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过程控制技术 第二十六讲 精馏塔的控制 7 典型单元的基本控制方案 7.3 精馏塔的控制 精馏是现代化工、炼油等工业生产中应用极为广泛的传质传热过程,其目的是将混合物中各组分分离,达到规定的纯度。精馏过程的实质就是利用混合物各组分具有不同的挥发度,使液相中的轻组分转移到气中,而气相中的重组分转移到液相中,从而实现分离的目的。 7 典型单元的基本控制方案 一般精馏装置由精馏塔塔身、冷凝器、回流罐以及再沸器等设备组成,如图7-23所示。在实际生产过程中,精馏操作可分为歇间精馏和连续精馏两种,工业生产主要采用连续精馏。精馏塔是精馏过程的关键设备,它是一个非常复杂的对象。在精馏操作中,被控变量多,可以选择的操纵参数也多,它们之间又可以有各种不同的组合,所以控制方案繁多。由于精馏塔对象的控制通道很多,反应缓慢,内在机理复杂,参数之间相互关联,加上工艺生产对控制要求又较高,因此在确定控制方案前必须深入分析工艺特性,总结实践经验,结合具体情况,才能设计出合理的控制方案。 7 典型单元的基本控制方案 7 典型单元的基本控制方案 7.3.1 精馏塔的控制目标 精馏塔的控制目标是:在保证产品质量合格的前提下,回收率最高和能耗最低,或使塔的总收益最大,或总成本最小,一般来讲应满足职下三方面要求。 保证质量指标 在精馏塔的生产过程中,一般应当使塔顶或塔底产品中的一个产品符合工艺要求的纯度,另一个产品的组分亦应该保持在规定的范围之内。此时,应取精馏塔塔顶或塔底的产品质量作为被控变量,这种控制系统称之为精馏塔的质量控制系统。 7 典型单元的基本控制方案 物料平衡和能量平衡 为了保证精馏塔的物料平衡和能量平衡,必须把进塔之前的主要可控干扰尽可能预先克服,同时尽可能缓和一些不可控的主要干扰。例如,可设置进料的温度控制、加热剂和冷却剂的压力控制、进料量的均匀控制系统等等。为了维持塔的物料平衡,必须控制塔顶馏出液和釜底采出量,使其之和等于进料量,而且两个采出量变化要缓慢,以保证精馏塔操作的平稳。塔内的持液量应保持在规定的范围内波动,控制好塔内的压力稳定,对精馏塔的物料平衡和能量平衡是十分有必要的。 7 典型单元的基本控制方案 约束条件 为确保精馏塔的正常、安全运行,操作时必须使某些操作参数限制在约束条件之内。常用的精馏塔限制条件为液泛限、漏液限、压力限和临界温差限等。液泛限又称气相速度限,即塔内气相速度过高时,雾沫夹带现象十分严重,实际上是液相从下面塔板倒流到上面塔板,产生液泛会破坏塔的正常操作。漏液限又称为气相最小速度限,当气相速度小于某一值时,将产生塔板漏液现象,板效率下降。最好能在稍低于液泛的流速下操作。要防止液泛和漏液现象,可以通过塔压降或压差来监视气相速度。压力限是塔的操作压力的限制,一般设最大操作压力限,超限会影响塔内的气液相平衡,严重超限甚至会影响安全生产。 7 典型单元的基本控制方案 7.3.2 精馏塔的干扰因素 在精馏塔的操作过程中,影响其质量指标的主要干扰因素有: 7 典型单元的基本控制方案 进料流量F的波动 进料量F在很多情况下是不可控的,它的波动通常难以完全避免。如果一个精馏塔是位于整个工艺生产过程的起点,要使进料流量F恒定,可采用定值控制。然而,在多数情况下,精馏塔的处理量是由上一工序决定的。如果要使进料量恒定,势必需要设置很大的中间贮存物料的容器。工艺生产上新的设计思想是尽量减小或取消中间贮槽,而是在上一工序中采用液位均匀控制系统来控制出料量,以使进料流量F的波动不致于剧烈。 7 典型单元的基本控制方案 进料成分ZF的变化 进料成分ZF一般是不可控的,它的变化也是无法避免的,进料成分ZF由上一工序或原料情况所确定。 7 典型单元的基本控制方案 进料温度QF及进料热焓QF的变化 进料温度QF通常是比较恒定的,假如不恒定,可以先将进料进行预热,通过温度控制系统来使精馏塔的进料温度QF恒定。然而,在进料温度恒定时,只有当进料状态全部是汽态或全部是液态时,进料热焓QF才能恒定。当进料量是汽液混相状态时,则只有当汽液两相的比例恒定时,进料热焓QF才能恒定。为了保持精馏塔的进料热焓QF的恒定,必要时可通过热焓控制的方法来维持热焓QF的恒定。 7 典型单元的基本控制方案 再沸器加入热量的变化 当加热剂是蒸汽时,加入热量的变化往往是由蒸汽压力的变化而引起的,可以通过在蒸汽总管设置压力控制系统来加以克服,或者在串级控制系统的副回路予以克服。 冷凝器内除去热量的变化 冷却过程热量的变化会影响到回流量或回流温度,它的变化主要是由于冷却剂的压力或温度变化而引起的。一般情况冷却剂温度的变化较小,而压力的波动可采用克服加热剂压力变化的同样方法予以控制。 7 典型单元的基本控制方案 环境温度的变化 一般情况下,
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