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液化煤层气装置除氧氮精馏塔稳态动态模拟及智能控制

作　者: 荣蕾
导　师: 贾林祥
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 制冷及低温工程
关键词: 精馏塔多组分物性稳态迭代模型动态模型模糊控制
分类号: TD845
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

天然气是一种优质洁净燃料,在能源、环保等方面具有其它能源无法比拟的优势,因此其发展前景非常广阔。开发利用天然气的关键技术是天然气的存储和运输,而液化天然气在这两个方面具有得天独厚的优势,因此天然气液化技术成了当前的一个研究热点。天然气的主要来源之一是煤层气,利用天然气的小型液化技术将煤层气液化并贮运是一种极有前景的煤层气开发形式,在煤矿安全方面也具有特殊意义。本文以小型液化煤层气项目为课题背景,以冷箱中除氧氮精馏塔为主要研究对象,主要完成了以下几个方面的工作:1.物性计算是流程模拟的基础,文中详细讨论了所涉及的主要物性、相平衡常数和多组分焓值的计算方法及过程,已备后续计算调用。2研究了冷箱中除氧、氮精馏塔的稳态工作模式和动态工作模式,并建立相应的数学模型,对传热传质的若干问题进行了推导并给出了数学描述。模型中的稳态部分利用C语言实现了塞尔-塞德迭代算法,求取了各平衡级温度和气液相组成。模型的动态部分,研究了精馏塔在底部液位稳衡条件下在时间域内完成分离任务的情况,利用MATLAB编程,并调用系统提供的积分计算函数进行计算,详细讨论了塔板持液量、塔釜持液量对分离用时的影响。3.精馏塔塔底液位的大小对精馏塔的正常工作有很大的影响,但是,对其进行精确的数学建模比较困难,导致基于模型的常规控制方法,难以取得较好的效果。模糊控制方法是一种新兴的智能控制方法,对于无法进行精确数学建模的控制对象,具有先天性的优势。因此,本文设计了一个模糊控制器,对精馏塔塔底液位进行控制。然后,利用MATLAB的模糊控制工具箱进行了仿真,仿真结果证明这种控制方案能够取得很好的效果。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-16
  1.1 课题背景及研究意义  9-11
    1.1.1 精馏塔  11
  1.2 国内外研究现状  11-15
    1.2.1 流程模拟软件介绍  11-14
    1.2.2 针对精馏塔的控制系统  14-15
  1.3 本文主要研究内容  15-16
第2章流程模拟分析和物性计算  16-34
  2.1 引言  16-18
    2.1.1 分离任务分析  16
    2.1.2 进料热状况分析  16
    2.1.3 塔内压力分布状况分析  16-17
    2.1.4 设备结构图  17-18
  2.2 热物性计算  18-32
    2.2.1 主要物性计算  18-20
    2.2.2 相平衡常数计算程序设计  20-23
    2.2.3 平衡常数计算结果及分析  23-29
    2.2.4 焓值的计算  29-32
  2.3 本章小结  32-34
第3章精馏塔稳态和动态性能研究  34-53
  3.1 引言  34-35
    3.1.1 主要问题的提出  34-35
  3.2 稳态数学描述  35-46
    3.2.1 数学建模  35-37
    3.2.2 简单精馏塔的迭代算法的选择  37-38
    3.2.3 应用算法建模计算  38-42
    3.2.4 计算结果及分析  42-45
    3.2.5 总体计算流程  45-46
  3.3 动态数学描述  46-52
    3.3.1 精馏塔动态数学模型的建立  46-48
    3.3.2 方程求解  48-49
    3.3.3 仿真结果及分析  49-52
  3.4 本章小结  52-53
第4章精馏塔液位的智能控制  53-63
  4.1 引言  53
  4.2 模糊控制器  53-62
    4.2.1 混合智能控制器结构  53-54
    4.2.2 控制对象建模  54-56
    4.2.3 模糊控制器设计  56-59
    4.2.4 仿真实验设计及分析  59-62
  4.3 本章小结  62-63
结论  63-64
参考文献  64-69
致谢  69

液化煤层气装置除氧氮精馏塔稳态动态模拟及智能控制

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