工业电器与自动化第二版课件教学课件 ppt 作者 陆建国 主编第八单元常规控制系统电子教案.ppt

8-7 典型过程控制系统 二、 精馏塔的过程控制 工业生产中常常要求将混合物分离成接近纯的组分，其方法是利用混合物中各组分的挥发度不同，将它们进行分离，并达到规定的纯度要求。这一过程即为精馏，完成这一过程的工艺设备是精馏塔 精馏塔的组成示意图如图8－15所示。精馏塔进料入口以下至塔底部分称为提馏段；进料口以上至塔顶称为精馏段。塔内有若干层塔板，每块塔板上有适当高度的液层，回流液经溢流管由上一级塔板流到下一级塔板；蒸汽则由底部上升，通过塔板上的小孔由下一塔板进入上一塔板，与塔板上的液体接触。在每块塔板上同时发生上升蒸汽部分冷凝和回流液体部分汽化的传热过程；更重要的还同时发生易挥发组分不断汽化，从液相转入汽相，难挥发组分不断冷凝，由汽相转入液相的传质过程。整个塔内，易挥发组分浓度由下而上逐渐增加，而难挥发组分浓度则由上而下逐渐增加。适当控制好塔内的温度和压力，则可在塔顶或塔底获取人们所期望的物质组分。 图8-15 精馏塔组成示意图 8-7 典型过程控制系统 二、 精馏塔的过程控制 在精馏塔的过程控制中，控制方案非常多。整个精馏塔的被控变量较多，可选用的操纵变量较多，各变量之间相互关联也很多，对象的控制通道杂，反应缓慢，内在机理复杂，扰动因素很多……尽管有许多不利于控制的因素存在，对精馏操作与控制的要求却较高，这就给精馏塔的控制与操作带来一定的难度。因此，生产过程中只有深入分析工艺特性、对象特性，结合具体情况，才能制定出切实可行的控制方案。下面从三个方面简要介绍精馏塔的过程控制。 8-7 典型过程控制系统 （一）精馏塔的控制要求 1．质量指标 混合物分离的纯度是精馏塔控制的主要指标。在精馏塔的正常操作中，一般应保证在塔底或塔顶产品中至少有一种组分的纯度达到规定的要求，其他组分也应保持在规定的范围内。为此，应当取塔底或塔顶产品的纯度作为被控变量。但由于这种在线实时检测产品纯度有一定困难，因此，大多数情况下是用精馏塔内的“温度或压力”来间接反映产品纯度。 2．平稳操作 为了保证精馏塔的平稳操作，首先必须把进塔之前的主要可控扰动尽可能克服掉，同时尽可能缓和一些不可控的主要扰动。例如，对进塔物料的温度进行控制、进料量的均匀控制、加热剂和冷却剂的压力控制等等。再就是塔的进出物料必须维持平衡，即塔顶馏出物与塔底采出物之和应等于进料量，以保证塔的平稳操作。此外，控制塔内的压力稳定，也是塔平衡操作的条件之一。 3．约束条件 为了保证塔的正常、平稳操作，必须规定某些变量的约束条件。例如，对塔内气体流速的限制；再沸器的加热温差不能超过临界值的限制等。 8-7 典型过程控制系统 （二）精馏塔的主要扰动 1．进料流量、成分和温度的变化 进料量的波动通常是难免的，因为精馏塔的进料往往是由上一工段提供的。进料成分也是由上一工段的出料或原料情况决定的，所以，对于塔系统而言，进料成分属于不可控扰动。至于进料的温度，则可以通过控制使其稳定。 2．塔压的波动 塔压的波动会影响到塔内的汽液平衡和物料平衡，进而影响操作的稳定和产品的质量。 3．再沸器加热剂热量的变化 当加热剂是蒸汽时，加入热量的变化往往是由蒸汽压力变化引起的，这种热量变化会导致塔内温度变化，直接影响到产品的纯度。 4．冷却剂吸收热量的变化 该热量的变化会影响到回流量或回流温度。其变化主要是由冷却剂的压力或温度变化引起的。 5．环境温度的变化 在一般情况下，环境温度的变化影响较小。但如果采用风冷器作为冷凝器时，气温的骤变与昼夜温差会使回流量或回流温度发生变化。 8-7 典型过程控制系统 （三）精馏塔的控制方案 精馏塔的控制方案众多，但总体上分成两大部分进行控制，即提馏段的控制和精馏段的控制。其中大多以间接反映产品纯度的温度作为被控变量，来设计控制方案。 1．精馏塔提馏段的温度控制 采用以提馏段温度作为衡量质量指标的间接变量，以改变加热量作为控制手段的方案，就称为提馏段温度控制。 图8－16所示是精馏塔提馏段温度控制方案之一。该方案以提馏段塔板温度为被控变量，以再沸器的加热蒸汽量为操纵变量，进行温度的定值控制。 除了这一主要控制系统外，还有五个辅助控制回路，以保证控制质量。 图8-16 提馏段温度控制方案 8-7 典型过程控制系统 2．精馏塔的精馏段温度控制 采用以精馏段温度作为衡量质量指标的间接变量，以改变回流量作为控制手段的方案，就称为精馏段温度控制。 图8－17所示为常见的精馏段温控方案之一。它以精馏段塔板温度为被控变量，以回流量为操纵变量，实现精馏段温度的定值控制。除了这一主要控制系统以外，该方案还有五个辅助控制回路。对进料量、塔压、