[发明专利]基于塔板温度的精馏过程全局浓度在线观测器及方法

权利要求书

1.一种基于塔板温度的精馏过程全局浓度在线观测器，其特征在于，包括：

温度测量装置，与精馏塔连接，用于测量精馏塔中的塔板温度；

局部温度测量点离线选取分析模块，与所述温度测量装置连接，用于离线分析决策局部温度测量点的数量，并根据局部温度测量点确定温度测量装置的安装位置；

所述局部温度测量点离线选取分析模块包括用于生成分析数据的浓度分布描述模块、用于将浓度数据转换为温度数据的浓度/温度转换模块、用于选择第一测量点的灵敏度矩阵分析模块以及用于选择不超过浓度分布参数数量的测量点的待选塔板相关性分析模块；

数据存储装置，与所述温度测量装置连接，用于对所述温度测量装置测量的塔板温度进行存储；

浓度在线观测器，与所述数据存储装置连接，用于通过局部温度测量信息对全局浓度进行在线观测。

2.如权利要求1所述的基于塔板温度的精馏过程全局浓度在线观测器，其特征在于，还包括上位机监测界面，与所述浓度在线观测器连接，用于实时显示与监测塔板的物料浓度信息。

3.如权利要求1或2所述的基于塔板温度的精馏过程全局浓度在线观测器，其特征在于，所述浓度分布描述模块生成分析数据的步骤为：

确定浓度分布公式中的参数初始值，浓度分布公式的表达式如下：

式中，m表示当前采样时刻，i表示塔板编号，表示m采样时刻第i块塔板的物料浓度预测值，S(m)表示m采样时刻浓度分布曲线的拐点位置，即曲线斜率绝对值最大的点，X_max(m)表示m采样时刻浓度分布曲线的最大渐进浓度，X_min(m)表示m采样时刻浓度分布曲线的最小渐进浓度，k(m)表征了m采样时刻拐点处的斜率大小，e为自然指数；S、X_max、X_min、k为浓度分布参数，其初始值表示为S(0)、X_max(0)、X_min(0)、k(0)，即0采样时刻的取值；

通过求解以下最优问题得到浓度分布参数的初始值：

式中，n表示塔板总数，表示0采样时刻第i块塔板的物料浓度预测值，X_i(0)表示0采样时刻各塔板的物料浓度初始值，通过历史数据或者查询该精馏塔的正常工作状态设计数据获得；

通过对浓度分布参数在初始值基础上进行阶跃变化，根据公式(1)计算精馏塔各塔板的物料浓度预测值发生的变化。

4.如权利要求3所述的基于塔板温度的精馏过程全局浓度在线观测器，其特征在于，所述浓度/温度转换模块将各塔板的物料浓度预测值变化转换为相应的温度预测值变化，转换公式表示为：

式中，a、b、c为安托因常数，P_c为精馏塔内的压力，α为相对挥发度，X_i表示第i块塔板的物料浓度，T_i表示第i块塔板的温度；

根据转换公式(3)将得到的浓度数据转换为相应的温度数据，进而生成各塔板温度对于浓度分布参数变化的灵敏度矩阵；灵敏度矩阵的元素计算公式如下：

式中，T_i(0)表示第i块塔板的温度初始值，表示在浓度分布参数变化的情况下第i块塔板的温度变化值，p表示浓度分布参数，即p＝[S,X_max,X_min,k],j表示参数编号，p_j(0)∈{S(0),X_max(0),X_min(0),k(0)}，表示浓度分布参数初始值，表示指定的参数阶跃变化幅度；K_ij为第i块塔板的温度对第j个浓度分布参数变化的灵敏度，K_ij越大，表示相应塔板的温度对相应参数的灵敏度越高。