精馏过程是流程工业里面最重要的单元操作之一,同时也消耗了大量的能源。为了提高精馏过程能源利用的效率,人们提出了热耦合、热集成、热泵等节能措施。热泵精馏过程回收塔顶蒸汽的热量,通过压缩机压缩提高能量的品位,用于加热塔釜物料,从而节省了塔釜加热蒸汽,达到提高能源利用效率的效果。精馏过程本身就是一个比较复杂的多变量耦合过程,加入热泵后耦合更加严重,不稳定性增强,控制的难度变大。此外,精馏过程加入热泵以后,系统变得的复杂,操纵变量变多。在这种情况下,为过程确定合适的控制结构和工作条件从而达到操作优化,依靠启发式的方式进行选择已经变得比较困难。本文在热泵精馏模型化的基础上,分析了塔顶蒸汽压缩型热泵精馏过程的特性,并研究了过程控制与优化的一些问题。本文的主要内容可以概括如下: 1.综述了精馏过程节能的方法和原理,重点阐述了热泵精馏过程节能的原理以及热泵精馏过程的各种结构。阐述了复杂多变量工业对象控制结构设计的问题。回顾和分析了热泵精馏过程设计、控制和优化方面已有的研究工作。 2.对塔顶蒸汽压缩型热泵精馏过程,建立了严格的动态机理模型,并在MATLAB上实现了仿真求解,分析了系统工作点随操作条件变化的偏移情况。 3.通过与传统精馏过程的比较,研究热泵精馏过程与传统精馏过程在系统稳定性,抗干扰性等方面的差异。 4.在动态机理模型的基础上,应用自优化控制的思想,为热泵精馏过程选择了合适的被控变量,进而确定了相应的控制结构和操作条件,在此基础上,考虑控制系统的动态性能以扩展自优化控制的内容。 最后,总结了全文的工作,并对热泵精馏过程的建模、模型计算以及复杂多变量工业过程的控制结构选择问题提出了看法。