精馏塔的过程控制.ppt

概述 在石油、化工工业中，许多原料、中间产品或粗成品，往往全是由若干组分所组成的混合物，需要通过精馏过程进行分离或精制。精馏塔就是用于精馏过程的重要设备。据统计，在石油和化学工业中，大约40％－50％的能量消耗在精馏设备中。因此，精馏塔的控制一直是过程控制领域普遍重视的间题。 精馏塔是个多参数的被控对象。它的通道很多。它由多级塔板组成，内在机理复杂，对控制作用的响应缓慢，参数间相互关联，而不同工艺要求下塔的结构也各不相同．且控制要求又较高……所有这些都给精馏塔的控制带来一定的困难。 精馏塔的控制任务及其变量配对关系 对精馏塔的控制要求通常为质量指标、产品产量、及能量消耗三个方西。质量指标是指使塔顶产品中的轻组分（或重组分杂质）含量符合技术要求；或使塔底产品中重组分（或轻组分杂质）符合技术要求。质量指标是精馏塔控制中的关键，因此，精馏塔的控制任务是在保证质量指标的前提下．使产品产量尽量高，能量消耗尽量低。 一般情况下，塔的进料流量QF是不可控制的，如分离裂解气的乙烯塔，它的进料流量受前 一工序决定；而在有些情况下，进料流量也可以控制，如炼油厂初馏塔的原油流量就可控制为恒定值；进料成分AF的变动是无法控制的，它由上一工序决定，但多数情况变化是缓慢的。总之，大多数情况下，进料流量QF及进料成分AF的变化是精馏过程中的主要扰动。 为克服扰动的影响以及从对精馏塔实行控制的目的出发，在众多的参数关系中，选出关键 的参数作为被控制量，它们是：塔顶产品成分A1，塔底产品成分A2，回流罐液位h1和塔底液位 h2。为控制这四个被控变量可供采用的操作变量（控制量）也有四个，它们是塔顶产品流量Q1、 塔底产品流量Q2，回流量QL及再沸器加热用蒸汽量QS。 由此可知，在精馏塔控制中，变量间的配对关系有4！＝24种的可能。 由生产工艺要求可知，产品（塔顶及塔底馏出物）成份的控制具有首要的意义，因此，在变量配对时，首先要解决产品成分的变量配对。选取时应满足如下要求：（1）相互问影响最强，反应速度快；（2）尽量采用工艺上就近的原则并力求使塔的能量平衡控制与物料平衡控制间的相互关联最小；（3）控制设备尽可能简单且易于实现。实践证明，在上述24种可能的方案中，没有哪一个方案能同时满足上述诸项要求。因此，只好在完成某项具体功能的精馏塔控制设计中，迸行认真的方案比较，从中选出一个相对合理的变量配对控制方案。 只控制一端产品质量时的控制方案 根据变量配对的要求．通常采用的控制方案是用塔顶产品流量控制塔顶产品成份；用回流量控制回流罐液位；用塔底产品流量控制塔底液位；蒸汽的热釜（再锑器）进行自身流量的控制，如图10－9所示。该方案说明，在精馏塔仅需要控制塔的一端产品质量时，应该选用物料平衡控制方式，即用塔顶产品流量或塔底产品流量来保证塔顶成分达到要求；同时应以塔两端产品流量较小者作为控制量去控制塔的产品质量。仅只能选用塔顶产品流量作为控制量。图10－9中调节器的输出均通过电气转换后采用带气动阀门定位器的气动薄膜执行机构，其目的是为了防爆。以确保安全。 2、塔底产品成分控制 塔底产品成分控制的目的是把进料中挥发度较小的重组分从塔底分离出来。一般采用的控制方案为：用塔底产品流量控制塔底产品成分，用回流量控制回流罐液位，塔顶产品只进行流量控制，塔底液位由加热用蒸汽量控制，如图10－10所示。 三、两端成分同时控制的方案 当塔顶及塔底产品分别需要满足一定的品质指标时，就需要对塔的两端产品同时予以控制。通常采用的控制方案是用回流量控制塔顶产品成分，用塔底流量控制塔底产品成分．用塔顶流量控制回流罐液位，用蒸汽流量控制再沸器液位，如图10－11所示。但是，由精馏操作的内在机理可知，当改变回流量时，不仅影响塔顶产品组分的变化，同时也引起塔底产品组分的变化；同理，当控制塔底的加热用蒸汽流量时，将引起塔内温度的变化，从而不但使塔底产品组分产生变化，同时也将影响到增顶产品组分的变化。 可见，这是一个2x2的耦合系统，如图11－12所示。显然，此时应进行解耦设计，两端产品成分解耦控制方案如图10－13所示。这个方案的设计思想是希望回流量的变化只影响塔顶组分，至于它对塔底组分的影响是通过解耦装置D21(s) 使蒸汽阀门预先动作，予以补偿；同样，希望蒸汽量的变化只影响塔底组分，而它对塔顶组分的影响，将通过另一个解耦装置D12(s)使回流阀预先动作，予以补偿，从而实观了两端产品质量的解耦控制。关于解耦模型D21(s)、 D12(s)的取得，可根据不变性原理的前馈补偿法进行设计，其框图如图10－14所示。 . 智能仪器中常用的数据处理有如下几项: 1)乘常数:R=cx,将测量结果x乘以用户从键盘输入的常数c。此种改变直线斜