精馏塔自动控制系统设计毕业论文.doc

精馏塔自动控制系统设计毕业论文 目 录 第一章 精馏塔概述 5 1.1 精馏塔控制的研究背景及意义 5 1.2 精馏塔控制系统的目的 5 第二章 生产工艺 8 2.1 工艺流程的说明 8 2.2 精馏塔的控制要求及主要干扰 11 2.3精馏塔的装置的工艺流程 14 第三章 自动装置的确定 15 3.1 PLC、DCS、FCS的发展 15 3.2 PLC、DCS、FCS的特点 16 3.3 PLC、DCS、FCS的差异 17 第四章 精馏塔控制方案设计 20 4.1 控制方案和回路的设计 20 4.2 精馏塔控制要求 24 4.3 精馏塔工艺因数影响及系统维护 25 第五章 检测仪表、执行机构和辅助仪表的选型 27 5.1 如何选择检测仪表和调节阀 27 5.2 变送器和流量仪表的选型 27 5.3 物位测量仪表的选择 30 附录 33 参考文献 34 致谢 35  第一章 精馏塔概述 1.1 精馏塔控制的研究背景及意义 精馏操作是炼油、化工生产过程中的一个十分重要的环节。精馏塔的控制直接影响到产品质量、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和多输出的对象，它由很多级塔板组成，内在机理复杂，对控制作用响应缓慢，参数间相互关联严重，而控制要求又大多较高。这些都给自动控制的实施带来一定困难。同时各塔工艺结构特点又千差万别，这就更需要深入分析工艺特性，进行自动控制方案的设计和研究。 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，可操纵的变量也多；过程动态和机理复杂” 。作为化工生产中应用最广的分离过程，精馏也是耗能较大的一种化工单元操作。但在实际生产中，为了保证产品合格，精馏装置操作往往偏于保守，操作方法以及操作参数设置往往欠合理，过分离普遍存在 。精馏过程消耗的能量绝大部分并非用于组分分离，而是被冷却水或分离组分带走。因此，精馏过程的节能潜力很大，收效也极为明显。  第二章 生产工艺 2.1 工艺流程的说明 PVC生产工艺流程包括乙炔站工序、合成、转化、精馏、聚合、气提、干燥、包装一系列工序，其PVC生产工艺流程方框图如下。本项目为精馏装置的过程自动化工程设计，该装置进料为粗氯乙烯，经低沸塔和高沸塔提纯处理，出料为99.99%的纯度精制氯乙烯，让后送到聚合工序进行聚合反应。 图2-1 PVC生产工艺流程方框图 一.馏组分分离的原理 液体混合物的精馏过程是基于不同组分混合物的不同物质具有不同的挥发度，也就是具有不同的蒸汽压和不同的沸点，借恒压下降低温度和升高温度时，各物质在气相里的组成和液相里的组成差异，来获得分离的。 精馏过程必须依靠以下两个条件： 1.塔底加热釜（或称再沸器）使物料产生上升的蒸汽；2.塔顶冷凝器使部分蒸汽冷凝为向下流的液体（又称回流）。在连续精馏塔的每一块理论塔板上，均发生部分汽化和部分冷凝，也即传热和传质过程。塔顶部的蒸汽所含易挥发组分（低沸点组分）较多，温度也低些；塔底部的液体所含难挥发组发（高沸点组分）较多，温度也高些，以底沸塔某一层塔板为例，当上层塔板下流的液体（含有较多的易挥发组分乙炔），在该塔板上.下层上升的蒸汽（含有较少的易挥发组分乙炔）接触时，俩者应未达到平衡而发生了气液相之间的热量和质量传递，使易挥发组分乙炔以扩散方式逸入上升蒸汽中，而难挥发组分氯乙烯则同时以相反方向的扩散方式进入向下流的液体中。也就是说，气液通过一次接触，上升蒸汽中易挥发组分乙炔的含量，则将因蒸汽的部分冷凝而增多。理论上，气液相之间传热和传质得的结果，使这块塔板上的蒸汽和液体组成趋向于平衡。通过许多块塔板上气液相间的热量和质量传递的平衡过程，使上升蒸汽到达塔顶部时，含有很浓的易挥发组分乙炔，而向下流的液体到达塔底时，则含有很浓的难挥发组分氯乙烯（几乎不含乙炔），从而实现完全的分离。 二.影响精馏的主要因素 1.压力 PVC在常压下沸点为-13.9℃，压力升高沸点相应上升，其对应关系如表所示。 压力/大气压 1 3 4 5 6 氯乙烯沸点/℃ -13.9 16.2 25.7 33.5 39.7 表2-1 氯乙烯压力与沸点关系 进行精馏的粗氯乙烯含有一定数量的低沸物（约30%）在常压下将粗氯乙烯液化时为保证较高的液化率，必须大大降低冷凝的温度（因VC-C2H2混合物沸点在-13.9-83.6℃之间）特别在分馏尾气冷凝中，实践证明，必须控制低至-5℃，过低冷凝温度则增加冷冻能量消耗，另外在低温低温精馏中粗氯乙烯中水分必须彻底除尽，否则易在设备中结冰堵塞，因此常压法精馏氯乙烯在工业上已经被淘汰。因此，当提高低沸塔操作压力时，由于VC-C2H2混合物沸点升高，使制冷温度也相应提高，减少了制冷的动力消耗，当然压力太高，由于达到同样的分离纯度的理论塔板数量增加