间歇精馏的样条插值模型与预测控制策略

本文主要探讨了在工业生产中，尤其是间歇精馏过程中的模拟与预测控制技术。间歇精馏是一种常见的分离工艺，常用于提炼多种化学品，但由于其操作模式的非连续性和复杂性，精确的控制策略至关重要。作者以Aspen Batch Distillation (ABD)软件中的间歇精馏仿真系统为研究平台，该系统提供了实际过程的数据基础。 首先，他们提出了一种创新的方法，即利用样条插值模型(SIM)来简化间歇精馏过程的数学描述。样条插值是一种数据拟合技术，通过构建一系列光滑的曲线来连接模拟测试数据点，这使得模型能够准确地反映在不同回流比下，馏出液浓度和流量随时间的变化趋势。这种方法的优势在于它能够捕捉到过程动态特性，即使在复杂的操作条件下也能提供相对简单的数学表达。 接着，文章引入了动态修正函数，它结合了回流比的变化，进一步优化了SIM模型。这种修正方法考虑了实际操作中回流比调整对系统性能的影响，使得模型更加真实和实用。通过这种方式，模型能够有效地预测在不同组分浓度下，回流比改变时系统的响应，这对于控制设计来说是非常关键的。 作者将这个样条插值模型作为预测模型的核心，进而提出了一种变回流比的预测控制(MPC)算法。MPC是一种先进的控制策略，它通过集成模型预测，能够在预见未来状态的基础上做出最优决策，从而实现目标值的精确控制。在本文中，MPC算法的目标是确保馏出液浓度按照预设的理想值稳定变化，这在工业生产中可以显著提高产品质量和生产效率。 最后，通过控制仿真的结果，作者验证了所提出的控制方案的有效性和实用性。结果显示，该控制策略计算简便，且能提供良好的控制性能，这表明样条插值模型与MPC相结合的方法在间歇精馏控制中有很大的潜力和应用价值。 总结来说，本文的主要贡献在于提出了一种基于样条插值模型的间歇精馏过程模拟与预测控制策略，为工业过程控制提供了新的解决方案，尤其适用于那些操作条件多变、难以精确建模的过程。这种方法有望提升过程控制的精度和灵活性，对于提高化工生产效率和产品质量具有重要意义。