文档介绍：碳化塔的优化控制系统的设计与应用
曾莹程良伦朱燕飞
(广东工业大学自动化学院, 广东广州 510090)
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摘要:本文应用控制技术以及工程建模技术,结合南方制碱厂碳化工艺的生产特点,设计以提高碳化塔的操作平稳性和转化率为主要目标的效能优化控制系统。
关键词:纯碱碳化建模优化控制
Designing and Application of Soda Tower’s Optimization and Control System
Ying Zeng, Liang-lun Cheng, Yan-fei Zhu
(Faculty of Automation, Guangdong University of Technology, Guangdong, Guangzhou, 510090)
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Abstract: Based on the control technology and modeling technology, the paper design an optimization and control system which aims to improve the stabilization of soda tower’s operation and the rate of transformation.
Keywords: Soda Carbonization, Modeling, Optimization Control
1 引言
纯碱(Na2CO3)是一种重要的基本化工原料,也是一种具有多年生产和使用历史的传统化工产品,它广泛地应用于化工、医药、玻璃、冶金以及造纸等诸多行业中,每年的需求量很大,在国民经济建设中占有重要的基础地位,纯碱工业的发展好坏直接关系到的提高。
碳化工艺是制碱工艺的关键工艺,机理较为复杂。碳化塔是整个纯碱生产的核心单元,既有化学反应、传热、传质、结晶等多种过程,又有气、液、固三相物质的存在,并且每塔又分为清洗和制碱两种状态,是既有连续,又有间歇的复杂生产过程。其各项操作指标完成的好坏直接关系到产品产量和质量,从而影响产品的成本和经济效益。到现在为止,国内各碱厂碳化过程虽然大多已经采用计算机控制系统,如DCS和PLC等,但仍然停留在仅有少量的控制点采用单回路手动控制的基础上,如广州南方制碱厂的DCS系统所采用的PID控制点虽然有自动控制,但并未考虑各个控制量间的相互耦合性,且生产过程波动频繁,人工干预频繁,工人劳动强度大并且控制品质也比较差。因此,碳化过程实现控制与优化对整个纯碱工业具有重要的意义。
在碳化塔内,从碳化塔上部的气流两相反应,即二氧化碳的吸收和氨的解吸,到碳化塔中下部碳酸氢钠的生成,以及碳酸氢钠结晶析出和结晶成长的过程是一个复杂的多相传质传热过程,气液固三相存着相互联系、相互制约、相互促进的复杂关系。控制碳化塔内的吸收和反应过程,直接的手段是控制碳化塔的中部温度、上部温度和出碱液的温度控制,而出碱液的温度控制,只要碳化塔下部水箱的冷却系统的冷却效果足够强,就容易做到的。因此,碳化塔的中上部温度控制的好坏,是衡量碳化过程控制品质的主要标志。
然而,要想碳化塔的中上部温度能够稳定在理想值,使碳化塔运行于最佳工