[发明专利]一种内部热耦合精馏塔高纯非线性观测系统及方法

摘要

一种内部热耦合精馏塔高纯非线性观测系统，包括与内部热耦合精馏塔直接连接的现场智能仪表和DCS系统，DCS系统包括存储装置、控制站和上位机，上位机包括用以预测内部热耦合精馏塔将来时刻的组分浓度分布的观测器，观测器包括：组分推断模块，用以从智能仪表获取温度，压强数据，计算内部热耦合精馏塔各块塔板的组分浓度；组分分布函数拟合模块，用以采用组分浓度数据，拟合液相组分浓度分布函数；将来时刻内部热耦合精馏塔状态预测模块，用以根据当前组分浓度数据以及组分分布函数预测将来时刻的液相组分浓度分布。以及提供了一种内部热耦合精馏塔高纯非线性观测方法。本发明能够同时保证内部热耦合精馏塔观测结果的高效率、高精度。

主权项

1.一种内部热耦合精馏塔高纯非线性观测系统，其特征在于：所述高纯非线性观测系统包括与内部热耦合精馏塔直接连接的现场智能仪表和DCS系统，所述DCS系统包括存储装置、控制站和上位机，所述现场智能仪表与存储装置、控制站和上位机连接，所述的上位机包括用以预测内部热耦合精馏塔将来时刻的组分浓度分布的观测器，所述观测器包括：组分推断模块，用以从智能仪表获取温度，压强数据，计算内部热耦合精馏塔各块塔板的组分浓度，并将组分浓度计算结果存储在历史数据库当中，计算式为(1)(2)：Xi(k)=Pr(k)×α×10Ti(k)+cb-a-1α-1,i=1,2,······,f-1---(2)]]>Xi(k)=Ps(k)×α×10Ti(k)+cb-a-1α-1,i=f,f+1,······,n---(2)]]>其中下脚标i为塔板编号，l为塔顶编号，f为进料板编号，n为塔底编号，X_i为液相组分浓度，P_r、P_s分别为精馏段提馏段压强，T_i为塔内各块塔板的温度，α为相对挥发度，a、b、c为安东尼常数；组分分布函数拟合模块，用以采用历史数据库中组分推断模块计算出的组分浓度数据，拟合液相组分浓度分布函数，并将拟合参数存储到历史数据库当中，计算过程如式(3)(4)：X^i=Xmin,r+Xmax,r-Xmin,r1+e-kr(i-Sr),i=1,2,······,f-1---(3)]]>X^i=Xmin,r+Xmax,r-Xmin,r1+e-kr(i-Sr),i=f,f+1,······,n---(4)]]>其中为第i块塔板处液相组分浓度预估浓度，X_min，r，X_max，r，k_r，X_min，s，X_max，s，k_s为拟合参数，S_r，S_s分别为内部热耦合精馏塔精馏段、提馏段液相组分浓度分布曲线的位置；将来时刻内部热耦合精馏塔状态预测模块，用以根据当前组分浓度数据以及组分分布函数预测将来时刻的液相组分浓度分布，该模块包括以下三个步骤：1)从历史数据库中读取组分浓度测量值，计算当前时刻组分浓度分布曲线位置变化速度，并将曲线位置变化速度存储到历史数据库当中，计算过程如式(5)至式(12)：Yi(t)=αXi(t)(α-1)Xi(t)+1,i=1,2,······,n---(8)]]>Qi(k)=UA×b(1a-ln{Pr(t)/[Xi(k)+(1-Xi(k))/α]}-1a-ln{ps/[Xi+f-1(k)+(1-Xi+f-1(k))/a]})]]>i＝1，2，……，f-1(6)V_l＝F(1-q)(7)L_n＝Fq(8)Lf-1=Σi=1f-1Qi(t)λ---(9)]]>V_f＝V_l+L_f-1      (10)dS1dt(k)=Vf(k)Yf(k)-Lf-1(k)Xf-1(k)-V1(k)Y1(k)HXf-1(k)---(11)]]>dS2dt(k)=-Vf(k)Yf(k)-Ln(k)Xn(k)+Lf-1(k)Xf-1(k)+FZfH(Xf-1(k)-Xn(k))---(12)]]>其中k为当前采样时刻，X_i(k)、Y_i(k)分别为k采样时刻第i块塔板轻组分液相轻组分浓度和汽相轻组分浓度，Q_i(k)为第i块塔板之间的热耦合量，UA为传热速率，X_i+f-1(k)为k采样时刻第i+f-1块塔板液相轻组分浓度，q为进料热状况，F为进料流率，V_l，V_f分别为塔顶和进料板处的汽相流率，L_f-1，L_n分别为第f-1块塔板和塔底的液相流率，H为持液量，X_f-1(k)，X_n(k)分别为k采样时刻第f-1块塔板和塔底的液相轻组分浓度，Y_l(k)，Y_f(k)分别为k采样时刻塔顶和进料板处的汽相轻组分浓度，分别为精馏段和提馏段的轻组分浓度分布变化速率；2)从历史数据库中获取曲线位置变化速度数据，组分浓度分布函数拟合参数，采样周期并计算下一时刻波形位置以及下一时刻组分浓度分布，计算过程为式(13)(14)(15)(16)：Sr(k+1)=Sr(k)+dSrdt(k)T---(13)]]>Ss(k+1)=Ss(k)+dSsdt(k)T---(14)]]>X^i,r(k+1)=Xmin,r+Xmax,r-Xmin,r1+e-kr(i-Sr(k+1)),i=1,2,······,f-1---(15)]]>X^i,s(k+1)=Xmin,s+Xmax,s-Xmin,s1+e-ks(i-Ss(k+1)),i=f,f+1,······,n---(16)]]>其中T为采样周期，S_r(k)，S_s(k)分别为k采样时刻精馏段、提馏段液相轻组分浓度分布位置，S_r(k+1)，S_s(k+1)分别为k+1采样时刻精馏段、提馏段液相轻组分浓度分布位置，分别为k+1采样时刻精馏段、提馏段段第i块塔板液相轻组分浓度分布的预测值；3)从历史数据库中获取当前组分浓度测量值，以及预测值，修正组分浓度预测值，计算过程如式(17)(18)：ri(k)=Xi(k)-X^i(k),i=1,2,······,n---(17)]]>X~i(k+1)=X^i(k+1)-ri(k),i=1,2,······,n---(18)]]>其中r_i(k)为k采样时刻第i块塔板的预测误差，为k+1采样时刻的液相轻组分浓度预测修正值即液相轻组分浓度的观测值。