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1、精馏塔控制1(28)第1页，本讲稿共32页内 容n精馏塔的控制目标n精馏塔的静态特性n精馏塔质量指标的选取n精馏塔的基本控制方案n精馏塔的复杂控制方案n讨论2(28)第2页，本讲稿共32页精馏塔控制思考题1、掌握简单精馏塔的控制问题与分解方法；掌握简单精馏塔的控制问题与分解方法；2、掌握精馏塔的静态特性；、掌握精馏塔的静态特性；3、了解精馏塔对象中操作变量对主要被控变量的动态、了解精馏塔对象中操作变量对主要被控变量的动态影响程度与速度；影响程度与速度；4、针对塔顶、塔底产品质量不同的要求，掌握基、针对塔顶、塔底产品质量不同的要求，掌握基本控制系统的分析与设计方法；本控制系统的分析与设计方法；5
2、、了解精馏塔的复杂控制与先进控制方法。、了解精馏塔的复杂控制与先进控制方法。3(28)第3页，本讲稿共32页 利利利利用用用用混混混混合合合合物物物物中中中中各各各各组组组组分分分分的的的的挥挥挥挥发发发发度度度度（沸沸沸沸点点点点）不不不不同同同同，或或或或在在在在相相相相同同同同温温温温度度度度下下下下，各各各各组组组组分分分分的的的的蒸蒸蒸蒸汽汽汽汽分分分分压压压压不不不不同同同同，轻轻轻轻组组组组分分分分（液液液液相中）和重组分（汽相中）相互转移相中）和重组分（汽相中）相互转移相中）和重组分（汽相中）相互转移相中）和重组分（汽相中）相互转移 根根根根据据据据结结结结构构构构不不不不同同
3、同同，可可可可分分分分为为为为泡泡泡泡罩罩罩罩塔塔塔塔、浮浮浮浮阀阀阀阀塔塔塔塔、筛筛筛筛板板板板塔塔塔塔、穿流板塔、浮喷塔、浮舌塔等。穿流板塔、浮喷塔、浮舌塔等。穿流板塔、浮喷塔、浮舌塔等。穿流板塔、浮喷塔、浮舌塔等。机理机理机理机理4(28)第4页，本讲稿共32页连续精馏装置的工艺流程操作目的操作目的：通过反复的部分汽化通过反复的部分汽化与部分冷凝，将混合与部分冷凝，将混合液中沸点不同的各组液中沸点不同的各组分分离成产品分分离成产品。操作代价操作代价：消耗能量，塔底需要消耗能量，塔底需要加热使塔底液部分汽加热使塔底液部分汽化；塔顶需要冷却使化；塔顶需要冷却使塔顶组分冷凝塔顶组分冷凝；5(2
4、8)第5页，本讲稿共32页n特点特点：n被控变量多，操纵变量也多，对象的通道也多，内在机被控变量多，操纵变量也多，对象的通道也多，内在机理复杂，变量之间相互关联，而控制要求又较高。理复杂，变量之间相互关联，而控制要求又较高。n控制要求控制要求：n1保证保证质量指标质量指标：至少应使塔顶或塔底产品中的一个达：至少应使塔顶或塔底产品中的一个达到规定的质量指标，而另一个应保持在规定的范围内。到规定的质量指标，而另一个应保持在规定的范围内。n2保证保证平稳操作平稳操作：要把进塔前的主要可控干扰尽量克服：要把进塔前的主要可控干扰尽量克服掉，对于不可控干扰也要使其尽可能地平缓。掉，对于不可控干扰也要使其尽
5、可能地平缓。n3约束条件约束条件 塔的正常操作必须满足一定约束条件，如最大处理塔的正常操作必须满足一定约束条件，如最大处理塔的正常操作必须满足一定约束条件，如最大处理塔的正常操作必须满足一定约束条件，如最大处理量下产品质量好，产量高，能耗小。确定目标函数使量下产品质量好，产量高，能耗小。确定目标函数使量下产品质量好，产量高，能耗小。确定目标函数使量下产品质量好，产量高，能耗小。确定目标函数使收效最大，能耗最小。收效最大，能耗最小。收效最大，能耗最小。收效最大，能耗最小。对塔最大气速操作压力，加对塔最大气速操作压力，加对塔最大气速操作压力，加对塔最大气速操作压力，加热、温差、冷却温差等都有限制。
6、热、温差、冷却温差等都有限制。热、温差、冷却温差等都有限制。热、温差、冷却温差等都有限制。6(28)第6页，本讲稿共32页精馏塔的控制目标n质量指标质量指标对于仅有塔顶、塔底出料的简单精馏塔，其质量指标可用塔顶与塔底料中关键组分的纯度来表示。n产品产量和能量消耗产品产量和能量消耗在保证产品质量的前提下，尽可能提高产品的产品并设法降低装置的能耗。7(28)第7页，本讲稿共32页精馏塔产品纯度、产品回收率和能耗之间的相互关系产品回收率产品回收率：进料中每单位产品组分所能得到的可售产品的数量；能耗指标能耗指标：用单位进料的塔底上升蒸气量V/F来表示；定性规律：若能耗指标一定，产品纯度越高，其回收率越
7、低；若产品纯度一定，在一定范围内能耗指标越高，其回收率越高。8(28)第8页，本讲稿共32页机理机理机理机理热剂热剂 釜液釜液,B,xB LB F,zf 冷剂冷剂 LD D,xD LV二元精馏系统二元精馏系统 9(28)第9页，本讲稿共32页精馏塔的静态特性总与轻组分总与轻组分的物料平衡物料平衡方程：能耗与分离度S的关系：结论结论：对于给定的进料，若D/F和V/F保持一定，则该塔的分离结果xD,xB就完全确定。10(28)第10页，本讲稿共32页精馏塔的控制问题11(28)第11页，本讲稿共32页n主要干扰主要干扰n1塔压的波动塔压的波动 塔压波动会影响汽液平衡塔压波动会影响汽液平衡和物料平衡
8、，从而影响操作的稳定性和产品和物料平衡，从而影响操作的稳定性和产品的质量的质量n2进料流量、组分、压力、温度等的变化；进料流量、组分、压力、温度等的变化；n3塔的蒸气速度和加热量的变化；塔的蒸气速度和加热量的变化；n4回流量及冷剂流量或温度的变化。回流量及冷剂流量或温度的变化。n其中，进料流量和组分变化的影响最大。其中，进料流量和组分变化的影响最大。12(28)第12页，本讲稿共32页精馏塔质量指标的选取n直接质量指标直接质量指标（1）产品质量在线分析仪/软测量仪n间接质量指标间接质量指标*（1）灵敏板温度灵敏板温度，与塔顶/塔底温度相比，可提高温度变化的灵敏度（对于同样的浓度变化）；（2）温
9、差信息温差信息，与灵敏板温度相比，可减弱压力波动对产品质量的影响；（3）双温差信息双温差信息，可用于精馏塔的适宜分离度控制，即使塔顶塔顶/塔底产品纯度均适中塔底产品纯度均适中。13(28)第13页，本讲稿共32页精馏塔的压力控制塔顶汽相采出量 DV 塔压 P液相含有大量不凝聚物：液相含有大量不凝聚物：气体较多，通过汽相排除控制气体较多，通过汽相排除控制压力压力：冷凝器冷却量 QC 塔压 P液相含有微量不凝聚物液相含有微量不凝聚物：几乎全部冷凝，通过改变几乎全部冷凝，通过改变凝聚量控制凝聚量控制14(28)第14页，本讲稿共32页精馏塔简化的控制问题*考虑被控过程的静态与动态特性，结合就近原则就
10、近原则，可将控制问题分解简化为两个相对独立的子系统。15(28)第15页，本讲稿共32页精馏塔物料平衡控制问题特点特点：仅保证塔的物料平衡要求，而不对塔顶、塔底产品质量作严格控制。适应场合适应场合：（1）对产品质量要求不高；（2）处理量与进料性质变化不频繁或变化幅度小。16(28)第16页，本讲稿共32页物料平衡控制方案之一17(28)第17页，本讲稿共32页物料平衡控制方案之二18(28)第18页，本讲稿共32页按精馏段指标的控制方案n被控变量被控变量：TD,LR,LB (即只对塔顶产品质量指标进行控制；而对塔底产品质量指标不作严格要求)n控制变量控制变量：D,R,B (而保持再沸器加热量V
11、为定值)n控制结构控制结构（1）方案1：B LB，D LR，R TD；（2）方案2：B LB，R LR，D TD。19(28)第19页，本讲稿共32页精馏段控制方案之一20(28)第20页，本讲稿共32页精馏段控制方案之二21(28)第21页，本讲稿共32页按提馏段指标的控制方案n被控变量被控变量：TB,LB,LR (即只对塔底产品质量指标进行控制；而对塔顶产品质量指标不作严格要求)n控制变量控制变量：V,B,D(而保持回流量R为定值)n控制结构控制结构（1）方案1：D LR，B LB，V TB；（2）方案2：D LR，V LB，B TB。22(28)第22页，本讲稿共32页提馏段控制方案之一
12、23(28)第23页，本讲稿共32页提馏段控制方案之二24(28)第24页，本讲稿共32页精馏塔两端质量指标控制问题25(28)第25页，本讲稿共32页两端质量指标控制方案26(28)第26页，本讲稿共32页两端质量指标控制方案之一控制方案控制方案（1）若相互耦合不严重，则可通过调节器参数的整定，使相关回路的工作频率拉开以减少关联；（2）若耦合严重，则可考虑静态解耦或其他先进控制方法：变结构控制、预测控制等。27(28)第27页，本讲稿共32页两端质量指标控制方案之二问题问题：对上述两种方案进行关联分析、比较28(28)第28页，本讲稿共32页精馏塔多回路控制系统29(28)第29页，本讲稿共
13、32页精馏塔解耦控制系统30(28)第30页，本讲稿共32页精馏塔的其他控制方案n进料热焓控制进料热焓控制，以克服进料温度与进料状态对产品质量的影响；n进料前馈反馈控制进料前馈反馈控制，以适应进料量的变化，并提高控制质量；n浮动塔压控制浮动塔压控制：尽可能降低塔压：可以增加组分间的挥发度，可以增加组分间的挥发度，使再沸器加热量下降。使汽液平衡温度温度下降，提高再沸器使再沸器加热量下降。使汽液平衡温度温度下降，提高再沸器加热效率加热效率，以节约能耗；但应相应改变灵敏板温度控制的设定，以保证产品合格。n产品质量指标的产品质量指标的“卡边卡边”控制控制：关键技术：在线分析仪(软测量仪)+先进控制系统31(28)第31页，本讲稿共32页前馈反馈控制系统32(28)第32页，本讲稿共32页