生物柴油提炼过程的自动化系统设计与研究(3)
我国生物柴油产业发展较晚，系统研究始于中国科学院的八五重点科研项目：燃料植物油的研究与应用技术。我国“十五”计划发展纲要提出发展各种石油替代品，将发展生物质燃料确定为国家产业发展方向。欧美的技术普遍工艺流程长，对原料的适应性差，生产过程中会有大量含酸或碱废水排放，并不适合我国市场。在我国，生物柴油产业化率先在民营企业实现，四川古衫脂化工公司、海南正和生物能源公司、福建卓越新能源发展公司都建成了年产1万到2万吨的生产装置，主要以餐饮废油和皂化油下脚料为原料，大多以间歇方式生产，自动化水平较低，生产的生物柴油仅可用于农业或发电机械，与车用替代燃油之间还有一定距离。针对我国庞大的生物柴油需求市场和原料来源多样性的特点，开发对原料适应性强的连续生产工艺并建成其自动化系统，是目前生物柴油产业发展的关键[21]。
本文承继PID控制策略的思想——算法简单、鲁棒性好及可靠性高。对过程控制领域的关键问题——控制算法展开研究。通过建模，对生物柴油提炼过程中甲醇回收塔的温度控制过程进了定性、定量地研究，然后利用MATLAB进行控制算法的仿真研究，所做工作对生物柴油提炼过程中的温度控制系统设计具有重要的参考意义。
1.2 论文研究内容
本课题借鉴生物柴油提炼过程自动化系统中甲醇回收塔的温度过程模型，讨论了纯滞后系统中的PID控制算法以及克服纯滞后的几种方法，并通过MATLAB进行了算法仿真。主要完成了如下工作：
(1) 通过对甲醇回收塔温度控制过程的分析，建立了合理的数学模型；
(2) PID控制策略及其在纯滞后系统控制中的应用研究；
(3) 几种克服纯滞后的控制算法的研究；
(4) 利用MATLAB对上述算法进行了仿真，并对算法结果进行了比较分析。
1.3 论文结构安排
本文主要是关于生物柴油提炼过程的自动化系统设计研究，各章内容安排如下：
第一章 绪论，介绍了本课题的研究背景，阐述了课题的研究意义，同时介绍了本课题所要完成的设计任务，及论文的结构安排。
第二章 介绍了生物柴油提炼工序，对其中产品蒸馏塔和甲醇回收塔的工作原理进行了描述，明确了设计任务和指标要求，并介绍了初步的结构和控制方案。
第三章 介绍了PID控制算法以及克服纯滞后的几种方案。
第四章 介绍了甲醇回收塔的温度过程控制的数学建模，详细讨论了PID控制在纯滞后系统中的应用以及其它克服纯滞后的改进算法，并运用MATLAB对系统作了详细仿真讨论。
2 系统需求分析与方案设计
2.1 生物柴油提炼技术概述
随着石化燃料的枯竭以及环境污染的日益严重，全球范围内的能源危机使得寻求新的代替型能源已经是必然趋势，生物柴油（Biodiesel）是指以油料作物、野生油料植物、餐饮废弃油等为原料，通过酯交换工艺制成有机脂肪酸酯类燃料，是典型的“绿色能源”。生物柴油作为一种可再生能源，因十吹冰烷值高、无毒、无硫、可再生以及可生物降解等突出优势成为备受关注的研究热点课题。
近年来，实验室研究的生物柴油生产技术非常多，而且针对各种不同的原料进行的工艺试验很多，从反应来讲，涉及物理法、化学催化、生物催化、超临界无催化剂的酯化交换反应。目前工业制备生物柴油主要采用酯交换法，酯交换反应是动植物油脂在催化剂存在或超临界条件下，与低链醇类发生醇解反应生成脂肪酸单酯的反应过程。酯交换反应过程很多因素影响到生物柴油的生产工艺和生物柴油的质量，如原料脂肪酸的组成、脂肪酸的含量、催化剂的种类和用量、低链醇的类别和用量、原料中水含量、反应温度、反应时间、搅拌等[5,6]。