎn)品，部分則作為塔內(nèi)冷卻液而被引回至頂部塔板上，這一過程稱為回流[2]。 （2） 操作彈性大 浮閥可在一定范圍內(nèi)自由升降以適應(yīng)氣量的變化，而氣縫速度幾乎不變，因之能在較寬的流量范圍內(nèi)保持高效率。 （5） 耐腐蝕和不易堵塞，方便操作、調(diào)節(jié)和檢修。在板式塔和填料塔中，各有不同的設(shè)置要求。裝有機械運動構(gòu)件的塔，也就是有補充能量的塔，常被用來進行萃取操作，液有用于吸收、除塵等操作的，其中以脈動塔和轉(zhuǎn)盤塔用得較多。第1章 苯甲苯精餾塔概述 苯甲苯精餾塔在化工生產(chǎn)中的作用和地位 精餾塔是化工、石油化工和煉油等生產(chǎn)中最重要的設(shè)備之一。精餾過程是由精餾裝置來實現(xiàn)的，精餾裝置一般是由精餾塔、再沸器（重沸器）、冷凝冷卻器、回流罐及回流泵等組成。蒸發(fā)出的氣相與下降液進行逆流接觸，兩相接觸中，下降液中的易揮發(fā)(低沸點)組分不斷地向氣相中轉(zhuǎn)移，氣相中的難揮發(fā)(高沸點)組分不斷地向下降液中轉(zhuǎn)移，氣相愈接近塔頂，其易揮發(fā)組分濃度愈高，而下降液愈接近塔底，其難揮發(fā)組分則愈富集，從而達到組分分離的目的。 苯甲苯精餾塔的分類及一般構(gòu)造 苯甲苯精餾塔經(jīng)過長期發(fā)展，形成了型式繁多的結(jié)構(gòu)，以滿足各方面的特殊需要。 （2）塔體支座 塔體支座是塔體安放到基礎(chǔ)上的連接部分。在較大的氣（汽）液流速下，仍不致發(fā)生大量的霧沫夾帶、攔液或液泛等破壞正常操作的現(xiàn)象。浮閥塔是在泡罩塔的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它主要的改進是取消了升氣管和泡罩，在塔板開孔上設(shè)有浮動的浮閥，浮閥可根據(jù)氣體流量上下浮動，自行調(diào)節(jié)，使氣縫速度穩(wěn)定在某一數(shù)值。本設(shè)計所選的苯甲苯精餾塔為浮閥板式塔，浮閥塔盤操作時的氣液流程和泡罩塔相似；蒸氣自閥孔上升，頂開閥片，穿過環(huán)形縫隙，以水平方向吹入液層，形成泡沫?；亓髦饕a充塔板上易揮發(fā)組分的濃度，是精餾連續(xù)定態(tài)進行的必要條件。液相混合物就從塔底一部分進入到塔底產(chǎn)品冷卻器中，一部分進入再沸器，在再沸器中被加熱到泡點溫度重新回到精餾塔。對于苯甲苯溶液，~（表壓）。所謂液泛限，也稱氣相速度限，即塔內(nèi)氣相速度過高時，霧沫夾帶十分嚴重，實際上液相將從下面塔板倒流到上面塔板，產(chǎn)生液泛，破壞正常操作。④塔壓的波動這將引起溫度和組成間對應(yīng)關(guān)系的混亂。此時，全塔溫度下降，塔壓升高。 （6）塔頂冷劑量的大小對精餾塔精餾段操作的影響對采用內(nèi)回流操作的塔，其冷劑量的大小，對精餾操作的影響比較顯著；同時也是影響回流量波動的主要因素。 （1）采用產(chǎn)品成分作為直接質(zhì)量指標 以產(chǎn)品成分的檢測信號直接用作質(zhì)量控制的被控信號，應(yīng)該說是最為理想的。作用在外環(huán)的擾動稱為一次擾動，作用在內(nèi)環(huán)的擾動稱為二次擾動[6]。 （4）能夠更精確控制操縱變量的流量。 精餾塔精餾段控制的過程分析我們的控制目的是使塔溫保持恒定，現(xiàn)選用精餾段的溫度, 與回流量來構(gòu)成串級隨動控制。副被控參數(shù)的設(shè)置是為了克服主要干擾對主參數(shù)的影響，因而可以允許在一定范圍的變化，并允許有靜差。通過建立數(shù)學模型,可以充分發(fā)揮數(shù)學科學解決實際問題的服務(wù)功能，體現(xiàn)出數(shù)學的真正意義。第三，可以作為某事物的數(shù)學語言，可以譯成算法語言，編寫程序進入計算機。 系統(tǒng)建模主要用于3個方面對于同一個實際系統(tǒng)，人們可以根據(jù)不同的用途和目的建立不同的模型。在滿足模型應(yīng)用要求的前提下，根據(jù)對建模對象的了解以及模型使用的目的，進行一些近似處理，把次要因素忽略掉。V為體積，；為流入各物料的體積流量，；為流入各物料的密度，；為流出各物料的體積流量，；為流出各物料的密度。因此，仿真就是用模型代替實際系統(tǒng)進行試驗和研究，它所遵循的基本原則是相似原理，即幾何相似,環(huán)境相似和性能相似。很明顯,這種做法使得一個很復(fù)雜系統(tǒng)的輸入變得相當容易。菜單方式對于交互工作非常方便,而命令行方式對于運行一類仿真非常有用。 論文得以完成，要