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1、第八章工业过程设计与控制的折中与平衡本讲稿第一页，共二十页主要内容主要内容过程设计与控制的相互作用;过程设计与控制的折中方法;一个理想二元蒸馏塔的设计与控制的折中。本讲稿第二页，共二十页过程设计与控制的相互作用过程设计与控制的相互作用很久以来没有受到足够的重视,二者被隔离开来;随着耦合设计的追求，日益受到重视。本讲稿第三页，共二十页过程设计与控制的折中方法过程设计与控制的折中方法仿真分析法设计-控制-设计-.特点：(1)计算分析的工作量很大；(2)控制性能难以定量描述；(3)系统设计与控制性能的对应关系复杂。本讲稿第四页，共二十页过程设计与控制的折中方法过程设计与控制的折中方法指标法;根据动态
2、特性与可控性指标度量各个设计的控制性能。特点：(1)计算工作量较大；(2)系统设计与控制性能的对应关系复杂。本讲稿第五页，共二十页过程设计与控制的折中方法过程设计与控制的折中方法综合法;归纳为一个优化问题，例如，多目标优化，混合整数动态规划问题等。特点：(1)优化模型构建困难；(2)计算工作量很大。本讲稿第六页，共二十页例子例子:一个理想一个理想二元蒸馏塔设计与控制的折中二元蒸馏塔设计与控制的折中给定一个二元精馏塔，分离由物质A和B组成的混合物。进料流量为100mol/s,进料浓度是A:B=0.5:0.5。塔顶产品浓度为0.95(A),塔底产品浓度也为0.95(B)。操作压力是9bar。气化潜
3、热为6944cal/mol(满足衡分子流假设)。塔板稳态滞液量为1mol。冷凝器和再沸器的稳态液量分别为30mol。塔板水力学时间常数是8秒。本讲稿第七页，共二十页汽液平衡计算汽液平衡计算塔内气液平衡按下式计算：Pj=xA,jPAs+xB,jPBs(1)yi,j=xi,jPis/Pj(2)饱和蒸汽压按下式计算：LnPis=Avp,iBvp,i/Tj(3)A(Avp/Bvp)=11.6531/3862B(Avp/Bvp)=12.3463/3862本讲稿第八页，共二十页理想二元蒸馏塔的结构理想二元蒸馏塔的结构本讲稿第九页，共二十页塔板数目的折中作用塔板数目的折中作用比较三种塔板数目的稳态效果本讲稿
4、第十页，共二十页塔板数目的折中作用塔板数目的折中作用比较三种塔板数目的动态效果本讲稿第十一页，共二十页运用运用RGA研究塔板数目的折中作用研究塔板数目的折中作用本讲稿第十二页，共二十页运用最小奇异值运用最小奇异值研究塔板数目的折中作用研究塔板数目的折中作用本讲稿第十三页，共二十页运用条件数运用条件数研究塔板数目的折中作用研究塔板数目的折中作用本讲稿第十四页，共二十页运用动态运用动态RGA研究塔板数目的折中作用研究塔板数目的折中作用本讲稿第十五页，共二十页运用动态最小奇异值运用动态最小奇异值研究塔板数目的折中作用研究塔板数目的折中作用本讲稿第十六页，共二十页运用动态条件数运用动态条件数研究塔板数
5、目的折中作用研究塔板数目的折中作用本讲稿第十七页，共二十页总结总结本章概括地介绍了工业过程设计与控制的折中问题。通过一个理想二元蒸馏塔,显示了进行过程设计与控制折中的重要性。本讲稿第十八页，共二十页作业作业根据所给的二元理想蒸馏塔，研究塔径对过程设计与控制的折中作用。假定进料流量为100mol/s,进料浓度是A:B=0.5:0.5。塔顶产品浓度为0.95(A),塔底产品浓度也为0.95(B)。操作压力是9bar。气化潜热为6944cal/mol(满足衡分子流假设)。塔板稳态滞液量为1.2mol。冷凝器和再沸器的稳态液量分别为30mol。塔板水力学时间常数是10秒。注意:塔径的变化通过塔板稳态滞
6、液量来表示。本讲稿第十九页，共二十页阅读文献阅读文献1.Morari,M.;“DesignofResilientProcessingPlant-III,”Chemical Engineering Science,38,1881 1891(1983).2.Luyben,M.L.andC.A.Floudas;“Analyzingthe Interaction of Design and Control.1.AMulti-ObjectiveFrameworkandApplicationtoBinary Distillation Synthesis,”Computers&ChemicalEngineering,18,933969(1994).本讲稿第二十页，共二十页