TE模型简介.docVIP

TE模型简介 TE过程(Tennessee Eastman Process)是一个实际化工过程的仿真模拟。它是由美国Tennessee Eastman化学公司过程控制小组的J.J.Downs和E.F.Vogel[2]提出的，被广泛的应用于过程控制技术的研究。这个过程模型首先是以 FORTRAN源代码的形式提供给过程控制学界，主要描述了装置、物料和能量之间的非线性关系。 TE模型主要可以被用来进行装置控制方案的设计，多变量控制，优化，模型预测控制，非线性控制，过程故障诊断，教学等。在TE模型上进行多工况自动切换系统的研究和开发，为后续的实际生产装置的多工况自动切换系统积累了一定的开发经验。由于这是一个仿实际生产装置的数学模型，所以在开发过程中和现场开发是有明显区别的，我们不用担心方案的设计会影响到实际的生产过程，可以放心的在其上面进行方案可行性和正确性的测试。 TE生产过程主要由四种气态物料参与反应，分别为A、C、D和E，生产出两种产品G、H，并伴有一种副产品F，此外在产品的进料中含有少量的惰性气体B。整个过程主要由四种反应组成，反应方程式如下： A(g) + C(g) +D(g) → G (g) A(g) + C(g) +E(g) → H (g) A(g)+E(g) → F(liq) 3D(g) → 2F(liq) 上述反应均是放热反应，且反应是不可逆的。反应的速率是与温度相关的一个函数。生产G产品时，对温度是非常灵敏的。相对于反应物浓度而言，这个反应可以近似被看作一阶反应。 整个过程主要有五个操作单元组成：反应器、产品冷凝器、气液分离器、循环压缩机和汽提塔。气态的反应物进入到反应器中，生成液态产品气相的反应是在一种不挥发的气相催化剂的作用下进行的。反应器内置有冷凝包用来移除反应产生的热量。产品以气态的形式出来，并夹杂有一些未反应物。催化剂仍然滞留在反应器中。工艺流程图如下：从反应器出来的产品流量，首先经过一个冷凝器，冷凝之后从里面出来到气液分离器中。在气液分离器中，没有被压缩的组分通过一个离心式的压缩机被回收到反应器中的物料中；被压缩的组分到了产品的提馏段进行提馏，从而移除剩余的反应物。产品G和H从提馏段中出来，在下面的精馏段中被分离，这不包括在这个模型范畴以内。那些惰性气体和气态的副产品主要通过放空手段进行了移除。 根据产品G和H的不同的三种比率，共有六种生产状态。见下表： TE过程生产模式模 式 G/H比 率 产 品 生 产 率 1 50/50 7038kgh-1G 和7038kgh-1H 2 10/90 1048 kgh-1G 和12669 kgh-1H 3 90/10 10000 kgh-1G 和1111 kgh-1H 4 50/50 最大生产率 5 10/90 最大生产率 6 90/10 最大生产率 TE模型的控制TE过程主要有十二个操纵变量和四十一个测量变量，表为十二个操纵变量，1-3为22个过程连续变量测量值，1-4为19个色谱测量组分值。研究这个过程的首要前提就是要有一套控制方案来操作这个装置。这个过程的控制目标对于化学反应来说是非常典型的： （1）要保证过程变量值在期望范围内。 （2）在设备的限制条件下，要保证过程操作的条件。 （3）在有扰动的情况下，使得产品收率和产品质量的变化尽可能的小。 （4）要尽量减小影响其它过程的阀门开度。 （5）当产品的收率和混合产品的组成发生变化时，能迅速、平稳的从扰动中恢复过来。Downs and Vogel [6] have provided several tests that can be conducted on the plant to verify that the control designs are robust to realistic changes in the system. The tests they proposed, based on the above control objectives, are: 1. A production rate step change of -15% 2. A product mix step change from the 50/50 G/H ratio to a 40/60 G/H ratio 3. A step change in the reactor pressure from 2705 kPa to 2645 kPa 4. A step change in the B component of the purge from 13.82% to 15.82% 5. A load disturbance on the A/C feed ratio of stream 4 (I