浙大工业过程控制--16.精馏塔控制幻灯片.pptVIP

工业过程控制 精馏塔设备的控制 戴连奎 浙江大学智能系统与决策研究所 内 容 精馏塔的控制目标 精馏塔的静态特性 精馏塔质量指标的选取 精馏塔的基本控制方案 精馏塔的复杂控制方案 讨论 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； 2、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，掌握基本控制系统的分析与设计方法； 5、了解精馏塔的复杂控制与先进控制方法。 连续精馏装置的工艺流程 精馏塔的控制目标 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。 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。 精馏塔产品纯度、产品回收率和能耗之间的相互关系 精馏塔的静态特性 精馏塔的控制问题 精馏塔质量指标的选取 直接质量指标 （1）产品质量在线分析仪 / 软测量仪 间接质量指标* （1）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，可用于精馏塔的适宜分离度控制，即使塔顶/塔底产品纯度均适中。 精馏塔的压力控制 精馏塔简化的控制问题 精馏塔物料平衡控制问题 物料平衡控制方案之一 物料平衡控制方案之二 按精馏段指标的控制方案 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) 控制变量： D, R, B (而保持再沸器加热量V为定值) 控制结构 （1）方案1：B — LB， D — LR， R — TD； （2）方案2：B — LB， R — LR， D — TD。 精馏段控制方案之一 精馏段控制方案之二 按提馏段指标的控制方案 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) 控制变量： V, B, D (而保持回流量R为定值) 控制结构 （1）方案1：D — LR， B — LB， V — TB； （2）方案2：D — LR， V — LB， B — TB。 提馏段控制方案之一 提馏段控制方案之二 精馏塔两端质量指标控制问题 两端质量指标控制方案 两端质量指标控制方案之一 两端质量指标控制方案之二 精馏塔多回路控制系统 精馏塔解耦控制系统 精馏塔的其他控制方案 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； 进料前馈反馈控制， 以适应进料量的变化，并提高控制质量； 浮动塔压控制：尽可能降低塔压，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。 产品质量指标的“卡边”控制： 关键技术：在线分析仪 (软测量仪) + 先进控制系统 前馈反馈控制系统 练习题 1 练习题 2 练习题 3 反应器控制思考题 1、了解化学反应的一般原理，掌握反应速度与化学平衡的概念及其主要影响因素； 2、能够结合连续放热反应釜的稳态特性分析反应器的热稳定性问题； 3、针对各种不同类型的化学反应器，掌握基本控制问题与控制系统的设计方法； 4、了解常见反应器的复杂控制与先进控制方案。 精馏塔提馏段灵敏板温度控制回路很可能引起液。假设液泛可以用塔底和塔顶压力之差来表征（压差太大表示很可能存在液泛）。请在此基础上设计一个液泛约束控制系统，以保证正常操作时按提馏段温度调节加热蒸汽量，而当塔出现液泛时则要求调节加热蒸汽量确保不发生液泛。要求画出带控制点的流程图与对应的方块图，并选择调节器的正反作用。 * * 操作目的： 通过反复的部分汽化与部分冷凝，将混合液中沸点不同的各组分分离成产品。 操作代价： 消耗能量，塔底需要加热使塔底液部分汽化；塔底需要冷却使塔顶组分冷凝； 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： 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。 总与轻组分的物料平衡方程： 能耗与分离度S的关系： 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。 塔顶汽相采出量 DV — 塔压 P 冷凝器冷却量 QC — 塔压 P * 考虑被控过程的静态与动态特性，结合就近原则，可将控制问题分解简化为两个相对独立的子系统。 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： （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。 控制方案 （1）若相互耦合不严重，则可通过调节