TE过程介绍

1.TenesseeEastman过程介绍TenesseeEastman(TE)过程是Downs等人基于几TenesseeEastman化学公司某实际化工生产过程提出的一个仿真系统,其具体流程见图2一l.在过程系统工程领域的研究中,TE过程是一个常用的标准问题(Benchmarkproblem),其较好地模拟了实际复杂工业过程系统的许多典型特征,因此被作为仿真例子广泛应用于控制、优化、过程监控与故障诊断的研究中。TE过程包含四种气体原料A、C、D和E,两种液态产物G和H,还包含副产物F和惰性气体B,其中进行的不可逆放热化学反应如下:A(g)+C(g)+D(g)G(liq)产物1A(g)+E(g)F(liq)副产物3D(g)F(liq)副产物整个过程主要包含五个操作单元:反应器、冷凝器、循环压缩机、分离器和汽提塔。气态反应物进入反应器,生成液态产物,反应速率服从反应动力学中的Arrhenius函数。产物和残余反应物经过冷凝器冷却后进入汽液分离器,分离得到的气体通过压缩机进入循环管道,与新鲜进料混合送入反应器循环使用,分离得到的液体经过管道10进入汽提塔进行精制,从汽提塔底得到的流股中主要包含TE过程的产物G和H,送至下游过程。TE过程总共包括12个操纵变量和41个测量变量。根据产物中G和H的质量比的不同,TE过程有7种标准的运行模式或工况。TE过程是开环不稳定的,许多研究者提出了该过程的控制方案,较为广泛被引用的有基本控制(BaseControl),分散控制(DeeentralizedControl)和厂级控制(Plant一wideeontrol)[0,,04]这三种控制策略(为表述简要,分别将这三种控制策略称为控制策略1、2、3)。Downs和Vogel为TE过程设计了二十种故障,用于模拟实际工业过程中常见的故障和扰动,具体描述见表2-1。TE过程广泛应用于过程控制、监控、操作优化等方面。在本文的其它章节中,TE过程也多次作为研究对象和例子。1.1.1田纳西—伊斯曼过程介绍田纳西—伊斯曼过程(TennesseeEastman，TE)过程是由伊斯曼化学品公司创建的，目的是为评价过程控制和监控方法提供一个现实的工业过程。该过程是基于一个真实工业过程的仿真，作为比较各种方法的数据源，已在故障检测与诊断方面得到了广泛的应用[93]。TE过程包括五个主要单元：反应器、冷凝器、压缩机、分离器和汽提塔，如图2.7所示，共有41个测量变量和12个控制变量。气体成分A、C、D和E以及惰性组分B被喂入反应器，液态产物G和H在反应器中形成。反应器的产品流通过冷凝器冷却，然后送入到汽/液分离器。从分离器出来的蒸汽通过压缩机再循环送入反应器。为了防止过程中惰性组分和反应副产品的积聚，必须排放一部分再循环分流。来自分离器的冷凝成分(流10)被泵送到汽提塔。流4用于汽提流10中的剩余反应物，这些剩余反应物通过流5与再循环流结合，从汽提塔底部出来的产品G和H被送到下游过程。副产品主要在汽液分离器中以气体的形式从系统中排空[94]。图2.7田纳西—伊斯曼过程工艺流程图