Abstract
蒸餾是化學工業中,最常見的單元操作之一,蒸餾塔可概分為兩類:一是板塔,另一是填充塔。填充塔的填充物,可區分為不規則排列的填充物和結構填充物,近年來高效益的結構填充物的使用率增加了,因為結構填充物提供較大的接觸面積,同時減少阻滯力。對於板塔,在文獻上已有很多的研究發表,相對於填充塔,則研究發表有限。填充式蒸餾塔經常具有 gain-signchange 的特性,若使用傳統的線性回饋控制將非常困難,而非線性模式預測控制將可以克服 gain-sign changes 所帶來的困擾。本文引用一個嚴密的填充式蒸餾塔的動態模式,用來模擬填充式蒸餾塔的動態,並以實驗來驗證。本實驗的蒸餾塔,高 2公尺,內徑 10 公分,不規則排列的玻璃管狀填充物,進料為甲醇和水的混合物。通常蒸餾塔是非線性的系統,幾種方法已廣泛地被用來設計蒸餾塔的控制系統,最常見的方法是將模式線性化,控制應用,但有些重要的控制個例,線性控制無效。使用非線性控制方法,近年來已被接受,其中一種是將非線性的程序模式,轉換成一個相等的線性程序,如此,便可以用線性控制器來控制系統,但適當的轉換並不一定存在,而且太複雜,同時對於誤差太過於敏感。另一個可行的方法是使用非線性規劃技術,來做模式預測控制。實驗的結果發現蒸餾塔的非線性並不是很強烈,為了研究所需,將來可以增加填充段高度,或改變進料的成份,使系統的非線性加強。非線性模式預測控制,需要有一個精確的數學模式,而經由實驗證明,本文引用的模式可以良好地描述此系統。近年來化工程序的非線性控制已蔚為風氣,然而,目前非線性控制方法的實用性仍非常有限。這篇論文用實驗來驗證一個填充式蒸餾塔模式,做為非線性模式預測控制研究的準備工作。