精馏塔提馏段温度前馈.docVIP

1 精馏塔提馏段前馈-反馈控制系统概述 1.1概述 精馏塔是实现混合物组分分离的主要设备，一般为圆柱形，内部装有供气液分离器的塔板和填料。精馏塔的控制直接影响到工厂产品的质量、产量和能量的消耗，因此精馏塔的自动控制长期以来一直受到人们的高度重视。精馏塔是一个多输入多输出的对象，它有多级塔板组成，内在机理复杂，对控制要求较高。这些都给自动控制带来一定的困难，同时各塔工艺结构特点千差万别，这需要深入分析特性，结合具体塔的特点，进行自动控制方案设计和研究。精馏塔的控制最终目标是：在保证产品质量的前提下，使回收率最高，能耗最小，或使总收益最大。在这个情况为了更好实现精馏的目标就有了提馏段温度控制系统的产生。 精馏过程是一个复杂的传质传热过程，表现为：过程变量多，被控变量多，可操纵变量也多；过程动态和机理复杂，例如，非线性、时变、关联；控制方案多样，例如，同一被控变量可以采用不同的控制方案，控制方案的适应面光等。 1.2 精馏塔的扰动分析 和其他化工过程一样，精馏过程是在一定物料平衡和能量平衡基础上进行的。一切影响精馏塔操作的因素均通过物料平衡和能量平衡进行。影响物料平衡的因素主要包括进料量和进料成分的变化、顶部馏出物及底部出料的变化。影响能量平衡的因素主要包括进料温度或热焓的变化、再沸器加热量和冷凝器冷却量的变化及塔的环境温度变化等。物料平衡和能量平衡之间相互影响。各种扰动因素有可控的，也有不可控的。 1.进料流量和进料成分 进料流量是上工序的出料，因此，通常不可控但可测，当进料流量较大时， 对精馏塔的操作会造成很大的影响。这时，可将进料流量作为前馈信号，引入到控制系统中，组成前馈-反馈控制系统。当进料流量需要定值控制时，从工艺角度看，有时需要增加中间储罐或容器，以便缓冲上一工序的出料量。从控制角度看，可以采用均匀控制策略，使进料流量基本恒定的同时，对上一工序的操作不造成较大影响。单一的进料流量定值控制系统较少采用。 进料流量影响物料平衡，也影响能量平衡。因此，控制策略应保持流量的基本恒定。 进料成分影响物料平衡和能量平衡，但进料成分通常不可控，多数情况下也难于测量。因此，控制策略是尽量控制上一工序的操作，从外围着手，使进料成分能够保持恒定，减小其变化对精馏塔操作的影响。 2.进料温度或进料热焓 进料温度或热焓影响精馏塔的能量平衡。进料温度一般可控可测，多数情况下，进料温度较恒定，因此，控制策略是不进行控制。当进料需经换热器预热后进入后，由于进料的状态可以是液态、气态或气液两相混合，因此，可能出现进料热焓的变化，这时，控制策略是采用热焓控制，保证进料热焓的恒定。 除此之外，扰动因素还包括再沸器加热蒸汽压力、冷却水压力和温度、环境温度等。 1.3 前馈-反馈控制系统 反馈控制系统的输出是偏差的函数，只有出现偏差才进行调节，因此，调节不及时。如果采用某种控制策略，使该控制运算的输出是扰动的函数，则一旦出现扰动，控制系统就有输出，就能在偏差还未出现以前把扰动的影响消除，因此，调节及时。依据预防的控制策略设计的控制系统称为前馈控制系统。 前馈控制系统根据扰动进行调节；采用开环控制方式；控制器的输入信号只有一个变量，即扰动量；只能克服某个特定扰动的影响；控制器的控制规律是前馈控制规律，它与前馈广义对象特性和扰动通道特性有关，因此，只能近似实现所需控制规律，要实现绝对不变性较困难。前馈控制能及时克服特定扰动的影响，如果合适设计控制规律，可大大消弱扰动对被控变量的影响。 因此，前馈控制往往需要与反馈控制结合起来，构成前馈-控制系统。这样既发挥了前馈控制作用及时的优点，又保持了反馈控制能克服多个扰动和具有对被调节量实行反馈检验的长处。所以前馈-反馈控制是适合于过程控制的较好的方式。2 课程设计方案 2.1 控制方案1设计 所谓静态前馈控制，是指前馈控制器的控制算法为比例控制，即 式中，Ko、Kv、Km与Kf分别是过程控制通道、调节阀、温度变送器静态放大系数以及过程干扰通道的静态放大系数；,其大小由Ko、Kv、Km、Kf确定。静态前馈控制的控制目标是使被控参数最终的静态偏差接近于零，而不考虑由于两通道时间常数的不同而引起的动态偏差。由于静态前馈控制非常简单，实施方便。在实际生产中，当干扰通道与控制通道的时间常数相差不大时，应用静态前馈控制可获得较高的控制精度。 2.2 控制方案2设计 静态前馈控制系统结构简单、易于实现，但在扰动影响下动态偏差依然存在。对于扰动频繁且要严格控制动态偏差的生产过程，静态前馈不能满足生产工艺的精度要求，这种情况下宜采用动态前馈控制。 动态前馈控制必须根据过程干扰通道和控制通道的动态特性，其传递函数由式决定。采用动态前馈控制使扰动对被控参数的影响在每个时刻都得到补偿，能够极大地提高控制过程的动态品质，是