第17章 精馏塔的控制.ppt

* 过程控制工程 第17章 精馏塔的控制 第 12 课 Process Control Engineering 北京化工大学 信息科学与技术学院自动化系 宿翀 精馏塔的控制 17.1 概述 17.2 精馏塔的特性 17.3 精馏塔被控变量的选择 17.4 精馏塔的整体控制方案 17.5 精馏塔的新型控制方案 第17章 教学进程 17.1 概述 过程工业中广泛使用的一种传质过程， 使混合物料的组分进行分离 教学进程 利用混合物中各组分的挥发度（沸点）不同，或在相同温度下，各组分的蒸汽分压不同，轻组分（液相中）和重组分（汽相中）相互转移 精馏塔结构：板式塔、填料塔 精馏塔操作：连续、间歇 17.1 概述 机理 精馏塔系统特点： MIMO系统、相互关联、机理复杂、动态响应迟缓、能耗大 -〉控制要求高 教学进程 机理 17.1 概述 热剂 釜液,B,xB LB F,zf 冷剂 LD D,xD L V 二元精馏系统 图17-1 教学进程 17.1.1 精馏塔的基本关系 （1）??? 物料平衡 F=B+D B、D：塔釜、塔顶馏出液 Fzf=DxD+BxB xD、xB ：塔釜、顶轻组分含量 物料平衡、能量平衡 二元精馏系统 图17-1 物料平衡方程： ：xB xD B/F ↑： xB xD D/F ↑ ↓ ↑ 教学进程 分离度 s↑: xD↑ xB↓ 能量平衡方程 V：上升蒸汽量 表征了s与V/F的 关系 V/F增加，s也增加，但能耗增加 ? 对于特定的塔，进料组分一定，只要D/F 和 V/F 一定，塔顶和塔底的组分就可确定。 17.1.1 精馏塔的基本关系 （2）??? 能量平衡 教学进程 17.1.2 精馏塔的控制要求 在保证产品合格情况下，总收益最大或总成本最小。 （1）产品质量控制 塔顶或塔底的纯度合格 （2）物料平衡控制 维持塔平稳操作，液位稳定 （3）能量平衡控制 操作压力稳定 （4）安全控制 液泛限 教学进程 17.1.3 精馏塔的干扰因素 进料状态（流量、组分、温度等）、 温度、压力 教学进程 17.2 精馏塔的特性 j j+1 j-1 教学进程 17.3 精馏塔被控变量的选择 ● 间接指标——温度 压力一定情况下，温度与产品的成分有单值对应的关系 直接指标和间接指标 ● 直接指标——产品成分 在线成分仪表价格贵，并且可靠性差 教学进程 ●有时为了兼顾塔顶、塔底产品，可以取进料板温度 17.3 精馏塔被控变量的选择 温度点位置 ●塔顶分离物为产品时，温度放在塔顶——精馏段控制 ●塔底分离物为产品时，温度放在塔底——提馏段控制 ●塔顶温度受压力限制，变化很小，因而，有时取灵敏板温度 教学进程 温度控制恒定时，压力的微小波动，对产品的成分影响很大 17.3 精馏塔被控变量的选择 压力补偿温度 KpO z=T-Kp+KpO P Kp T T 图17-3 （1）??? 直接压力补偿 教学进程 17.3 精馏塔被控变量的选择 （4）??? 推断控制 （2）??? 温差控制 压力的变化，塔顶各板的温度同时变化，某两点温差控制， 可消除压力影响，关键是温差的取值大小。 （3）??? 双温差控制 教学进程 17.4 精馏塔的整体控制方案 物料平衡控制方案 无质量控制（无温度控制） P332 图17-10 17-11 LC LC FC FC FC D L Q V F B 教学进程 17.4 精馏塔的整体控制方案 共同特点：恒定控制塔顶或塔底回流量，有利于平稳操作 质量指标控制 通过温度控制成分 控制手段： 塔顶、 塔底回流、 塔釜加热量 D L Q V F B 教学进程 （1）方案1、2 在保证塔釜温度和液位基本稳定，控制精馏段温度 17.4 精馏塔的整体控制方案 2、L控制温度 下降 1、D控制温度 缺点：温度控制滞后大 温度升高→ D 升高 减小 →液位 →L 增大 →温度 教学进程 17.4 精馏塔的整体控制方案 （2）方案3、4 通过控制提馏段温度，控制精馏塔的温度分布 塔顶回流和馏出的定值控制 4、B控制温度 温度升高→B减小→温度下降 缺点：温度控制滞后大 3、Q控制温度 温度升高→Q减小→温度下降 缺点：温度控制与物料平衡控制有关联 教学进程 17.4.3