基于溫度波特性的內(nèi)部熱耦合精餾在線觀測(cè)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于精餾節(jié)能過(guò)程中的動(dòng)態(tài)建模領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種基于溫度波特 性的內(nèi)部熱耦合精餾在線觀測(cè)器。
【背景技術(shù)】
[0002] 精餾過(guò)程能耗占國(guó)民經(jīng)濟(jì)總能耗的20%，占石油化工行業(yè)的67%，是石油、化工、 冶金、煤化等行業(yè)廣泛使用的單元操作，與我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的諸多支柱產(chǎn)業(yè)息息相關(guān)。然而， 精餾過(guò)程能源利用率極低，僅為5% -10%，嚴(yán)重制約了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。
[0003]內(nèi)部熱耦合精餾技術(shù)充分利用精餾段與提餾段之間的熱交換，比常規(guī)精餾節(jié)能 30%以上。然而，內(nèi)部熱耦合精餾過(guò)程的熱耦合導(dǎo)致該過(guò)程具有顯著的非線性動(dòng)態(tài)特性， 使得目前應(yīng)用廣泛的基于線性化辨識(shí)模型或者數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型的觀測(cè)器，難以準(zhǔn)確的描述該 過(guò)程的復(fù)雜動(dòng)態(tài)特性，往往滿足不了實(shí)際生產(chǎn)對(duì)預(yù)測(cè)精度的需求，使得內(nèi)部熱耦合精餾過(guò) 程的生產(chǎn)控制成為國(guó)際上的一個(gè)難點(diǎn)。因此，基于高效、準(zhǔn)確的非線性建模方法的觀測(cè)器設(shè) 計(jì)，是實(shí)現(xiàn)該過(guò)程產(chǎn)品濃度準(zhǔn)確預(yù)測(cè)的前提，也是提高內(nèi)部熱耦合精餾過(guò)程的產(chǎn)品品質(zhì)的 保障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有內(nèi)部熱耦合精餾觀測(cè)器存在的測(cè)量精度不高、在線運(yùn)行效率低 下、對(duì)噪聲敏感度高等上述不足，提供了一種基于溫度波特性的內(nèi)部熱耦合精餾在線觀測(cè) 器，該觀測(cè)器能夠?qū)崿F(xiàn)在線測(cè)量和實(shí)時(shí)誤差校正，具有觀測(cè)精度高、運(yùn)行速度快、抗噪聲能 力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于溫度波特性的內(nèi)部熱耦合精餾在線觀測(cè)器，包括 內(nèi)部熱耦合精餾塔、智能儀表、控制站、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置、上位機(jī)觀測(cè)器及上位機(jī)顯示界面，所 述智能儀表與所述內(nèi)部熱耦合精餾塔連接，用于進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；所述控制站與所述內(nèi)部熱 耦合精餾塔連接，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)部熱耦合精餾塔的控制；所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置與所述智能儀 表和所述控制站連接，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；所述上位機(jī)觀測(cè)器與所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置連接，用 于實(shí)現(xiàn)在線觀測(cè)并預(yù)測(cè)未來(lái)時(shí)刻內(nèi)部熱耦合精餾塔的狀態(tài)，所述上位機(jī)顯示界面與所述上 位機(jī)觀測(cè)器連接，用于顯示內(nèi)部熱耦合精餾塔的狀態(tài)；所述上位機(jī)觀測(cè)器包括用于觀測(cè)濃 度及濃度梯度的濃度梯度描述模塊、用于觀測(cè)溫度梯度的溫度梯度描述模塊、用于觀測(cè)溫 度波靜態(tài)的溫度波靜態(tài)描述模塊、用于觀測(cè)溫度波動(dòng)態(tài)的溫度波動(dòng)態(tài)描述模塊、用于觀測(cè) 計(jì)算誤差的誤差計(jì)算模塊及用于觀測(cè)未來(lái)時(shí)刻狀態(tài)的未來(lái)時(shí)刻狀態(tài)預(yù)測(cè)模塊；其中，
[0006] ( -）所述濃度梯度描述模塊觀測(cè)濃度及濃度梯度的步驟為：通過(guò)智能儀表中的 溫度檢測(cè)元件、壓力檢測(cè)元件、流量檢測(cè)元件采集相應(yīng)的溫度、壓力、流量參數(shù)，傳輸至數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)裝置，再由數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置傳輸至所述濃度梯度描述模塊，通過(guò)所述濃度梯度描述模塊 確定出濃度及濃度梯度，所述濃度梯度描述模塊包括各塔板的濃度觀測(cè)和各塔板的濃度梯 度觀測(cè)兩部分；
[0008]
[0007] 1)各塔板的濃度觀測(cè)，根據(jù)公式（1)、⑵獲得各塔板當(dāng)前時(shí)刻的濃度值，并將結(jié) 果傳輸至數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置及上位機(jī)顯示界面，公式（1)、（2)的表達(dá)式如下：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于溫度波特性的內(nèi)部熱耦合精餾在線觀測(cè)器，其特征在于：包括內(nèi)部熱耦合 精餾塔、智能儀表、控制站、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置、上位機(jī)觀測(cè)器及上位機(jī)顯示界面，所述智能儀表 與所述內(nèi)部熱耦合精餾塔連接，用于進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；所述控制站與所述內(nèi)部熱耦合精餾塔 連接，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)部熱耦合精餾塔的控制；所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置與所述智能儀表和所述控 制站連接，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；所述上位機(jī)觀測(cè)器與所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置連接，用于實(shí)現(xiàn)在線 觀測(cè)并預(yù)測(cè)未來(lái)時(shí)刻內(nèi)部熱耦合精餾塔的狀態(tài)，所述上位機(jī)顯示界面與所述上位機(jī)觀測(cè)器 連接，用于顯示內(nèi)部熱耦合精餾塔的狀態(tài)；所述上位機(jī)觀測(cè)器包括用于觀測(cè)濃度及濃度梯 度的濃度梯度描述模塊、用于觀測(cè)溫度梯度的溫度梯度描述模塊、用于觀測(cè)溫度波靜態(tài)的 溫度波靜態(tài)描述模塊、用于觀測(cè)溫度波動(dòng)態(tài)的溫度波動(dòng)態(tài)描述模塊、用于觀測(cè)計(jì)算誤差的 誤差計(jì)算模塊及用于觀測(cè)未來(lái)時(shí)刻狀態(tài)的未來(lái)時(shí)刻狀態(tài)預(yù)測(cè)模塊；其中， (一）所述濃度梯度描述模塊觀測(cè)濃度及濃度梯度的步驟為：通過(guò)智能儀表中的溫度 檢測(cè)元件、壓力檢測(cè)元件、流量檢測(cè)元件采集相應(yīng)的溫度、壓力、流量參數(shù)，傳輸至數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 裝置，再由數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置傳輸至所述濃度梯度描述模塊，通過(guò)所述濃度梯度描述模塊確定 出濃度及濃度梯度，所述濃度梯度描述模塊包括各塔板的濃度觀測(cè)和各塔板的濃度梯度觀 測(cè)兩部分； 1) 各塔板的濃度觀測(cè)，根據(jù)公式（1)、⑵獲得各塔板當(dāng)前時(shí)刻的濃度值，并將結(jié)果傳 輸至數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置及上位機(jī)顯示界面，公式（1)、（2)的表達(dá)式如下：
式中，k為當(dāng)前采樣時(shí)亥I」，已(k)為k采樣時(shí)刻的精餾段壓強(qiáng)、Ps(k)為k采樣 時(shí)刻的提餾段壓強(qiáng)，Kk)為k采樣時(shí)刻第i塊塔板的溫度，i表示塔板編號(hào)（i= 1，2,. . .，f，f+1，. . .，n，其中，1為塔頂編號(hào)，f為進(jìn)料板編號(hào)，n為塔底編號(hào)），Pjk)、Ps(k) 及凡〇〇由智能儀表測(cè)得，a為相對(duì)揮發(fā)度，a、b、c為安東尼常數(shù)，Xjk)為k采樣時(shí)刻第 i塊板塔的液相輕組分的濃度測(cè)量值； 2) 各塔板的濃度梯度觀測(cè)，根據(jù)公式（3)、（4)、（5)、（6)獲得各塔板當(dāng)前時(shí)刻的濃度梯 度值，并將結(jié)果傳輸至溫度梯度描述模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置及上位機(jī)顯示界面，公式（3)、（4)、 (5)、（6)的表達(dá)式如下：
(6) 式中，H為持液量，Vi(k)為k采樣時(shí)刻第i塊板塔的氣相流率，Q(k)為k采樣時(shí)刻第i塊板塔的液相流率，Xjk)為k采樣時(shí)刻第i塊板塔的液相輕組分的濃度測(cè)量值，Yi(k)為 k采樣時(shí)刻第i塊板塔的氣相輕組分濃度，^^為k采樣時(shí)刻第i塊板塔的液相輕組分 dt 的濃度梯度值，i表示塔板編號(hào)（i= 1，2,. . .，f，f+1，. . .，n，1為塔頂編號(hào)，f為進(jìn)料板編 號(hào)，n為塔底編號(hào)），F(xiàn)(k)為k采樣時(shí)刻的進(jìn)料流量，Zf (k)為k采樣時(shí)刻的進(jìn)料組分；所述 Yjk)由公式（7)得到，公式（7)的表達(dá)式如下： Yi(k) =aXi(k)/[(a-l)Xi(k)+l]i= 1, 2, . . . ,f,f+1, . . . ,n (7) 式中，a為相對(duì)揮發(fā)度，Xjk)為k采樣時(shí)刻第i塊板塔的液相輕組分的濃度測(cè)量值； (二） 所述溫度梯度描述模塊觀測(cè)溫度梯度的步驟為：通過(guò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置提取智能儀 表中的溫度檢測(cè)元件、壓力檢測(cè)元件收集的溫度、壓力參數(shù)，以及所述濃度梯度描述模塊得 到的濃度梯度信息，通過(guò)所述溫度梯度描述模塊確定溫度梯度，所述溫度梯度描述模塊根 據(jù)公式（8)、（9)獲得溫度梯度，公式（8)、（9)的表達(dá)式如下：
式中，^^為k采樣時(shí)刻第i塊板塔的液相輕組分的濃度梯度值，a為相對(duì)揮發(fā)度，at a、b、c為安東尼常數(shù)，(k)為k采樣時(shí)刻第i塊塔板的溫度，已(k)為k采樣時(shí)刻的精餾 段壓強(qiáng)、Ps(k)為k采樣時(shí)刻的提餾段壓強(qiáng)，i表示塔板編號(hào)（i= 1，2,. . .，f，f+1，. . .，n，1 為塔頂編號(hào)，f?為進(jìn)料板編號(hào)，n為塔底編號(hào)為k采樣時(shí)刻第i塊板塔的溫度梯度 at 值； (三）