【正文】 在論文的寫作過(guò)程中也學(xué)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(xué)問(wèn)要一絲不茍，對(duì)于出現(xiàn)的任何問(wèn)題和偏差都不要輕視，要通過(guò)正確的途徑去解決，在做事情的過(guò)程中要有耐心和毅力，不要一遇到困難就打退堂鼓，只要堅(jiān)持下去就可以找到思路去解決問(wèn)題的。因此，本模型對(duì)于精餾過(guò)程的控制系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和理論指導(dǎo)。既可對(duì)連續(xù)系統(tǒng)也可對(duì)離散系統(tǒng)進(jìn)行仿真,還適合于采樣保持系統(tǒng)。數(shù)學(xué)仿真是應(yīng)用數(shù)學(xué)相似原理，構(gòu)成數(shù)學(xué)模型在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行研究。而對(duì)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(duì)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(duì)象傳遞函數(shù)可簡(jiǎn)化為： (410) 副對(duì)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(cè)量變送器分別為。特點(diǎn)是把被研究過(guò)程看作一個(gè)黑匣子，完全從外部特性上進(jìn)行測(cè)試并描述對(duì)象的動(dòng)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(jì)實(shí)際系統(tǒng)?？梢酝ㄟ^(guò)對(duì)系統(tǒng)本身運(yùn)動(dòng)規(guī)律的分析，根據(jù)事物的機(jī)理來(lái)建模，也可以通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)或統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的處理,并根據(jù)關(guān)于系統(tǒng)的已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)來(lái)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(shí)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(duì)象 控制閥打開，進(jìn)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(duì)于二元精餾塔，當(dāng)塔壓恒定時(shí)，溫度與成分之間有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，因此，常用溫度作為被控變量。 串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)串級(jí)控制是在單回路PID控制的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種控制技術(shù)。對(duì)于一個(gè)二元組分精餾塔來(lái)說(shuō)，在一定的壓力下，沸點(diǎn)和產(chǎn)品的成分有單值的對(duì)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(jìn)料量變化時(shí)，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(huì)破壞塔內(nèi)的氣液平衡?？偟膩?lái)講，進(jìn)料溫度降低，將增加塔底蒸發(fā)釜的熱負(fù)荷，減少塔頂冷凝器的冷負(fù)荷；進(jìn)料溫度升高，則增加塔頂冷凝器的冷負(fù)荷，減少塔底蒸發(fā)釜的熱負(fù)荷。進(jìn)料流量影響物料平衡，也影響能量平衡。精餾操作過(guò)程的影響因素有以下幾方面：；；；；；；，防止對(duì)塔頂產(chǎn)品的數(shù)量和組成的影響。 精餾過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的傳質(zhì)傳熱過(guò)程，表現(xiàn)為：過(guò)程變量多，被控變量多，可操縱變量也多；過(guò)程動(dòng)態(tài)和機(jī)理復(fù)雜，例如，非線性、時(shí)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(duì)于沸點(diǎn)低、在常壓下為氣態(tài)的物料，則應(yīng)在加壓下進(jìn)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(yùn)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(diǎn)。對(duì)于減壓蒸餾操作，較大的壓力降還將使系統(tǒng)無(wú)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(dòng)，作為連續(xù)相的氣體自下而上流動(dòng)，與液體逆流傳質(zhì)。如串級(jí)控制系統(tǒng)、補(bǔ)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(guò)程中廣泛應(yīng)用的一個(gè)傳質(zhì)過(guò)程。精餾塔是一個(gè)多輸入多輸出的多變量過(guò)程，其內(nèi)在機(jī)理復(fù)雜，動(dòng)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(duì)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(gè)極為重要的課題[1]。但是長(zhǎng)期以來(lái)，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(jī)械運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的塔。最常用的塔體支座是裙式支座（簡(jiǎn)稱為“裙座”）。并且苯甲苯精餾塔應(yīng)保證能長(zhǎng)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(guò)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(dòng)，在互相接觸過(guò)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(jìn)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(guò)程的操作條件 （1）操作壓力 蒸餾操作通常可在常壓、加壓和減壓下進(jìn)行。這些都給自動(dòng)控制帶來(lái)一定的困難，同時(shí)各塔工藝結(jié)構(gòu)特點(diǎn)千差萬(wàn)別，這需要深入分析特性，結(jié)合具體塔的特點(diǎn)，進(jìn)行自動(dòng)控制方案設(shè)計(jì)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(guò)大，否則會(huì)影響塔內(nèi)的氣液平衡，嚴(yán)重越限甚至?xí)绊懓踩a(chǎn)。 從以上分析可看出，改變操作壓力，將改變整個(gè)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(biāo)），只有在塔的正常操作受到破壞時(shí)，才可根據(jù)以上的分析，在工藝指標(biāo)允許的范圍內(nèi)，對(duì)塔的壓力進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)。②改變回流比 組成變重時(shí)，加大回流比；組成變輕時(shí)，減少回流比。假如冷凝器還有過(guò)冷作用（即通常所稱的冷凝冷卻器）時(shí)，則冷劑量的減少，還會(huì)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(cè)量過(guò)程滯后大，反應(yīng)緩慢； ③ 成分分析針對(duì)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(lái)的1/100~1/10。 精餾塔精餾段溫度串級(jí)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(guò)程自動(dòng)化過(guò)程的大量參數(shù)定值控制問(wèn)題。如果液位是恒定的，只需測(cè)量實(shí)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(qiáng)耦合、質(zhì)量參數(shù)在線檢測(cè)困難等特點(diǎn)，使得精餾塔的自動(dòng)控制問(wèn)題成為過(guò)程控制界研究的熱點(diǎn)[10]。建模是研究系統(tǒng)的重要手段和前提。 按數(shù)學(xué)模型結(jié)構(gòu)可分為分析的，非分析的和圖論的。因此，實(shí)際建模時(shí)，必須在模型的簡(jiǎn)化與分析結(jié)果的準(zhǔn)確性之間作出適當(dāng)?shù)恼壑?，這是建模遵循的一條原則。 (3)簡(jiǎn)化模型從應(yīng)用的角度上講，動(dòng)態(tài)模型應(yīng)在能夠達(dá)到建模的目的，充分反映過(guò)程動(dòng)態(tài)特性的情況下盡可能的簡(jiǎn)單。可見(jiàn)等效被控過(guò)程的時(shí)間常數(shù)小于被控過(guò)程的時(shí)間常數(shù)，隨著的增大，時(shí)間常數(shù)減小的效果更明顯，副回路的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快的多。計(jì)算機(jī)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(lái)輸入仿真模型,也可用MATLAB 語(yǔ)言編寫M 文件來(lái)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(xué)和朋友的關(guān)心和幫助。此次論文的完成既為大學(xué)生涯劃上了一個(gè)完美的句號(hào)，也為將來(lái)的人生之路做好了一個(gè)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(wú)干擾串級(jí)控制仿真曲線:系統(tǒng)的超調(diào)量δ=6％，調(diào)整時(shí)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(wú)余差，而且隨著Ti的減小，最大動(dòng)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(jìn)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(lái)畫一樣容易。 MATLAB簡(jiǎn)介 在科學(xué)研究和工程應(yīng)用中，為了克服一般語(yǔ)言對(duì)大量的數(shù)學(xué)運(yùn)算，尤其當(dāng)涉及到矩陣運(yùn)算時(shí)，編程難、調(diào)試麻煩等困難，美國(guó)MathWords公司于1967年構(gòu)思并開發(fā)了MATLAB，即矩陣實(shí)驗(yàn)室，軟件包；經(jīng)過(guò)不斷更新和擴(kuò)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(jī)版，以配合當(dāng)時(shí)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(duì)象[18]，通過(guò)數(shù)據(jù)采集進(jìn)行建模，得到主控廣義對(duì)象傳遞函數(shù)為，廣義副對(duì)象傳遞函數(shù)為：。系統(tǒng)建模實(shí)際上是一個(gè)反復(fù)推演和驗(yàn)證的過(guò)程，這一過(guò)程通常必須和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，脫離實(shí)驗(yàn)的純理論建模所獲得的數(shù)學(xué)模型往往與實(shí)際相差較大。 (6)設(shè)備啟動(dòng)與停車的操作方案。用數(shù)學(xué)仿真來(lái)分析和設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)際系統(tǒng)時(shí)，必須有一個(gè)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(guò)程的數(shù)學(xué)模型可分為動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型和靜態(tài)（穩(wěn)態(tài)）數(shù)學(xué)模型，動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型是表示輸出變量與輸入變量之間隨時(shí)間而變化的動(dòng)態(tài)關(guān)系的數(shù)學(xué)描述。 （7）主控制器 為保證負(fù)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(jìn)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(dòng)的影響在內(nèi)環(huán)進(jìn)行處理，而盡可能不使其波動(dòng)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(jí)控制系統(tǒng)中選擇內(nèi)環(huán)時(shí)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(qiáng)制回流的操作中，如果進(jìn)料量不變，塔頂采出量突然增大，則易造成回流液槽抽空。 進(jìn)料溫度的的改變，意味著進(jìn)料狀態(tài)的改變，而進(jìn)料狀態(tài)的改變將影響精餾段、提餾段負(fù)荷的改變，進(jìn)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(jìn)料成分能夠保持恒定，減小其變化對(duì)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(shí)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(shí)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(jī)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(guò)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(guò)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(guò)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(jī)械運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的塔，也就是有補(bǔ)充能量的塔，常被用來(lái)進(jìn)行萃取操作，液有用于吸收、除塵等操作的，其中以脈動(dòng)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(guò)程是由精餾裝置來(lái)實(shí)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(jìn)行逆流接觸，兩相接觸中，下降液中的易揮發(fā)(低沸點(diǎn))組分不斷地向氣相中轉(zhuǎn)移，氣相中的難揮發(fā)(高沸點(diǎn))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(dá)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(guò)長(zhǎng)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(lái)的，它主要的改進(jìn)是取消了升氣管和泡罩，在塔板開孔上設(shè)有浮動(dòng)的浮閥，浮閥可根據(jù)氣體流量上下浮動(dòng)，自行調(diào)節(jié)，使氣縫速度穩(wěn)定在某一數(shù)值。本設(shè)計(jì)所選的苯甲苯精餾塔為浮閥板式塔，浮閥塔盤操作時(shí)的氣液流程和泡罩塔相似；蒸氣自閥孔上升，頂開閥片，穿過(guò)環(huán)形縫隙，以水平方向吹入液層，形成泡沫。回流主要補(bǔ)充塔板上易揮發(fā)組分的濃度，是精餾連續(xù)定態(tài)進(jìn)行的必要條件。液相混合物就從塔底一部分進(jìn)入到塔底產(chǎn)品冷卻器中，一部分進(jìn)入再沸器，在再沸器中被加熱到泡點(diǎn)溫度重新回到精餾塔。對(duì)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(guò)高時(shí)，霧沫夾帶十分嚴(yán)重，實(shí)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(dòng)這將引起溫度和組成間對(duì)應(yīng)關(guān)系的混亂。此時(shí)，全塔溫度下降，塔壓升高。 （6）塔頂冷劑量的大小對(duì)精餾塔精餾段操作的影響對(duì)采用內(nèi)回流操作的塔，其冷劑量的大小，對(duì)精餾操作的影響比較顯著；同時(shí)也是影響回流量波動(dòng)的主要因素。 （1）采用產(chǎn)品成分作為直接質(zhì)量指標(biāo) 以產(chǎn)品成分的檢測(cè)信號(hào)直接用作質(zhì)量控制的被控信號(hào)，應(yīng)該說(shuō)是最為理想的。作用在外環(huán)的擾動(dòng)稱為一次擾動(dòng)，作用在內(nèi)環(huán)的擾動(dòng)稱為二次擾動(dòng)[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(guò)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(lái)構(gòu)成串級(jí)隨動(dòng)控制。副被控參數(shù)的設(shè)置是為了克服主要干擾對(duì)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(guò)建立數(shù)學(xué)模型,可以充分發(fā)揮數(shù)學(xué)科學(xué)解決實(shí)際問(wèn)題的服務(wù)功能，體現(xiàn)出數(shù)學(xué)的真正意義。第三，可以作為某事物的數(shù)學(xué)語(yǔ)言，可以譯成算法語(yǔ)言，編寫程序進(jìn)入計(jì)算機(jī)。 系統(tǒng)建模主要用于3個(gè)方面對(duì)于同一個(gè)實(shí)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(duì)建模對(duì)象的了解以及模型使用的目的，進(jìn)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(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)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(gè)很復(fù)雜系統(tǒng)的輸入變得相當(dāng)容易。菜單方式對(duì)于交互工作非常方便,而命令行方式對(duì)于運(yùn)行一類仿真非常有用。 論文得以完成，要