【文章內容簡介】 ............................ 27 第一節(jié) 系統(tǒng)仿真技術的概述 ................................................................................................ 27 第二節(jié) MATALAB 簡介 ........................................................................................................ 27 第三節(jié) SIMULINK 的簡介 .................................................................................................... 28 第四節(jié) 使用 MATLAB 對實驗結果進行仿真 ...................................................................... 29 結 論 ............................................................................................................................................ 34 致 謝 ............................................................................................................................................ 35 參考文獻 ........................................................................................................................................ 36 附 錄 ............................................................................................................................................ 38 一、英文原文 ............................................................................................................................ 38 二、英文翻譯 ............................................................................................................................ 41 重慶郵電大學移通學院本科 畢業(yè)設計（論文） 1 前 言 現(xiàn)代工業(yè)高速運轉 ， 塔設備的也不斷出現(xiàn)和更新?lián)Q代，過去的許多塔設備在控制方面達不到要求而被淘汰。在對塔設備控制中，溫度是一個最重要的過程變量，可以說是精餾塔生產的命脈所在?？墒?，用尋常的溫度控制的方法，受潛力所限，已經不能滿足現(xiàn)代工業(yè)生產的高性能需求。人們開始用串級控制對溫度進行控制，不僅具有控制簡單、方便、靈活性大等優(yōu)點，且可以大幅度提高被測量溫度的要求指標，從而能夠大大提高產品的 數(shù)量和質量，使得企業(yè)不被高速發(fā)展的工業(yè)時代所淘汰。 70 年代以來，在工業(yè)生產過程的推動下 ， 隨著電子技術領域飛速發(fā)展，以及自動控制理論和設計方法不斷成熟的背景推動下，精餾塔對的溫度控制正在逐漸趨于成熟化發(fā)展，且在智能化方面也取得了一定的成果。在此領域中日 本， 美國等國家的技術處于領先位置，他們已經率先生產出了一些高精度且產品質量很好的溫度控制產品 ， 已經被廣泛的運用到了人們的日常生活中了。串級溫度控制系統(tǒng)的誕生，為現(xiàn)代工業(yè)注入了新鮮的血液。 對此，選擇精餾塔溫度控制系統(tǒng)仿真設計作為設計題目，有著實在的意義。與石油 化工、食品生產、日常生活以及對環(huán)境保護都有著密切的關系。精餾塔溫度控制采用一種高精度的、能耗小且簡便的溫度控制系統(tǒng)將會給工業(yè)生產和環(huán)境保護帶來巨大的價值。經過這次設計能使本人對精餾塔溫度控制系統(tǒng)有初步的了解，為將來工作奠定一定的基礎。近幾年，國內外都對精餾塔溫度控制系統(tǒng)進行了大量的研究，在各國都對精餾塔溫度控制方面投入了大量研究的經費。精餾塔溫度控制已經被列為未來對精餾塔控制領域的幾大研究方向之一 ， 具有廣闊的市場前景。 重慶郵電大學移通學院本科 畢業(yè)設計（論文） 2 第一章 緒 論 第一節(jié) 課題研究的背景和意義 精餾 是一種利用回流使液體混合物得到高純度分離的蒸餾方法，是工業(yè)生產中運用的最廣的液體混合物分離的方法，主要用于石油、化工、輕丁、食品、冶金等部門。精餾按照操作方法的不同進行分類。根據(jù)操作方法，可分為連續(xù)精餾和間歇精餾這兩種 。根據(jù)混合物的組分數(shù)，可分為二元精餾和多元精餾 ； 根據(jù)是否在混合物中加入影響汽液平衡的添加劑，可分為普通精餾和特殊精餾 （ 包括萃取精餾、恒沸精餾和加精餾 ） 根據(jù)塔內氣液接觸部件的結構型式，可將塔設備分為兩大類 ： 板式塔和填料塔板式塔 ， 塔內沿塔高裝有若干層塔板，相鄰兩板有一定的間隔距離。塔內氣、液兩相在 塔板上互相接觸，進行傳熱和傳質，屬于逐級接觸式塔設備。填料塔 ： 塔內裝有填料，氣液兩相在被潤濕的填料表面進行傳熱和傳質，屬于連續(xù)接觸式塔設備。若精餾過程伴有化學反應，則稱為反應精餾。原理雙組分混合液的分離是最簡單的精餾操作。典型的精餾設備是連續(xù)精餾裝置，包括精餾塔、再沸器、冷凝器等。精餾塔供汽液兩相接觸進行相際傳質，位于塔頂?shù)睦淠魇拐魵獾玫讲糠掷淠?，部分凝液作為回流液返回塔頂，其余餾出液是塔頂產品。位于塔底的再沸器使液體部分汽化，蒸氣沿塔上升，余下的液體作為塔底產品。進料加在塔的中部進料中的液體和上塔段來的 液體一起沿塔下降進料中的蒸氣和下塔段來的蒸氣一起沿塔上升，在整個精餾塔中，汽液兩相逆流接觸，進行相際傳質。液相中的易揮發(fā)組分進入汽相，汽相中的難揮發(fā)組分轉入液相。對不形成恒沸物的物系，只要設計和操作得當，餾出液將是高純度的易揮發(fā)組分，塔底產物將是高純度的難揮發(fā)組分。進料口以上的塔段，把上升蒸氣中易揮發(fā)組分進一步提濃，稱為精餾段；進料口以下的塔段，從下降液體中提取易揮發(fā)組分，稱為提餾段。兩段操作的結合，使液體混合物中的兩個組分較完全地分離，生產出所需純度的兩種產品。當使 n 組分混合液較完全地分離而取得 n 個高純度 單組分產品時，需要有n1 個塔。 因為對回流技術的運用使液體混合物精餾更加完全，得到質量更高的產品。塔底高濃度且難揮發(fā)的蒸汽和塔頂高濃度易揮發(fā)的液體可以通過回流的方式返回到蒸餾塔中。這樣在塔的兩端就可以分別得到十分純凈的單組分產品，因為逆流接觸的氣液兩相形成了汽液回流。回流比是塔頂回流入塔的液體量與塔頂產品量的比值 [16]。精餾操作一個非常重要的重慶郵電大學移通學院本科 畢業(yè)設計（論文） 3 控制參數(shù)就包含的有回流比，因為回流比變化直接的影響了精餾操作的分離效果和精餾塔的能耗。精餾操作包含了幾個重要的指標它們分別是： ① 產品的純度。在板式塔中的塔板數(shù)或者是 填充塔填料層的高度，還有就是料液加入的位子和回流比等，對產品的純度都有一定的影響。精餾塔精餾操作中用來控制產品質量最主要的方法之一就是對回流比的調節(jié)。② 組分回收率。它的定義為產品中組分的含有量與液料中的組分含量的比值 [15]。 ③ 操作的總費用。它包含了冷凝器的冷卻費用、再沸器的加熱費用以及設備的維修費，因為生產過程中回流比是不確定的，這導致了前面兩相的費用也會隨之變動。除此之外，即使是使用相同的加熱量和冷卻量，加熱和冷卻的費用都是不一樣的，它們的費用隨著沸騰溫度和冷凝溫度的變化二變化，特別值得注意的是當不使用 水蒸汽作為加熱劑或者不能使用空氣或者冷卻水為冷卻劑的時候，這兩項花費的錢會變得非常的多。如果選擇操作的壓力適當時，有可能避免使用高溫加熱劑或者低溫冷卻劑（或冷卻劑），但是增加了加壓或抽真空的操作費用。 加熱回流裝置主要應用在冷凝回流，在有機制備中用得較為廣泛，如有機物的提純、蒸餾、以及水與可溶雜質的分離（制各蒸餾水）等等。其原理是利用它們的沸點不同可以使液態(tài)物質分離，而且，在制備有機物的過程中，可以減少易揮發(fā)反應物質的損 失，從而提高產率。歐美對回流方面的控制技術是遠遠領先與我們國家 ，“ 點位控制 ” 和尋常的 PID控制是我國現(xiàn)階段應用比較多的產品，但是 “ 點位控制 ” 和 尋 常 的 PID 控制只適合一些尋常性質系統(tǒng)過程的控制，但是對于復雜 、 滯后以及時變過程系統(tǒng)的控制達到要求都很困難。然而，對于智能化、自適應控制方面等高要求控制技術還是達不到標準。在國外對于儀表控制參數(shù)的自整定技術成熟產品已經很多了，但是由于其技術的保密性，以及我國開發(fā)的滯后性，因此我國還沒有開發(fā)出性能比較穩(wěn)定的軟件。因此，智能化、人性化以及高精度的過程控制系統(tǒng)是國內外發(fā)展的方向。 在金屬冶煉、食品等領域回流控制技術有著非常廣的應用。如工作繁瑣、運行慣性大、不 確定的參數(shù)以及控制滯后等都是回流控制特點。因此，這也導致在選擇控制調節(jié)器時要求非?？量?。如今，在我們國家石油化工企業(yè)存在著很多問題，比如控制精度不夠高、塔頂溫度控制偏差大，在工藝方面也達不到標準，導致了設備的運行成本費變高、資源浪費以及產品的質量達不到要求，影響了企業(yè)的生產量，降低企業(yè)的收益。 在電力、化工、機械制造、冶金以及食品加工等領域中溫度是一個非常常見的一個控制指標之一。因為人們需要對各類反應爐、熱處理爐、加熱爐以及鍋爐的爐溫進行檢測以及控制。但是由于工況復雜、運行慣性大、參數(shù)多變、控制滯后等特點， 導致對控制調節(jié)重慶郵電大學移通學院本科 畢業(yè)設計（論文） 4 器的要求也極為苛刻。如今在計算機飛速發(fā)展和自動化控制系統(tǒng)發(fā)展的推動下， PID 控制已經成為運用最多的調節(jié)控制規(guī)律。溫度控制系的發(fā)展已經可以用迅猛來形容了，并且在智能化、參數(shù)自整定等方面面已經有了很好的成績。溫度控制系統(tǒng)擁有很多特點 ： ① 適應受控系統(tǒng)過程復雜、參數(shù)時變的控制系統(tǒng)； ② 自適應、智能化、參數(shù)自整定等力一面取得了卓越的成績； ③ 適應大滯后、大慣性等復雜的過程控制系統(tǒng)； ④ 計算機 軟件技術方面的應用，對，對控制參數(shù)和特性進行自動整定。它能夠根據(jù)歷史記錄和控制對象的變化，自動調整相關參數(shù)，達到了控制效果的最優(yōu)化； ⑤ 控制系統(tǒng)多數(shù)采用自校正控制、自適應控制、模糊控制、人工智能等技術； ⑥ 控制系統(tǒng)既有控制精度高、魯棒性好、抗干擾能力強的特點?，F(xiàn)如今控制系統(tǒng)正向著小型化、智能化以及高精度等領域飛速的發(fā)展。 如今，國際上許多企業(yè)對溫度控制器進行了更加深入、廣泛的研究，尤其是在現(xiàn)代計算機技術得到飛速發(fā)展的前提下，而且對溫度控制器的研究已經取 得了十分滿意的成果，如智能化 PID、自適應控制、模糊控制，使其達到了性能優(yōu)越、控制效果好，已經在各種溫度控制系統(tǒng)和石油化工部門等相關設備的拉術改造中推廣了。 第二節(jié) 精餾塔控制的現(xiàn)狀 一、 精餾塔國內發(fā)展現(xiàn)狀 一個國家在工業(yè)發(fā)面的水平和國防方面的實力與這個國家的化工生產方面水平是積極相關的。在化工產業(yè)里面精餾塔有著舉足輕重的作用，而我國精餾塔等設備的改造技術有很多性能和質量很好的新型板式塔已經成功的運用，比如由錦西煉油化工總廠分別與石油大學和華東理工大學一起研發(fā)的 SUPERRRV1浮閥塔板裝備與浮閥 塔 板裝備的精餾塔 ， 都是在原來已經成熟技術上進行了更加深入的研究成果。但是根據(jù)中國的實際情況，與歐美的發(fā)達國家相比我國的塔設備的建造發(fā)展起步比較晚、質量也達不到標準、技術也比較落后，因此我們要加快發(fā)展步伐，盡快趕上歐美等發(fā)達國家。 二、 國外精餾塔及其技術的發(fā)展現(xiàn)狀 因為國外的精餾塔及其技術起步早于我國，所以在技術方面領先與我國，國外的技術成熟。近些年在國外出現(xiàn)了一批新型的板式塔，比如美國聯(lián)合碳化物公司林德子公司主打的林德篩板和日本三井造船公司的垂直篩板， STONEWEBSTER改善研發(fā)的波紋篩板，和重慶郵電大學移通學院本科 畢業(yè)設計（論文） 5 瑞士 KUHN1公司的 SLIT篩板以及 NUTTER工程公司的專利產品 V型柵板等。板設備作為重要的傳熱和傳質設備之一，板設備在各種分離過程中利用的比較多，對分離過程有著舉足輕重的作用。板式塔技術的發(fā)展方向是研發(fā)新型的塔內件，所以研發(fā)新型的傳質設備勢在必行。新型的傳質設備必須具備傳質效率高、壓降小以及通量大等特點。國外出現(xiàn)的分隔壁精餾塔（簡稱 DWC）是一種全熱耦合的蒸餾塔，它具有能耗低，投資少的優(yōu)點。早在 1933年， Luster因裂解氣分離提出了 DWC的概念，并且申請了專利。最簡單的隔板是在普通的精餾塔中放入一塊隔板， 這就相當于擁有了兩個精餾塔，所以這樣在最大的程度上利用了能量，減少了能量。研究員提出當代工業(yè)產業(yè)的發(fā)展除了依靠傳統(tǒng)化的工業(yè)技術外，還需要依靠計算機技術尋找一個給予理論的工業(yè)設計和開發(fā)創(chuàng)新的