组合神经网络在脱水干塔精馏软测量中的应用
组合神经网络在脱水干塔精馏软测量中的应用
徐林猛王时胜
(南昌大学信息工程学院，江西南昌330031)
摘要：针对PTA装置溶剂脱水干塔精馏过程中塔釡排出液含水量是衡量精馏过程的重要参数,而其在线实时测量难以实现的状况,采用组合BP神经网络方法对其进行软测量。通过对精馏生产工艺过程的分析,找到影响排出液含水量的过程参数,从现场历史数据中选取样本,建立软测量模型。仿真结果表明：新方法可以避免使用单个BP网络带来的不稳定性和不精确性，能加快全局收敛速度，对排出液含水量的软测量效果更好。
关键字：排出液含水量；组合BP神经网络；软测量
中图分类号： TP206 文献标志码：A
在工业过程中，为保证产品质量的连续平稳，需要对与产品质量密切相关的过程变量
进行实时监视和控制。然而在实际过程中存在一类变量无法或难以用传感器直接检测，只
能通过采样离线人工化验的方法得到，如分馏塔组分浓度、化学反应器的反应物浓度和产
品组分等。这些参数直接或间接地反映了生产过程的状态和产品质量，是工业生产过程中
必须加以严格监视和控制的参数。为解决这类变量的测量问题，产生了软测量技术，这是
一门有广阔发展前景的新兴工业技术。软测量技术作为一种解决不可测或难测量的产品质
量指标的估计方法，成为目前和将来过程控制研究的一个重点方向[1]。在这方面，神经网
络软测量的应用有污水水质指标的实时检测[2]，高炉铁水温度测量[3]，，精馏塔优化控制[4]。
1 软测量模型的建立
1.1 软测量简介
所谓软测量就是根据可以检测的过程变量(或辅助变量，如温度、流量、压力等)推断某些难以检测或根本无法检测的工艺参数（主导变量）。软测量技术的使用节省了在线质量分析仪的高额投资，另一方面基于软测量模型构成的实时质量反馈控制，对提高过程控制水平起着巨大的作用。建立软测量模型的方法通常有机理分析方法、对象数学模型方法、回归分析方法、人工神经网络方法、模式识别方法、模糊数学方法等。由于回归分析方法、人工神经网络能够充分逼近任意复杂非线性系统，所以回归分析方法、人工神经网络方法的软测量技术得到了广泛的应用[3]。采用建立塔低排出液含水量的软测量模型。
1.2 塔精馏软测量模型
本文以某石化公司PTA装置溶剂脱水干塔精馏过程为研究对象,其过程如图1所示。目前公司对塔釡排出液含水量采用定时离线分析的方法，每隔8小时得到一组数据，时效性差，难以保证生产过程的稳定运行和产品质量的有效控制。针对此，采用PTA装置溶剂脱水干塔精馏的组合神经网络的软测量建模。由工艺与机理分析，确定再沸蒸汽流量、塔顶
回流液量、塔顶产品采出量、不同液相位置的进料（3个）、塔底馏出物流量、塔釜温度、塔顶温度、塔段不同位置的温度（4个）、塔底馏出物温度、回流液温度、塔顶压力、塔底压力等17个因素构成模型的输入变量，以排出液含水量为辅助变量。样本数270组，其部分数据如表１和表2所示。主导变量以n1到n17表示，输出变量以u表示。
对输入变量和输出变量进行MA TLAB仿真时，先对数据进行归一化，以便对这些数据进行有效的训练。如果从提高网络精度的角度出发，一方面可以增加网络的训练样本的数目，另一方面还可以增加主导变量的维数。
2 组合BP神经网络设计
2.1 单一BP神经网络
单一BP神经网络的结构如图2所示。其主要缺点为：待寻优的参数多，收敛速度慢；目标函数存在多个极值点，按梯度下降法进行学习，很容易陷入局部极小值；难以确定隐层及隐层节点的数目。针对此，可采用加动量及自调整学习率来改进BP算法[5]，
2.2 组合神经网络
组合神经网络是用有限个神经网络对一个问题进行学习，且组合在某个输入实例下的输出是由构成组合的各个子网在该问题下的输出共同决定的。线性组合神经网络是用线性组合的方式将这些已训练过的不同网络组合起来，线性组合神经网络的输出是各个子网输出相应的加权和。组合神经网络能够显著地提高系统的泛化能力。组合神经网络模型如图3所示[5]。
图1 PTA装置溶剂脱水干塔精馏过程
Fig.1 PTA Device Solvent Dehydration Dry-bed Distillation Process
表１样本数据
Table.1Sampled data
表2 样本数据
Table.2Sampled data
为了得到性能较好的组合网络，先对不同节点数的单一神经网络进行训练，再对不同子网网络进行训练。对数据取前面200组为训练数据，后面的为测试数据。训练函数采用trainlm,它可实现快速训练。
不同节点数训练。分别对隐含层节点数为15、20、25、30、35时进行训练，观察性能并进行比较，检验不同节点数对网络性能的影响，当网络的预测误差最小时，网络中间层的神经元数目就是最佳值。不同节点数的训练误差和测试误差的比较如表3。
图2 三层BP网络图3 组合神经网络
Fig.1 Three BP network Fig.2 Combined neural network
表3 MSE比较
Table.3 MSE comparisons
由表3可知，节点数的不同对网络性能的影响甚大，节点数为30和35时，训练MSE 虽然比较小，但是测试MSE却比较大，这对预测不利，比较节点数15、20、25可知，当节点数为20时，训练MSE较小，而由训练误差曲线知训练误差可以很好的控制在±0.05范围内，测试MSE也很小，训练误差也可以很好的控制在±0.2范围内。因此，我们可以认为节点数为20时神经网络可以最优的实现预测，20个节点也为最佳节点数。
组合神经网络比单个神经网络的性能更优，可以通过比较节点数为20时的单个神经网络的MSE和误差曲线，如表4。
表4 组合与单个BP网的MSE(节点20)
Table.4 Combinations and single BP net's MSE (node 20)
通过表4可以看出组合神经网络的优点，组合神经网络控制衰弱和测试误差方面都比单个神经网络强。
以下比较不同子网数的性能，子网数取15、20、25、30、35，对节点数为20时的不同子网数网络进行训练。不同子网时的MSE如表5，子网数为25时的训练误差和测试误
差如图4。
图4 子网为25时的训练误差和测试误差
Figure.4 Training errors and the test error of the 25 subnets
表5 不同子网数的训练和测试MSE
Table.5 Different subnet's training and tests MSE
由图4和表5，可以得出以下结论，子网数的个数对组合神经网络确有很大的影响，子网不同的情况下，训练效果都很好，不过测试MSE却有很大差别，子网数为25时，测试MSE最优。
3 结论
综合以上结果分析，我们可得出：单个神经网络可以预测真实值，但出现比较大的误差，这表明很多预测结果是严重偏离真实值的，这点可以通过组合神经网络得到改善；在组合神经网络方面，通过比较不同节点数的组合神经网络，可知有的神经网络的误差可以很小，可以较好的实现预测；相同节点数，不同子网数又是另外一个方面，子网数越多或越少并不能简单的说明那个网络的性能好与差，误差大的同样说明偏离真实值严重。通过软测量估计含水量可保证各产品控制在一定范围内，可提高经济效益和社会效益。
参考文献
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[作者简介] 徐林猛(1986-)，男，硕士研究生，就读于控制理论与控制工程专业。
Application of Soft Sensor Using Neural Network to
Dehydration Dry-bed Distillation
XU Lin-meng WANG Shi-sheng
(School of Information Engineering，Nanchang University，Nanchang 330031，China) Abstract：Amount of water of discharge liquor in the process of PTA device solvent dehydration for dry-bed distillation is a measure of the important parameters. It is difficult to realize on-line and real-time detection. The soft Sensor is realized by Combined BP neural network. By anglicizing the distillation process of production, to find amount of water of discharge liquor from the impact of the process parameters, and samples are selected from field history data, and then Soft Sensor model is built. The simulation results show that: the new method can be avoided using a single network of the BP neural network which brings instability and inaccuracy, can speed up the global convergence rate. The effect of Soft Sensor on amount of water of discharge liquor is better.
Keywords：Amount of water of discharge liquor; Combined BP neural network; Soft Sensor
[整理]华东理工化工原理
第一章 流体流动 < 返回上一页> 1 ．量纲分析法的目的在于 ______ 。 A 得到各变量间的确切定量关系； B 得到各无量纲数群的确切定量关系； C 用无量纲数群代替变量，使实验与关联工作简化； D 用无量纲数群代替变量，使实验结果更可靠。 2 ．某物体的质量为 1000kg ，则其重量为 ____________ 。 A)1000N B)9810N C)9810kgf D)1000/9.81kgfB 3 ． 4 ℃ 水在 SI 制中密度为 ________ 。 4 ． 用标准孔板流量计测量管中的流量，采用如图所示三种装置，两测压孔距离 h 相等，其读数分别为 R 1 ， R 2 ， R 3 。则＿＿＿。（ d 1 ＝ d 2 ＝ d 3 ，流速相等） A)R 2 ＜ R 1 ＜ R 3 ＜ R 2 ＝ R 3 C )R 1 ＜ R 2 ＜ R 3 D)R 1 ＝ R 2 ＝ ＞ R 2 ＝ 5 ． 一敞口容器 , 底部有一进水管 ( 如图示 ) 。容器内水面保持恒定 , 管内水流动 的速度头为 0.5m 水柱 ( 流速 u= 3.132m /s) 。 水由水管进入容器 , 则 2 点的表压 p 2 =( ) 水柱。 A) 2.0m ; B) 1.5m ; C) 1.0m ; D) 0.75m 6 ．层流与湍流的本质区别是： ________ 。 A) 湍流流速 > 层流流速； B) 流道截面大的为湍流，截面小的为层流； C) 层流的雷诺数 < 湍流的雷诺数； D) 层流无径向脉动，而湍流有径向脉动。 7 ．转子流量计的主要特点是 ________ 。 A) 恒截面、恒压差； B) 变截面、变压差；C) 恒流速、恒压差； D) 变流速、恒压差。 8 ．①层流底层越薄 __________ 。 A) 近壁面速度梯度越小 B) 流动阻力越小 C) 流动阻力越大 D) 流体湍动程度越小 ②双液体Ｕ形差压计要求指示液的密度差 __________ 。 A) 大 B) 中等 C) 小 D) 越大越好 本章自测题答案：1.c ；2.b ；3.b ；4.d ；5.b ；6.d ；7.c ；8.c c
筛板精馏塔实验报告
筛板精馏塔实验报告 学院:化学化工学院 姓名： 学号： 指导老师： 实验时间：2016年6月3日
摘要本文对筛板精馏塔的性能进行测试，主要对乙醇正丙醇的精馏过程中的不同实验条件进行探讨；得出了进料流量、回流比与全塔效率的关系，确定了该筛板精馏塔的最佳操作条件。 关键词精馏；回流比；全回流；部分回流；全塔效率 Abstract the performance of the test sieve distillation column, mainly ethanol, n-propanol in the distillation process in different experimental conditions were discussed; obtained feed rate, reflux ratio with the whole tower efficiency is determined that the screen optimum operating conditions plate rectification column. Key words Distillation;Reflux ratio;Total reflux;partial reflux;The tower efficiency 前言精馏过程的节能措施一直是人们普遍关注的问题。精馏操作是化工生产中应用非常广泛的一种单元操作，也是化工原理课程的重要章节。分析运行中的精馏塔，当某一操作条件改变时的分离效果变化，属于精馏的操作型问题。这类问题取材于工程实践，是培养工程观念、提高学生解决实际问题能力的好方法，但同时也成为学习的难点。在工业生产中，充分掌握操作条件各类因素的影响，对提高产品的质量稳定生产，提高效益有重要的意义。本研究从进料流量、回流比、全回流和部分回流等操作因素对数字型筛板精馏塔进行全面考察得出一系列可靠直观的结果，加深对精馏操作中一些工程概念的理解，对工业生产有一定的指导意义。通过本实验，我们得出了大量的实验数据，由计算机绘图找出最优一组实验参数,在这组参数下进行提纯将会节约大量能源，同时为今后开出的设计型、综合型、研究型的实验项目，为学生的创新性科研项目具有重要的教改意义。 1.实验部分 1.1实验目的 1.1.1了解板式精馏塔的结构及精馏流程。
精馏塔操作和全塔效率的测定
实验四精馏塔操作和全塔效率的测定 一、实验目的 1.充分利用计算机采集和控制系统具有的快速、大容量和实时处理的特点，进行精馏过程多实验方案的设计，并进行实验验证，得出实验结论。以掌握实验研究的方法。 2.学会识别精馏塔内出现的几种操作状态，并分析这些操作状态对塔性能的影响。 3.学习精馏塔性能参数的测量方法，并掌握其影响因素。 4.测定精馏过程的动态特性，提高学生对精馏过程的认识。 二、实验内容 本实验为设计型实验，学生应在教师的协助下，独立设计出完整的实验方案，并自主实施。必须进行的实验内容为1?3，可供选做的实验内容为4?7，最少从中选做一个 1.研究开车过程中，精馏塔在全回流条件下，塔顶温度等参数随时间的变化情况。 2测定精馏塔在全回流、稳定操作条件下，塔体内温度沿塔高的分布。 3测定精馏塔在全回流和某一回流比连续精馏时，稳定操作后的全塔理论塔板数、总板效率和塔体内温度沿塔高的分布。 4在部分回流、稳定操作条件下，测定塔体内温度沿塔高的分布和塔顶浓度随回流比的变化情况。 5.在部分回流、稳定操作条件下，测定塔体内温度沿塔高的分布和塔顶浓度随进料流量的变化情况。 6.在部分回流、稳定操作条件下，测定塔体内温度沿塔高的分布和塔顶浓度随进料组成的变化情况。 7.在部分回流、稳定操作条件下，测定塔体内温度沿塔高的分布和塔顶浓度随进料热状态的变化情况。 三、实验原理 对于二元物系，如已知其汽液平衡数据，则根据精馏塔的原料液组成，进料热状况，操作回流比及塔顶馏出液组成，塔底釜液组成可以求出该塔的理论板数N T。按照式（4- 1 ） 可以得到总板效率E T，其中N P为实际塔板数。 E T二业100% N P (4-1) 部分回流时，进料热状况参数的计算式为 C pm (t BP - t F ) r m (4-2)
软测量技术及其应用
软测量技术及其应用 【摘要】随着我国经济的发展和科学水平的不断提高，工业也紧跟着发展了起来。对于工业的发展来说，软测量技术的作用是不可忽视的。所以，本文将从多个方面对软测量技术及其应用进行详细的分析和探讨。 一、前言 对于工业工程来说，一般都能采用两种方法进行测量，一种是传统的检测技术，另外一种的运用新型的间接测量。随着应用程度的普及以及计算技术的发展，人们发明出了一种新的测量技术，也就是软测量技术。 二、软测量技术基本原理 软测量技术在工业过程中主要应用于实时估计、故障冗余、智能校正和多路复用等方面。它依据对可测易测过程变量（称为辅助变量，如压力、温度等）与难以直接测量的待测过程变量（称为主导变量，如产品分布、物料成分）之间的数学关系的认识，采用各种计算方法，用软件实现待测变量的测量或估计。目前，利用计算机系统，由过程实测变量计算出不可测变量，是解决现在问题的主要途径。其发展已有几十年的历史，在实际生产中也有了一些应用。这里，可用图一简略地描述其结构。其中，U、v分别为被研究过程的可测控制输入和可测干扰输入；x、y为可测参数变量（即辅助变量）和被控过程的输出变量。 三、测量建模的基本方法
软测量建模所使用的数学方法包括从简单的线性代数方程直到复杂的人工神经元网络，最终所采用的方法与使用的软测量模型是机理模型还是回归模型有关。对于石油化工生产过程这类复杂的工艺过程，要得到某一装置的机理模型同时满足较高的精度要求常常是非常困难的，但对于一个局部变量来说，得到满足软测量精度要求的计算模型仍是可能的。这时我们就可根据过程机理选择合适的数学实现方法。 无论是机理模型还是回归模型，在确定了其数学形式之后，下一步就要进行模型参数的估计。即使用可测输入变量和待计算输出变量的历史数据离线估计软测量模型中的未知参数。其中输入变量的历史数据可以从DCS的历史数据库中容易地得到，而输出变量的历史数据可以是离线的经验估计值，也可以取自在线分析仪或实验室信息管理系统的历史数据，也可以是实验室化验人员的手工输入。 四、软测量模块构造时应注意的问题 1.模型类型的选择 在决定采用机理模型还是回归模型时，应注意这两者的不同优势和缺点。回归模型不要求对过程内在机理有较深入的认识，只要有足够多的过程历史数据，总是可以得到一个满足要求的计算函数，这一优势由于现在电子表格和统计工具软件的强大功能而显得更加突出，可以很容易地从DCS或实时数据库中导人大量的历史数据并迅速得到回归结果。 2.历史数据的稳态判别
精馏塔的操作及塔效率的测定实验
或液相经过一层实际塔板前后的组成变化值与经过一层理论塔 X n 1 图1塔板气液流向示意 按气相组成变化表示的单板效率为 匚 _ yn 一 y n 1 匸MV * y n — yn + 按液相组成变化表示的单板效率为 精馏塔的操作及塔效率的测定实验 实验目的 1. 了解筛板精馏塔及其附属设备的基本结构，掌握精馏过程的基本操作方法。 2 .学会判断系统达到稳定的方法，掌握测定塔顶、塔釜溶液浓度的实验方法。 3.学习测定精馏塔全塔效率和单板效率的实验方法，研究回流比对精馏塔分离效率的影响。 .基本原理 1 .全塔效率E T 全塔效率又称总板效率，是指达到指定分离效果所需理论板数与实际板数的比值，即 E T N T -1 N P 式中，N T -完成一定分离任务所需的理论塔板数，包括蒸馏釜; N p —完成一定分离任务所需的实际塔板数，本装置 N p = 10。 全塔效率简单地反映了整个塔内塔板的平均效率，说明了塔板结构、物性系数、操作状况对塔分 离能力的影响。对于塔内所需理论塔板数 N T ，可由已知的双组分物系平衡关系，以及实验中测得的塔 顶、塔釜出液的组成，回流比 R 和热状况q 等，用图解法求得。 2?单板效率E M y n_1 单板效率又称莫弗里板效率，如图 1所示, 相 板前后的组成变化值之比。 y^n X n y n
X F y ￡ q-1 E X n - X n E ML 二 *■ X n 」—X n 式中，y n 、y n 1 —离开第n 、n+1块塔板的气相组成，摩尔分数; X n J 、X n —离开第n-1、n 块塔板的液相组成，摩尔分数; y n -与X n 成平衡的气相组成，摩尔分数; X n —与y n 成平衡的液相组成，摩尔分数。 3.图解法求理论塔板数 N T 图解法又称麦卡勃—蒂列( McCabe — Thiele )法，简称 M — T 法，其原理与逐板计算法 完全相同，只是将逐板计算过程在 y -x 图上直观地表示出来。 精馏段的操作线方程为: y n 1 R X n X D- R 十1 R+1 y n 1 -精馏段第n+1块塔板上升的蒸汽组成，摩尔分数; X n -精馏段第n 块塔板下流的液体组成，摩尔分数; X D -塔顶溜出液的液体组成，摩尔分数; R —泡点回流下的回流比。 提馏段的操作线方程为: L ' X WX W ' X m 一 ' L _W L -W 式中, Y m 1 式中，y m1 —提馏段第 m+1块塔板上升的蒸汽组成，摩尔分数; X m —提馏段第 m 块塔板下流的液体组成，摩尔分数; X W -塔底釜液的液体组成，摩尔分数; L —提馏段内下流的液体量，kmol/s ; W -釜液流量, kmol/s 。 加料线(q 线)方程可表示为:
精馏塔的操作及塔效率的测定实验【共6页】
精馏塔的操作及塔效率的测定实验 ----------专业最好文档，专业为你服务，急你所急，供你所需------------- 文档下载最佳的地方精馏塔的操作及塔效率的测定实验一、实验目的 1、了解筛板精馏塔及其附属设备的基本结构，掌握精馏过程的基本操作方法。 2、学会判断系统达到稳定的方法，掌握测定塔顶、塔釜溶液浓度的实验方法。 3、学习测定精馏塔全塔效率和单板效率的实验方法，研究回流比对精馏塔分离效率的影响。 二、基本原理 1、全塔效率全塔效率又称总板效率，是指达到指定分离效果所需理论板数与实际板数的比值，即式中，－完成一定分离任务所需的理论塔板数，包括蒸馏釜；－完成一定分离任务所需的实际塔板数，本装置＝10。 全塔效率简单地反映了整个塔内塔板的平均效率，说明了塔板结构、物性系数、操作状况对塔分离能力的影响。对于塔内所需理论塔板数，可由已知的双组分物系平衡关系，以及实验中测得的塔顶、塔釜出液的组成，回流比R和热状况q等，用图解法求得。
2、单板效率单板效率又称莫弗里板效率，如图1所示，是指气相或液相经过一层实际塔板前后的组成变化值与经过一层理论塔板前后的组成变化值之比。 图1 塔板气液流向示意按气相组成变化表示的单板效率为按液相组成变化表示的单板效率为式中，、－离开第n、n+1块塔板的气相组成，摩尔分数；、－离开第n- 1、n块塔板的液相组成，摩尔分数；－与成平衡的气相组成，摩尔分数；－与成平衡的液相组成，摩尔分数。 3、图解法求理论塔板数图解法又称麦卡勃－蒂列（McCabe －Thiele）法，简称M－T法，其原理与逐板计算法完全相同，只是将逐板计算过程在y－x图上直观地表示出来。 精馏段的操作线方程为：式中，－精馏段第n+1块塔板上升的蒸汽组成，摩尔分数；－精馏段第n块塔板下流的液体组成，摩尔分数；－塔顶溜出液的液体组成，摩尔分数；－泡点回流下的回流比。 提馏段的操作线方程为：式中，－提馏段第m+1块塔板上升的蒸汽组成，摩尔分数；－提馏段第m块塔板下流的液体组成，摩尔分数；－塔底釜液的液体组成，摩尔分数；－提馏段内下流的液体量，kmol/s；－釜液流量，kmol/s。 加料线（q线）方程可表示为：其中，式中，－进料热状况参数；－进料液组成下的汽化潜热，kJ/kmol；－进料液的泡点
填料塔的操作
填料塔的操作是从物料平衡、热量平衡、相平衡及填料塔性能等几个方面考虑，通过控制系统建立并调节塔的操作条件，使填料塔满足分离要求。 控制系统可采用手动、一般自动化仪表或智能计算机操作。 (一)、控制参数I 图中表示了塔操作控制的典型参数，其中6个流量参数：进料量、塔顶和塔釜产品流量、冷凝量、蒸发量和回流量。 除流量参数外，还有压力、塔釜液位、回流罐液位、塔顶产品组成和塔釜产品组成等参数。 精馏塔常用控制参数 压力和液位控制是为了建立塔稳态操作条件，液位恒定阻止了液体累积，压力恒定阻止了气体累积。对于一个连续系统，若不阻止累积就不可能取得稳态操作，也就不可能稳定。压力是精馏操作的主要控制参数，压力除影响气体累积外,还影响冷凝、蒸发、温度、组成、相对挥发度等塔内发生的几乎所有过程。 产品组成控制可以直接使用产品组成测定值, 也可以采用代表产品组成的物性，如密度、蒸气压等。最常用的是采用灵敏点温度。 (二)、填料塔操作瓶颈及解决方法 任何一个设计都不可能把装置中的每个设备及每个设备中的每个部分设计在同一最大负荷百分数下操作,而许多工厂则希望采取各种手段使装置生产能力达到最大,这就使装置中的至少一个部分成为操作瓶颈,填料塔操作中,填料塔的任一部分、塔顶冷凝器、塔釜再沸器等都可能成为操作瓶颈,这里所指的瓶颈是指装置已达到设计负荷需进一步提高分离效率和生产能力,而装置中的某一设备或某一设备的某一部分限制了生产能力和分离效率的提高。
1、填料塔为操作瓶颈 填料塔在设计气液负荷范围内操作可取得所需的分离效率,超过此负荷范围,会导致分离效率下降、压降升高泛塔等现象,多数情况下填料塔操作提高处理能力和分离效率的瓶颈是填料塔本身。 (1)填料塔处理能力的提高 ①增、降压操作 若设备及工艺条件允许,适当增、降塔压是提高填料塔处理能力的最好办法。 在常压附近,提高压力可使处理量提高,低压、相对挥发度高及相对挥发度随压力变化不大时,增压操作对处理量提高最大。压力较高,有时降低压力可提高处理能力,在高压、相对挥发度低及相对挥发度随压力升高而降低很大的场合,降压操作处理量提高较大。 ②进料的预热 填料塔进料以上填料段和进料以下填料段通常并不是在同一泛点百分数下操作,普通精馏通常为泡点进料,若将进料预热或预冷,可以使塔的上下段负荷发生变化,若进料段以下为操作瓶颈,热进料可降低塔釜热负荷和下段气液相负荷,代价为上段气液相负荷有所增加。相反,若上段为瓶颈,冷进料降低了上段的气液相负荷,代价是下段填料负荷有所增加。 这种方法提高幅度通常较小,但对进料以下气液比很大的场合,这种方法调节幅度较大, 这时对塔的效率影响也大。过热进料影响上段的分离效率,过冷进料影响下段的分离效率,一般认为过冷进料对塔本身的分离效率影响不大,只有一块理论板,但对高效填料塔影响会超过此值,对于液气比很高的场合影响也会
精馏塔效率的测定
精馏塔效率的测定 1. 实验目的 ①熟悉板式精馏塔和填料精馏塔的结构、性能与操作。 ②掌握板式塔全塔效率及填料塔等板高度的测定方法。 ③了解精馏操作中各项操作因素之间的关系与相互影响。 2. 实验原理 板式精馏塔连续稳态操作时涉及的基本参数有：F 、D 、W 、F x 、D x 、W x 、α、R 、q 、E 、p N 共计11个，操作中必然满足的基本关系有以下几方面： ①物料平衡：包括总物料与各组分的平衡，基本衡算式为： W D F += （3-25） W D F Wx Dx Fx += （3-26） 式中：F 、D 、W — 进料，塔顶、塔底产品的摩尔流率，s m ol F x 、D x 、W x — 进料，塔顶、塔底产品中轻组分的摩尔分率，无因次 上述参量中，只有4个独立变量，通常F 、F x 、D 、W 确定，则D x 、W x 唯一确定。 ②相平衡：采用相对挥发度，则平衡方程为： ()x x y 11-+=αα （3-27） 式中：α— 平均相对挥发度，无因次 ③在分离效率E ，分离程度D x 、W x 确定的前提下，操作回流比R 与实际塔板数p N 的对应；若人为改变操作参数从而引起回流比的改变，在分离效率与塔板数固定的前提下，必然引起塔两端产品浓度的改变。 ④进料参数的固定，进料参数包括进料量F 与进料浓度F x ，进料的热状态参数q 以及引入进料的位置进N ，人为改变上述参数，必然破坏精馏塔已有的平衡，引起相应操作参数的改变，最终使塔建立新的平衡，从而改变分离效果。 除上述平衡外，精馏操作中还要满足热量的平衡，即塔底加热量与塔顶冷凝量的对应以及冷、热物料热量交换的平衡，在恒摩尔流假定的前提下，热量平衡与物料平衡是相互关联、相互制约的，在数学描述中可以不再单独考虑。 常用的精馏塔效率分为单板效率和全塔效率。 单板效率亦称作默弗里效率，反映塔板实际增浓度与理论板增浓度的差距，可分别以气相浓度和液相浓度表示，气相默弗里效率的定义为： 11 +* +--=n n n n mv y y y y E （3-28） 式中：n y 、1+n y — 分别为离开和进入第n 块板的气流浓度 n * n y — 与离开第n 板的液流浓度n x 成平衡的气相浓度 全塔效率E 可看作精馏塔中各单板效率的平均值，是理论塔板数t N 与实际塔板数的比值：
实验十 板式精馏塔的操作及全塔效率的测定
实验十 板式精馏塔的操作及全塔效率的测定 一、实验目的： 1.熟悉筛板式精馏塔的结构、精馏流程及原理； 2.熟悉筛板式精馏塔的操作方法； 3.学会精馏塔效率的测定； 4.观察精馏过程中汽液两相在塔板上的接触情况； 5.了解回流的作用； 二、实验内容 1.测定在全回流条件下的全塔效率； 2.在进料条件下：进料浓度约25～28%（体积百分数，以下用v 表示）的乙醇水溶液，达到塔顶馏出液乙醇浓度大于93%（v ），塔釜残液乙醇浓度小于3%（v ）。并在规定的时间内完成500mL 的采出量，记录下所有的实验参数； 3.要求控制料液进料量为3 L/h ，调节回流比，尽可能达到最大的塔顶馏出液浓度。 三、操作原理 精馏操作是分离工程中最基本最重要的单元之一。在板式精馏塔中，混合液在塔板上传质、传热，气相逐板上升，液相逐板下降，层层接触，多次部分气化，部分冷凝，在塔顶得到较纯的轻组分，塔釜得到较纯的重组分，从而实现分离，实验物料是乙醇—水系统。 1.维持稳定连续精馏操作过程的条件 （1）根据进料量及其组成、以及分离要求，严格维持塔内的物料平衡 总物料平衡— F=D+W 若F ＞D+W ，塔釜液面上升，会发生淹塔；相反若F ＜D+W ，会引起塔釜干料，最终导致破坏精馏塔的正常操作。 各组分的物料平衡— Fx F = Dx D + Wx W 塔顶采出率 W D W F x x x x F D --= 若塔顶采出率过大，即使精馏塔有足够的分离能力，塔顶也不能获得合格产物。 （2）精馏塔的分离能力 在塔板数一定的情况下，正常的精馏操作要有足够的回流比，才能保证一定的分离效果，获得合格的产品，所以要严格控制回流量。 （3）精馏塔操作时，应有正常的汽液负荷量，避免不正常的操作状况 1） 严重的液沫夹带现象 2） 严重的漏液现象 3） 溢流液泛 2.产品不合格原因及调节方法 （1）由于物料不平衡而引起的不正常现象及调节方法
填料塔
填料塔分离效率的测定 目录: 一．实验装置图 二．设备特点 三．设备主要部件 四．操作要点及注意事项 五．分析方法 六．教学实验要求 1．实验简介 2．实验准备工作 3．实验报告要求 七．附件 1．设备运行数据记录 2．学生实验报告 华东理工大学化学工程与工艺实验中心 2005年11月
一．实验装置图
二．设备特点 填料塔是生产中广泛使用的一种塔型，实验通过测定甲酸－水在正负系统内的HETP，考察系统表面张力对填料精馏塔效率的影响机理。实验采用带夹套的玻璃填料塔，内装磁拉西环，在填料层的上、下两端各有一个取样装置，其上有温度计套管插铜电阻测温。塔釜加热和塔身保温部分用可控硅电压调整器调节，并可观察工作电流。 三．设备主要部件 1.填料塔：塔内径为31mm，填料层高度约为 540mm，内装；4×4×1mm磁拉西环填料，整个塔体采用电加热保温； 2.塔釜：1000ml的圆底烧瓶； 3.冷凝头：玻璃蛇形冷凝器； 4.电热碗：规格为1000ml的电加热碗； 5.温度显示仪：用2台铜电阻温度显示仪显示填料塔上下端的温度； 6.调压器：2台，调节输出电压，控制塔釜加热量和塔体保温； 7.电流表：2台，用来监控加热输出电流值的大小，观察其工作是否正常。四．操作要点及注意事项 操作要点 测量填料层高度，实验分别在正系统与负系统的范围下进行。 1.正系统：取85(wt)%的甲酸–水溶液，略加一些水，使入釜的甲酸–水溶液既处在正系统范围； 2.将配制的甲酸–水溶液加入塔釜，并加入沸石；检查系统的密闭性； 3.打开冷却水，开启塔釜加热器，当塔顶有回流时调节塔身保温电流，防止保温电流过大； 4.全回流操作，待操作稳定后，用长针头注射器在上、下两个取样口取样分析； 5.待正系统实验结束后，按计算再加入一些水，使之进入负系统，补充沸石； 6.为保持正、负系统在相同的操作条件下进行实验，则应保持塔釜加热电压不变，塔身保温电流不变；以及塔顶冷却水量不变。 7.同步骤4，待操作稳定后，取样分析。 8.实验结束，关闭电源及冷却水，待釜液冷却后倒入废液桶中。 注意事项 1.步骤1根据计算加入适量的水，使系统处于正系统又接近共沸组成，画理论板时不至于集中于图的左端； 2.塔身保温电流逐渐增大；
精馏塔的计算
4.3 塔设备设计 4.3.1 概述 在化工、石油化工及炼油中，由于炼油工艺和化工生产工艺过程的不同，以及操作条件的不同，塔设备内部结构形式和材料也不同。塔设备的工艺性能，对整个装置的产品产量、质量、生产能力和消耗定额，以及“三废”处理和环境保护等各个方面，都用重大的影响。 在石油炼厂和化工生产装置中，塔设备的投资费用占整个工艺设备费用的25.93%。塔设备所耗用的钢材料重量在各类工艺设备中所占的比例也较多，例如在年产250万吨常压减压炼油装置中耗用的钢材重量占62.4%，在年产60-120万吨催化裂化装置中占48.9%。因此，塔设备的设计和研究，对石油、化工等工业的发展起着重要的作用。本项目以正丁醇精馏塔的为例进行设计。 4.3.2 塔型的选择 塔主要有板式塔和填料塔两种，它们都可以用作蒸馏和吸收等气液传质过程，但两者各有优缺点，要根据具体情况选择。 a．板式塔。塔内装有一定数量的塔盘，是气液接触和传质的基本构件；属逐级（板）接触的气液传质设备；气体自塔底向上以鼓泡或喷射的形式穿过塔板上的液层，使气液相密切接触而进行传质与传热；两相的组分浓度呈阶梯式变化。 b．填料塔。塔内装有一定高度的填料，是气液接触和传质的基本构件；属微分接触型气液传质设备；液体在填料表面呈膜状自上而下流动；气体呈连续相自下而上与液体作逆流流动，并进行气液两相的传质和传热；两相的组分浓度或温度沿塔高连续变化。 4.3.2.1 填料塔与板式塔的比较： 表4-2 填料塔与板式塔的比较
4.3.2.2 塔型选择一般原则： 选择时应考虑的因素有：物料性质、操作条件、塔设备性能及塔的制造、安装、运转、维修等。 （1）下列情况优先选用填料塔： a.在分离程度要求高的情况下，因某些新型填料具有很高的传质效率，故可采用新型填料以降低塔的高度； b.对于热敏性物料的蒸馏分离，因新型填料的持液量较小，压降小，故可优先选择真空操作下的填料塔； c.具有腐蚀性的物料，可选用填料塔。因为填料塔可采用非金属材料，如陶瓷、塑料等； d.容易发泡的物料，宜选用填料塔。 （2）下列情况优先选用板式塔：
实验一 填料塔分离效率的测定实验报告
实验一 填料塔分离效率的测定 一 实验目的 本实验的目的在于： (1) 了解系统表面张力对填料精馏塔效率的影响机理； (2) 测定甲酸–水系统在正、负系统范围的HETP 。 二 实验原理： 根据热力学分析，为使喷淋液能很好地润湿填料表面，在选择填料的材质时，要使固体的表面张力SV σ大于液体的表面张力LV σ。然而有时虽已满足上述热力学条件，但液膜仍会破裂形成沟流，这是由于混合液中低沸组分与高沸组分表面张力不同，随着塔内传质传热的进行，形成表面张力梯度，造成填料表面液膜的破碎，从而影响分离效果。 根据系统中组分表面张力的大小，可将二元精馏系统分为下列三类： (1) 正系统：低沸组分的表面张力l σ较低，即h l σσ<。当回流液下降时，液体的表面张力LV σ值逐渐增大。 (2) 负系统；与正系统相反，低沸组分的表面张力l σ较高，即h l σσ>。因而回流液下降过程中表面张力LV σ逐渐减小。 (3) 中性系统：系统中低沸组分的表面张力与高沸组分的表面张力相近，即h l σσ≈，或两组分的挥发度差异甚小，使得回流液的表面张力值并不随着塔中的位置有多大变化。 在精馏操作中，由于传质与传热的结果，导致液膜表面不同区域的浓度或温度不均匀，使表面张力发生局部变化，形成表面张力梯度，从而引起表面层内液体的运动，产生Marangoni 效应。这一效应可引起界面处的不稳定，形成旋涡；也会造成界面的切向和法向脉动，而这些脉动有时又会引起界面的局部破裂，因此由玛兰哥尼（Ｍarangoni ）效应引起的局部流体运动反过来又影响传热传质。
填料塔内，相际接触面积的大小取决于液膜的稳定性，若液膜不稳定，液膜破裂形成沟流，使相际接触面积减少。由于液膜不均匀，传质也不均匀，液膜较薄的部分轻组分传出较多，重组分传入也较多，于是液膜薄的地方轻组分含量就比液膜厚的地方小，对正系统而言，如图2–29所示，由于轻组分的表面张力小于重组分，液膜薄的地方表面张力较大，而液膜 较厚部分的表面张力比较薄处小，表面张力差推动液体从较厚处流向较薄处，这样液膜修复，变得稳定。对于负系统，则情况相反，在液膜较薄部分表面张力比液膜较厚部分的表面张力小，表面张力差使液体从较薄处流向较厚处，这样液膜被撕裂形成沟流。实验证明，正、负系统在填料塔中具有不同的传质效率， 负系统的等板高度(HETP)可比正系统大一倍甚至一倍以上。 本实验使用的精馏系统为具有最高共沸点的甲酸-水系统。试剂级的甲酸为含 85(Wt)％左右的水溶液，在使用同一系统进行正系统和负系统实验时，必须将其浓度配制在正系统与负系统的范围内。甲酸–水系统的共沸组成为：435.02 O H x ，而85(Wt)％甲酸的水溶液中含水量化为摩尔分率为0.3048，落在共沸点的左边，为正系统范围，水–甲酸系统的X –Y 图如图2所示。其汽液平衡数据如下： 表1 甲酸-水汽液平衡数据 图1 表面张力梯度对液膜稳定性的影响 图2 水–甲酸系统的x - y 图
软测量新发展
软测量新技术综述 俞金寿 本文作者俞金寿先生，教授、博士生导师。 关键词：软测量化学计量学智能方法神经网络 一引言 过程控制中一直存在过程输出变量估计的难题，许多工业过程由于受工艺和技术的限制，输出变量难以检测出来，例如产品质量指标，精馏塔的产品浓度和塔板效率，化学反应器的反应温度与反应物的浓度分布，生化过程中发酵罐的菌体浓度等，这就给过程的控制和监测带来困难。 目前，软测量技术(Soft sensing Techniques)被认为是具有吸引力和卓有成效的方法，它一般是根据某种最优准则，通过选择一些容易测量且与主导变量(Primary Variable)密切联系的二次变量(或称辅助变量，Secondary Variable)来预测主导变量，它所建立的软测量模型可以完成一些实际硬件检测仪器所不能完成的测量任务。软测量概念首先产生于工业过程的实际需要，其发展就是要逐步减少理论与实践的差距，从实践的观点完善理论方法。软测量是目前过程控制行业中令人瞩目的技术，无论工业过程的控制、优化还是监测，都离不开对过程主导变量的检测，它是各种控制方法得以成功应用的基础，所以McAvoy将软测量研究看作化工过程控制研究的首要问题。罗荣富等和于静江等较好地总结了软测量技术一些前期的研究工作(从20世纪70年代至90年代初)，但随着该技术原理研究和工程应用的深入，一些初期的分类方法和描述已不能完全涵盖当今软测量技术的全部，特别是近几年软计算方法的兴起，对软测量的研究产生了重大的影响。本文主要对近几年应用较多的基于化学计量学方法和基于人工智能的软测量方法进行综述。 二软测量技术原理框架 软测量技术主要包括：软测量建模方法、软测量工程化实施技术和软测量模型校正技术。其中软测量建模方法的研究是软测量技术研究的核心问题，它的发
化工专业实验
化工专业实验 Experiment of Chemical Engineering and Technolog y 课程编号： 学分：1.5 实验总学时： 45 先修课程：化工设备机械基础、物理化学、化工原理、化工热力学、化学反应工程、分离工程、化学工艺学 适用专业：化学工程与工艺 一、目的与任务 本课程是化学工程与工艺专业必修的实践性课程。它是从工程与工艺两个角度出发，即以化工工艺生产为背景，又以解决工艺或过程开发中所遇到的共性工程问题为目的，选择典型的工艺与工程要素，所组成系列的工艺与工程实验。它是进行（化工类）工程师基本训练的重要环节之一，在专业教学计划中占有重要的地位。化学工程与工艺实验是在学生已经接受了基础理论与专业知识教育，有经受过初步工程实验训练的基础上进行的。在本实验教学中，将使学生了解与熟悉有关化工工艺过程、化学反应工程、传质与分离工程等学科发展方向上的实验技术和方法；掌握与学会过程开发的基本研究方法和常用的实验基本技能；培养学生的创造性思维方法、理论联系实际的学风与严谨的科学实验态度，提高实践动手能力。为毕业环节乃至今后工作打下坚实的基础，起到承前起后的作用。 二、实验教学的基本要求 （1）复习相关原理，认真写好预习报告，独立设计实验方法。 （2）了解仪器设备的原理构造和使用方法。 （3）按实验要求作好实验。 （4）数据处理。 （5）实验分析。
注：1、类型---指设计性、综合性、验证性；2、实验内容可调整。 四、实验成绩的考核与评定办法： 实验成绩的考核，以实验预习报告、实验报告和实验过程为考核依据，成绩分优、良、中、及格和不及格五等。 五、有关说明： 根据《化工热力学》、《化学工艺学》、《化学反应工程》、《分离工程》课程教学大纲，参考教材： 《化学工程与工艺实验》，房鼎业、乐清华、李福清主编化学工业出版社。 撰写人：沈玉堂 审定人：姜廷顺 批准人：倪良 时间：2013年5月10日
软测量技术的发展与现状
软测量技术的发展与现状 1、绪论 在过程控制中，若要使机组处于最佳运行工况、实现卡边控制，提高机组的经济效益，就必须要对机组的重要过程变量进行严格控制。然而对许多工业过程来说，一些重要的输出变量目前还很难通过传感器得到，即使可以测出也不一定具有代表性，不能总体的反映出设备的运行工况。为了解决这类变量的测量问题，出现了不少方法，目前应用较广泛的是软测量方法。 软测量技术就是为了解决上述问题应运而生的。其基本思想是根据比较容易测量的工业过程辅助变量，即二次变量，来估计无法直接测量的工业过程主要输出变量。它采用统计回归、软计算等各种方法建立过程变量预报模型，并通过一些可以测量的过程变量和其他一些参数，用软件方法来测量（估计）难以用传统硬仪表在线测量的参数和变量。从而为过程控制、质量控制、过程管理与决策等提供支持，从而为进一步实现质量控制和过程优化奠定基础。 软测量技术已是现代流程工业和过程控制领域关键技术之一，它的成功应用将极大地推动在线质量控制和各种先进控制策略的实施，使生产过程控制得更加理想。 2、软测量技术概论 软测量的概念首先产生于工业过程的实际需要，从实践过程中抽象出理论，形成了软测量技术，然后又反过来指导生产过程的实践。软测量技术的发展就是一个理论与实践相结合的典型例子。软测量是目前过程控制行业中令人瞩目的领域，无论工业过程的控制、优化还是监测都离不开对过程主导变量的检测，它是各种控制方法成功应用的基础。工业对象的基本输入输出关系如图2.1所示，向量U表示过程的控制输入，向量D表示过程的扰动变量，向量Y表示过程的主要输出变量，向量X’表示过程的其他输出变量。 软测量的基本思想则是根据某种最优准则，选择一组容易测量又与过程主要变量有密切。 图 2.1 工业对象输入输出关系 关系的过程辅助变量（辅助变量），通过构造某种数学模型（汪永生，2000），通过软件计算实现对不易测量的过程主要输出变量的在线估计。软测量技术的对象输入输出关系如原理图2.2中所示：
实验一 填料塔分离效率的测定实验报告
实验一填料塔分离效率的测定实验报告实验一填料塔分离效率的测定 一实验目的 本实验的目的在于: (1) 了解系统表面张力对填料精馏塔效率的影响机理; (2) 测定甲酸–水系统在正、负系统范围的HETP。 二实验原理: 根据热力学分析，为使喷淋液能很好地润湿填料表面，在选择填料的材质时，要使固体 大于液体的表面张力。然而有时虽已满足上述热力学条件，但液膜仍的表面张力,,SVLV 会破裂形成沟流，这是由于混合液中低沸组分与高沸组分表面张力不同，随着塔内传质传热的进行，形成表面张力梯度，造成填料表面液膜的破碎，从而影响分离效果。 根据系统中组分表面张力的大小，可将二元精馏系统分为下列三类: (1) 正系统:低沸组分的表面张力较低，即。当回流液下降时，液体的表面,,,,lhl 张力值逐渐增大。 ,LV (2) 负系统;与正系统相反，低沸组分的表面张力较高，即。因而回流液下,,,,lhl 降过程中表面张力,逐渐减小。 LV
(3) 中性系统:系统中低沸组分的表面张力与高沸组分的表面张力相近，即,,,，lh或两组分的挥发度差异甚小，使得回流液的表面张力值并不随着塔中的位置有多大变化。 在精馏操作中，由于传质与传热的结果，导致液膜表面不同区域的浓度或温度不均匀，使表面张力发生局部变化，形成表面张力梯度，从而引起表面层内液体的运动，产生Marangoni 效应。这一效应可引起界面处的不稳定，形成旋涡;也会造成界面的切向和法向脉动，而这些脉动有时又会引起界面的局部破裂，因此由玛兰哥尼(,arangoni)效应引起的局部流体运动反过来又影响传热传质。 填料塔内，相际接触面积的大小取决于液膜的稳定性，若液膜不稳定，液膜破裂形成沟流，使相际接触面积减少。由于液膜不均匀，传质也不均匀，液膜较薄的部分轻组分传出较多，重组分传入也较多，于是液膜薄的地方轻组分含量就比液膜厚的地方小，对正系统而言，如图2–29所示，由于轻组分的表面张力小于重组分，液膜薄的地方表面张力较大，而液膜 较厚部分的表面张力比较薄处小，表面张力差 推动液体从较厚处流向较薄处，这样液膜修 复，变得稳定。对于负系统，则情况相反，在 液膜较薄部分表面张力比液膜较厚部分的表 图1 表面张力梯度对液膜稳定性的影响面张力小，表面张力差使液体从较薄处流向较 厚处，这样液膜被撕裂形成沟流。实验证明， 正、负系统在填料塔中具有不同的传质效率， 图2 水–甲酸系统的x - y图负系统的等板高度(HETP)可比正系统大一倍甚至一倍以上。
化工基础实验思考题答案
化工基础实验思考题答案 实验一流体流动过程中的能量变化 1、实验为什么要使高位水槽的水保持溢流？ 答：保持溢流可使流体稳定流动，便于读数，同时伯努利方程只在流体稳定流动时才适用。 2、操作本实验装置应主意什么？ 答：1）开启电源之前，向泵中灌水 2）高位水槽水箱的水要保持溢流 3）赶尽玻璃管中气泡 4）读数时多取几组值，取平均值 实验二流体流动形态的观察与测定 1、在实验中测定的雷诺数与流动形态的关系如何？如果出现理论与实际的偏差，请分析理由 答：1）层流时，理论与实际符合 2）过渡流测量值与理论值稍有偏差 偏差分析：（1）孔板流量计的影响 （2）未能连续保持溢流 （3）示踪管未在管中心 （4）示踪剂流速与水的流速不一致 2、本实验中的主意事项有那些？ 答:(1)保持溢流 （2）玻璃管不宜过长 （3）示踪管在中心
实验三节流式流量计性能测定实验 1、你的实验结果可以得到什么结论？ 答：流速较大或较小时，流量系数C并不稳定，所以性能并不很好 2、实验中为什么适用倒置U型管？ 答：倒置的U形管作压差计，采用空气作指示液，无需重新装入指示液，使用方便 实验四连续流动反应器实验流程图 1、测定停留时间分布函数的方法有哪几种？本实验采用的是哪种方法？ 答：脉冲法、阶跃法、周期示踪法和随机输入示踪法。本实验采用脉冲示踪法。 2、模型参数与实验中反应釜的个数有何不同，为什么？ 答：模型参数N的数值可检验理想流动反应器和度量非理想流动反应器的返混程度。当实验测得模型参数N值与实际反应器的釜数相近时，则该反应器达到了理想的全混流模型。若实际反应器的流动状况偏离了理想流动模型，则可用多级全混流模型来模拟其返混情况，用其模型参数N值来定量表征返混程度。 3、实验中可测得反应器出口示踪剂浓度和时间的关系曲线图，此曲线下的面积有何意义？ 答：一定时间内示踪剂的总浓度。 4、在多釜串联实验中，为什么要在流体流量和转速稳定一段时间后才能开始实验？ 答：为使三个反应釜均能达到平衡。 实验五换热器传热系数的测定 1、实验误差主要来源那几个方面？ 答：1）读数不稳定
软测量技术现状及其发展
软测量技术及其发展 内容摘要:软测量技术是现代检测中的研究热点。本文简要介绍了该技术的发展以及基本原理，详细说明了技术组成，阐述了目前软测量建模的机理建模、回归分析、状态估计等主要方法，并对软测量建模方法进行了展望。 关键字：软测量建模发展 软测量技术，作为间接测量的一个发展方向，自20世纪80年代中后期作为一个概括性的科学术语被提出以来，研究异常活跃，发展十分迅速，应用日益广泛，几乎渗透到工业领域的各个方面，已成为检测技术的主要研究方向之一。特别是近年来，国内外对软测量技术进行了大量的研究，著名国际过程控制专家McaVoy教授将软测量技术列为未来控制领域需要研究的几大方向之一，具有广阔的应用前景。一、软测量技术基本情况 软测量技术主要由辅助变量的选择、数据采集和处理、软测量模型及在线校正四个部分组成，理论根源是基于软仪表的推断控制。推断控制的基本思想是采集过程中比较容易测量的辅助变量，通过构造推断估计器来估计并克服扰动和测量噪声对主导变量的影响。 1 、机理分析与辅助变量的选择 首先明确软测量的任务，确定主导变量。在此基础上深人了解和熟悉软测量对象及有关装臵的工艺流程，通过机理分析可以初步确定影响主导变量的相关变量—辅助变量。辅助变量的选择包括变量类型、变量数目和检测点位臵的选择。这三个方面互相关联、互相影响，
由过程特性所决定的。在实际应用中，还受经济条件、维护的难易程度等外部因素制约。 2 、数据采集和处理 从理论上讲，过程数据包含了工业对象的大量相关信息，因此，数据采集量多多益善，不仅可以用来建模，还可以检验模型。实际需要采集的数据是与软测量主导变量对应时间的辅助变量的过程数据。其次，数据覆盖面在可能条件下应宽一些，以便软测量具有较宽的适用范围。为了保证软测量精度，数据的正确性和可靠性十分重要。 采集的数据必须进行处理，数据处理包含两个方面，即换算(sealing)和数据误差处理。数据误差分为随机误差和过失误差两类，前者是随机因素的影响，如操作过程微小的波动或测量信号的噪声等，常用滤波的方法来解决;后者包括仪表的系统误差(如堵塞、校 正不准等)以及不完全或不正确的过程模型(受泄漏、热损失等不确定因素影响)。过失误差出现的几率较小，但它的存在会严重恶化数据的品质，可能会导致软测量甚至整个过程优化的失效。因此，及时侦破、剔除和校正这类数据是误差处理的首要任务。 3、软测最模型的建立 软测量模型是软测量技术的核心。建立的方法有机理建模、经验建模以及两者相结合的建模。 机理建模。从机理出发，也就是从过程内在的物理和化学规律出发，通过物料平衡与能量平衡和动量平衡建立数学模型。对于简单过程可以采用解析法，而对于复杂过程，特别是需要考虑输人变量大范围变化的场合，采用仿真方法。典型化工过程的仿真程序已编制成各种现成软件包。优点是可以充分利用已知的过程知识，从事物的本质
筛板塔全塔效率的测定
课程名称：化工基础实验任课教师：万鑫 实验室名称：化工基础实验室房间号：理工2#115实验时间：2013年5 月15 日
实验装置： 精馏实验流程示意图 1-原料罐进料口;2-原料罐;3-进料泵回流阀;4-进料泵;5-电加热器;6-釜料放空阀;7-塔釜产品罐放空阀;8-釜产品储罐;9-塔釜;10-流量计;11-顶产品罐放空阀;12-顶产品;13-塔板；14-塔身；15-降液管;16-塔顶取样口;17-观察段;18-线圈;19-冷凝器20-塔釜取样口。 精馏塔为筛板塔，全塔共有九块塔板由紫铜板制成，塔高 1.5米，塔身用内径为50mm 的不锈钢管制成，每段为10厘米，焊上法兰后，用螺栓连在一起，并垫上聚四氟乙烯垫防漏，塔身的第二段和第九段是用耐热玻璃制成的，以便于观察塔内的操作情况。除了这两段玻璃塔段外，其余的塔段都用玻璃棉保温。降液管是由外径为8毫米的铜管制成。筛板的直径是54mm，筛孔的直径是2mm。 塔中装有铂电阻温度计来测量塔内气象温度。 塔顶的全凝器为风式换热器，塔釜用电炉丝加热，塔的外部也用保温棉保温。 混合液体由高位槽经蠕动泵计量后进入塔内。塔釜的液面由液位计和放大器计量再由液位仪表显示。塔底产品经过由液位控制平衡管流出。回流比调节阀用来控制回流比，馏出液储罐接受馏出液。 操作步骤： （一）实验前准备工作，检查工作： 1. 将与阿贝折光仪配套的超级恒温水浴(用户自备)调整运行到所需的温度，并记下这个温度(例如30℃)。（本实验运行温度25℃） 2. 检查实验装置上的各个旋塞、阀门均应处于关闭状态；电流、电压表及电位器位置均应为零。 3. 配制一定浓度(质量浓度 20％左右)的乙醇─正丙醇混合液(总容量6000毫升左