精餾塔控制-課件

精餾塔的控制12/30/20221過程控制青海大學(xué)精餾塔的控制12/29/20221過程控制青海大學(xué)精餾工藝精餾過程的實質(zhì)是利用混合物中各組分具有不同的揮發(fā)度，實現(xiàn)組分的分離。按組分(二元精餾和多元精餾)；按揮發(fā)度分(一般精餾和特殊精餾);按結(jié)構(gòu)分(板式塔、填料塔)。按操作的連續(xù)性分類(連續(xù)精餾和間歇精餾)。12/30/20222過程控制青海大學(xué)精餾工藝精餾過程的實質(zhì)是利用混合物中各組分具有不同的揮發(fā)度，精餾過程是一個復(fù)雜的傳質(zhì)傳熱過程。表現(xiàn)為：過程變量多，被控變量多，可操縱的變量也多；過程動態(tài)和機理復(fù)雜，例如，非線性、時變、關(guān)聯(lián)；控制方案多樣，例如，同一被控變量可以采用不同的控制方案，控制方案的適應(yīng)面廣等。因此，熟悉工藝過程和內(nèi)在特性，對控制系統(tǒng)的設(shè)計十分重要。12/30/20223過程控制青海大學(xué)精餾過程是一個復(fù)雜的傳質(zhì)傳熱過程。表現(xiàn)為：過程變量多，被控變

精餾過程通過精餾塔、再沸器、冷凝器等設(shè)備完成。再沸器為混合物液相中輕組分的轉(zhuǎn)移提供能量；冷凝器將塔頂來的上升蒸氣冷凝為液相，并提供精餾所需的回流。精餾塔是實現(xiàn)混合物組分分離的主要設(shè)備。精餾塔的控制分析12/30/20224過程控制青海大學(xué)精餾過程通過精餾塔、再沸器、冷凝器等設(shè)備完成。再沸器為操作目的：

通過反復(fù)的部分汽化與部分冷凝，將混合液中沸點不同的各組分分離成產(chǎn)品。操作代價：消耗能量，塔底需要加熱使塔底液部分汽化；塔頂需要冷卻使塔頂組分冷凝；12/30/20225過程控制青海大學(xué)操作目的：12/29/20225過程控制青海大學(xué)精餾塔的控制要求1、質(zhì)量指標2、產(chǎn)品產(chǎn)量3、能量消耗4、約束條件控制目標：在保證產(chǎn)品質(zhì)量合格的前提下，使塔的回收率最高、能耗最低，即使總收益最大，成本最小。12/30/20226過程控制青海大學(xué)精餾塔的控制要求1、質(zhì)量指標控制目標：在保證產(chǎn)品質(zhì)量合格的前質(zhì)量指標多元精餾則以關(guān)鍵組分的含量來表示。關(guān)鍵組分是指對產(chǎn)品質(zhì)量影響較大的組分。精餾塔的質(zhì)量指標指塔頂或塔底產(chǎn)品的純度二元精餾質(zhì)量指標指塔頂產(chǎn)品中輕組分含量和塔底產(chǎn)品中重組分含量。產(chǎn)品組分含量并非越純越好，12/30/20227過程控制青海大學(xué)質(zhì)量指標多元精餾則以關(guān)鍵組分的含量來表示。關(guān)鍵組分是指對產(chǎn)物料平衡控制

進出物料平衡，即塔頂、塔底采出量應(yīng)和進料量相平衡，維持塔的正常平穩(wěn)操作，以及上下工序的協(xié)調(diào)工作。物料平衡的控制是以冷凝罐（回流罐）與塔釜液位一定（介于規(guī)定的上、下限之間）為目標的。12/30/20228過程控制青海大學(xué)物料平衡控制進出物料平衡，即塔頂、塔底采出量應(yīng)和進料能量平衡和經(jīng)濟平衡性指標要保證精餾塔產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品產(chǎn)量的同時，考慮降低能量的消耗，使能量平衡，實現(xiàn)較好的經(jīng)濟性。12/30/20229過程控制青海大學(xué)能量平衡和經(jīng)濟平衡性指標要保證精餾塔產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品產(chǎn)量約束條件精餾過程是復(fù)雜傳質(zhì)傳熱過程。為了滿足穩(wěn)定和安全操作的要求，對精餾塔操作參數(shù)有一定的約束條件氣相速度限，出現(xiàn)液泛現(xiàn)象。最小氣相速度限，造成漏液。操作壓力限。臨界溫度限12/30/202210過程控制青海大學(xué)約束條件精餾過程是復(fù)雜傳質(zhì)傳熱過程。為了滿足穩(wěn)定和安全操精餾塔產(chǎn)品純度、產(chǎn)品回收率

和能耗之間的相互關(guān)系產(chǎn)品回收率：進料中每單位產(chǎn)品組分所能得到的可售產(chǎn)品的數(shù)量；能耗指標：用單位進料的塔底上升蒸氣量V/F來表示；若能耗一定，隨著產(chǎn)品純度提高，回收率迅速下降；若產(chǎn)品純度一定，在一定范圍內(nèi)隨著能耗提高，回收率也明顯提高；到一定程度后，增加能耗的效果就不顯著了。12/30/202211過程控制青海大學(xué)精餾塔產(chǎn)品純度、產(chǎn)品回收率

和能耗之間的相互關(guān)系產(chǎn)品回收率：精餾塔產(chǎn)品純度、產(chǎn)品回收率

和能耗之間的相互關(guān)系產(chǎn)品回收率：進料中每單位產(chǎn)品組分所能得到的可售產(chǎn)品的數(shù)量；能耗指標：用單位進料的塔底上升蒸氣量V/F來表示；若能耗一定，隨著產(chǎn)品純度提高，回收率迅速下降；若產(chǎn)品純度一定，在一定范圍內(nèi)隨著能耗提高，回收率也明顯提高；到一定程度后，增加能耗的效果就不顯著了。12/30/202212過程控制青海大學(xué)精餾塔產(chǎn)品純度、產(chǎn)品回收率

和能耗之間的相互關(guān)系產(chǎn)品回收率：12/30/202213過程控制青海大學(xué)12/29/202213過程控制青海大學(xué)精餾塔的擾動分析進料流量和進料成分進料溫度或進料熱焓再沸器加熱蒸汽壓力冷卻水壓力和溫度環(huán)境溫度12/30/202214過程控制青海大學(xué)精餾塔的擾動分析進料流量和進料成分12/29/202214精餾塔的擾動分析進料流量：可測不可控，基本恒定，采用均勻或前饋控制進料成分：不可控和難測量，外圍控制使不變進料溫度：一般可測可控，不控制或進料熱焓控制再沸器加熱蒸汽壓力：一般可控可測，定值或串級控制冷卻水壓力和溫度：塔壓定值或浮動塔壓控環(huán)境溫度：不控制或內(nèi)回流控制12/30/202215過程控制青海大學(xué)精餾塔的擾動分析進料流量：可測不可控，基本恒定，采用均勻或前精餾塔的靜態(tài)特性物料平衡和內(nèi)部的物料平衡能量平衡進料濃度Zf和進料流量F對產(chǎn)品質(zhì)量的影響12/30/202216過程控制青海大學(xué)精餾塔的靜態(tài)特性物料平衡和內(nèi)部的物料平衡12/29/2022總組分與輕組分的物料平衡方程：結(jié)論：對于給定的進料，若D/F和V/F保持一定，則該塔的分離結(jié)果xD,xB就完全確定。物料平衡和內(nèi)部的物料平衡和是影響、的關(guān)鍵因素是通過和影響組分變化12/30/202217過程控制青海大學(xué)總組分與輕組分的物料平衡方程：結(jié)論：對于給定的進料，若D/F能量平衡分離度影響分離度的因素：s=f(α,n,V/F,ZF,E,nF)12/30/202218過程控制青海大學(xué)能量平衡分離度影響分離度的因素：12/29/202218結(jié)論

XB、XD可采用D/F或B/F來控制當(dāng)ZF一定時，如V/F和B/F(或D/F)一定，則XB和XD也就確定當(dāng)ZF變化時，ZF↑，則XB和XD↑，可用增加D/F(或減小B/F)來補償分離度S一定時，調(diào)節(jié)D/F或B/F可控制XB和XD，兩者有關(guān)聯(lián)12/30/202219過程控制青海大學(xué)結(jié)論XB、XD可采用D/F或B/F來控制12/29精餾塔的內(nèi)部物料平衡假設(shè)條件：加料板物料平衡精餾塔精餾段的物料平衡精餾塔提餾段的物料平衡12/30/202220過程控制青海大學(xué)精餾塔的內(nèi)部物料平衡假設(shè)條件：12/29/202220過程控精餾塔的內(nèi)部物料平衡——進料板的物料平衡泡點進料：露點進料：12/30/202221過程控制青海大學(xué)精餾塔的內(nèi)部物料平衡——進料板的物料平衡泡點進料：露點進料：精餾塔的內(nèi)部物料平衡——精餾段和提餾段的物料平衡12/30/202222過程控制青海大學(xué)精餾塔的內(nèi)部物料平衡——精餾段和提餾段的物料平衡12/29/動態(tài)影響分析上升蒸汽和回流的影響——除了頂部塔板外，再沸器加熱量對汽液比的影響比回流量快組分滯后的影響——組分滯后隨著塔板上液相蓄存量和塔板數(shù)的增加而增加回流罐蓄液量和塔釜液量引起的滯后影響——回流罐和塔釜液位必須保持一定，否則會影響控制品質(zhì)12/30/202223過程控制青海大學(xué)動態(tài)影響分析上升蒸汽和回流的影響12/29/202223過程精餾塔的控制問題12/30/202224過程控制青海大學(xué)精餾塔的控制問題12/29/202224過程控制青海大精餾塔的壓力控制塔頂汽相采出量DV—塔壓P冷凝器冷卻量QC—塔壓P12/30/202225過程控制青海大學(xué)精餾塔的壓力控制塔頂汽相采出量DV—塔壓P冷凝器冷精餾塔的簡化控制問題12/30/202226過程控制青海大學(xué)精餾塔的簡化控制問題12/29/202226過程控制青精餾塔質(zhì)量指標的選取直接質(zhì)量指標

（1）產(chǎn)品質(zhì)量在線分析儀/軟測量儀間接質(zhì)量指標 （1）靈敏板溫度，與塔頂/塔底溫度相比，可提高溫度變化的靈敏度（對于同樣的濃度變化）； （2）溫差信息，與靈敏板溫度相比，可減弱壓力波動對溫度的影響； （3）雙溫差信息，可用于精餾塔的適宜分離度控制，即使塔頂/塔底產(chǎn)品純度均適中。12/30/202227過程控制青海大學(xué)精餾塔質(zhì)量指標的選取直接質(zhì)量指標12/29/202227過程精餾塔被控變量的選擇直接質(zhì)量指標：產(chǎn)品成分：價格貴，可靠性差，滯后大間接質(zhì)量指標：溫度：二元物系：塔壓固定時，與成分一一對應(yīng)12/30/202228過程控制青海大學(xué)精餾塔被控變量的選擇直接質(zhì)量指標：產(chǎn)品成分：價格貴，可靠性塔頂（或塔底）的溫度控制使用場合：當(dāng)塔頂餾出物是產(chǎn)品時，采用塔頂溫度控制當(dāng)塔底餾出物是產(chǎn)品時，采用塔底溫度控制注意事項：該方案易受塔壓影響，微量雜質(zhì)會影響沸點，從而影響產(chǎn)品質(zhì)量控制時，為保證另一產(chǎn)品的質(zhì)量，要有一定的操作裕度由于溫度檢測裝置靈敏度和監(jiān)測點溫度不靈敏，分離高純產(chǎn)品有困難12/30/202229過程控制青海大學(xué)塔頂（或塔底）的溫度控制使用場合：注意事項：12/29/2采用精餾段溫度控制的場合?進料含比塔底產(chǎn)品更重的影響溫度和成分關(guān)系的重雜質(zhì)?對塔頂產(chǎn)品成分的要求比對塔底產(chǎn)?塔底或提餾段溫度不能很好反映組分的變化?全部為氣相進料12/30/202230過程控制青海大學(xué)采用精餾段溫度控制的場合?進料含比塔底產(chǎn)品更重的影響溫度和成采用提餾段溫度控制的場合?對塔底產(chǎn)品成分的要求比對塔頂產(chǎn)品要求高?塔頂或精餾段溫度不能很好反映組分的變化?進料含比塔頂產(chǎn)品更輕的影響溫度和成分關(guān)系的清雜質(zhì)?采用回流控制時，回流量較大變化會影響精餾塔平穩(wěn)操作?全部為液相進料12/30/202231過程控制青海大學(xué)采用提餾段溫度控制的場合?對塔底產(chǎn)品成分的要求比對塔頂產(chǎn)品要靈敏板的溫度控制?靜態(tài)：在擾動下，從一個穩(wěn)態(tài)到另一個穩(wěn)態(tài)時塔板溫度變化更大的塔板?動態(tài)：靈敏板與上下塔板間的濃度差最大注意事項：?靈敏板應(yīng)在正反擾動下有相近的溫度差變化，以使系統(tǒng)有線性關(guān)系?對既定塔和操作條件，可計算出大致靈敏板為止，再實際調(diào)整?工況變化時，板效率變化，靈敏板位置也會變化12/30/202232過程控制青海大學(xué)靈敏板的溫度控制?靜態(tài)：在擾動下，從一個穩(wěn)態(tài)到另一個穩(wěn)態(tài)時塔采用壓力補償?shù)臏囟茸鳛殚g接質(zhì)量指標溫差控制雙溫差控制根據(jù)壓力補償計算溫度設(shè)定值的控制12/30/202233過程控制青海大學(xué)采用壓力補償?shù)臏囟茸鳛殚g接質(zhì)量指標溫差控制12/29/202溫差控制設(shè)計依據(jù)：?塔壓變化對兩個塔板溫度都有影響，用溫差控制可減少壓力變化的影響….?通常選一個溫度變化較小，如塔頂或稍下幾板，另一個選用靈敏板溫度注意事項：?對分離要求較高的精餾塔可采用溫差控制?溫度檢測點位置要選擇合適，溫差的設(shè)定值要合適，操作工況要穩(wěn)定?也可直接用壓力進行補償?shù)目刂品桨?主要用于消除塔壓變化的影響，即壓力變化時，溫差不變12/30/202234過程控制青海大學(xué)溫差控制設(shè)計依據(jù)：注意事項：12/29/202234過程控制雙溫差控制應(yīng)用場合：當(dāng)溫度差與成分之間不是單值對應(yīng)關(guān)系即進料負荷變化引起溫度差的變化與引起的壓力差變化不一致…..依據(jù)：負荷變化引起塔壓變化，在精餾段和提餾段均有相應(yīng)的溫度差，用精餾段溫度差與提餾段溫度差的差值可補償塔壓變化的影響…..?注意事項?雙溫差控制器的設(shè)定值要合適?對進料流量的波動也有較好的控制效果12/30/202235過程控制青海大學(xué)雙溫差控制應(yīng)用場合：當(dāng)溫度差與成分之間不是單值對應(yīng)關(guān)系12/根據(jù)壓力補償計算溫度設(shè)定值的控制TS是產(chǎn)品所需成分在塔壓時對應(yīng)的溫度設(shè)定值；p是塔壓測量值；p0是設(shè)計的塔壓值；Tsp是在實際塔壓條件下的溫度設(shè)定值

12/30/202236過程控制青海大學(xué)根據(jù)壓力補償計算溫度設(shè)定值的控制TS是產(chǎn)品所需成分在塔壓時精餾塔的基本控制物料平衡控制：用塔頂或塔底的餾出物料作為操縱變量的控制能量平衡控制：用塔頂回流量或再沸器加熱量作為操縱變量的控制12/30/202237過程控制青海大學(xué)精餾塔的基本控制物料平衡控制：12/29/202237過程精餾塔被控變量和操縱變量配對準則準則一當(dāng)僅需一端的產(chǎn)品進行控制時選用物料平衡控制來控制該段的產(chǎn)品質(zhì)量準則二當(dāng)塔兩端的產(chǎn)品流量較小時應(yīng)作為操縱變量控制塔兩端的產(chǎn)品質(zhì)量準則三當(dāng)塔兩端產(chǎn)品均需質(zhì)量控制時通常對含純產(chǎn)品較少雜質(zhì)較多一端的質(zhì)量控制12/30/202238過程控制青海大學(xué)精餾塔被控變量和操縱變量配對準則準則一12/29/20223精餾塔物料平衡控制問題特點：僅保證塔的物料平衡要求，而不對塔頂、塔底產(chǎn)品質(zhì)量作嚴格控制。適應(yīng)場合：（1）對產(chǎn)品質(zhì)量要求不高；（2）處理量與進料性質(zhì)變化不頻繁或變化幅度小。DLQHBLD××LB××12/30/202239過程控制青海大學(xué)精餾塔物料平衡控制問題特點：僅保證塔的物料平衡要求，而不對塔方案操縱變量DLQHB備注1受控變量LDLQHLB對產(chǎn)品的質(zhì)量控制較弱2DLDQHLB當(dāng)D＜＜B時采用3LDLLBB當(dāng)B＜＜D時采用4DLDLBB不可用精流塔物料平衡控制方案12/30/202240過程控制青海大學(xué)方案操縱變量DLQHB備注1受控變量LDLQHLB對產(chǎn)品的物料平衡控制方案之方案一對產(chǎn)品的質(zhì)量控制較弱12/30/202241過程控制青海大學(xué)物料平衡控制方案之方案一對產(chǎn)品的質(zhì)量控制較弱12/29/20物料平衡控制方案之方案二當(dāng)D＜＜B時采用1、如果對B自控，B的小波動會造成D的大波動2、小流量控制液位太慢12/30/202242過程控制青海大學(xué)物料平衡控制方案之方案二當(dāng)D＜＜B時采用12/29/2022物料平衡控制方案之方案三當(dāng)B＜＜D時采用12/30/202243過程控制青海大學(xué)物料平衡控制方案之方案三當(dāng)B＜＜D時采用12/29/2022一端產(chǎn)品質(zhì)量控制：塔頂質(zhì)量被控變量：TR,LD,LB(即只對塔頂產(chǎn)品質(zhì)量指標進行控制，對塔底產(chǎn)品質(zhì)量指標不作嚴格要求)方案操縱變量DLQHB5LDTRQHLB6TRLDQHLB7LDTRLBB8TRLDLBB12/30/202244過程控制青海大學(xué)一端產(chǎn)品質(zhì)量控制：塔頂質(zhì)量被控變量：TR,LD,LB一個產(chǎn)品質(zhì)量控制之方案五直接控制塔內(nèi)能量平衡關(guān)系來實現(xiàn)對分離精度的控制，但是回流L的波動對精餾塔的平穩(wěn)操作是不利的。再沸器加熱量需要足夠大，以保證最大負荷時的產(chǎn)品質(zhì)量。12/30/202245過程控制青海大學(xué)一個產(chǎn)品質(zhì)量控制之方案五直接控制塔內(nèi)能量平衡關(guān)系來實現(xiàn)對分離一個產(chǎn)品質(zhì)量控制之方案六一種物料平衡控制方案。實質(zhì)是通過D的變化使LD改變，從而在LD的液位控制作用下使L變化。因此溫度回路滯后較大?；亓髁枯^大時控制D較靈敏。當(dāng)產(chǎn)品質(zhì)量不合格時，可采取全回流保證產(chǎn)品質(zhì)量。再沸器加熱量也要保持較高的值。12/30/202246過程控制青海大學(xué)一個產(chǎn)品質(zhì)量控制之方案六一種物料平衡控制方案。實質(zhì)是通過D的一個產(chǎn)品質(zhì)量控制之方案七塔頂溫度回路和塔底液位回路之間存在著較嚴重的關(guān)聯(lián)，多為負相關(guān)，不使用。12/30/202247過程控制青海大學(xué)一個產(chǎn)品質(zhì)量控制之方案七塔頂溫度回路和塔底液位回路之間存在著一端產(chǎn)品質(zhì)量控制：塔底質(zhì)量被控變量：TS,LD,LB(即只對塔底產(chǎn)品質(zhì)量指標進行控制，對塔頂產(chǎn)品質(zhì)量指標不作嚴格要求)方案操縱變量DLQHB9受控變量LDLTSLB10LDLLBTS11DLDTSLB12DLDLBTS12/30/202248過程控制青海大學(xué)一端產(chǎn)品質(zhì)量控制：塔底質(zhì)量被控變量：TS,LD,LB一個產(chǎn)品質(zhì)量控制之方案九采用再沸器加熱量控制溫度，動態(tài)響應(yīng)快，反應(yīng)迅速。方案中回流采用定值控制，當(dāng)回流量不足時容易引起液泛。12/30/202249過程控制青海大學(xué)一個產(chǎn)品質(zhì)量控制之方案九采用再沸器加熱量控制溫度，動態(tài)響應(yīng)快一個產(chǎn)品質(zhì)量控制之方案十與方案六類似，也是物料平衡控制方式。實質(zhì)是通過B的變化使LB改變，從而在LB的液位控制作用下使QH變化。底部產(chǎn)品流量小時采用；并且質(zhì)量不合格時可以暫停出料。12/30/202250過程控制青海大學(xué)一個產(chǎn)品質(zhì)量控制之方案十與方案六類似，也是物料平衡控制方式。精餾塔兩端質(zhì)量指標控制問題DLQHBLD××TR××TS××LB××目的：為了使操作成本特別是能耗減少12/30/202251過程控制青海大學(xué)精餾塔兩端質(zhì)量指標控制問題DLQHBLD××TR××TS××兩端質(zhì)量指標控制方案12/30/202252過程控制青海大學(xué)兩端質(zhì)量指標控制方案12/29/202252過程控制青兩端質(zhì)量指標控制之方案十三該方案在應(yīng)用前應(yīng)先分析兩個質(zhì)量回路的相關(guān)性：（1）若相互耦合不嚴重，則可通過調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定，使相關(guān)回路的工作頻率拉開以減少關(guān)聯(lián)；（2）若耦合嚴重，則要考慮采用解耦控制。12/30/202253過程控制青海大學(xué)兩端質(zhì)量指標控制之方案十三該方案在應(yīng)用前應(yīng)先分析兩個質(zhì)量回路兩端質(zhì)量指標控制之方案十四根據(jù)精餾塔靜態(tài)特性有：則可求出相對增益：12/30/202254過程控制青海大學(xué)兩端質(zhì)量指標控制之方案十四根據(jù)精餾塔靜態(tài)特性有：則可求出相對精餾塔的其他控制方案進料熱焓控制， 以克服進料溫度與進料狀態(tài)對產(chǎn)品質(zhì)量的影響；進料前饋反饋控制， 以適應(yīng)進料量的變化，并提高控制質(zhì)量；浮動塔壓控制：盡可能降低塔壓，以節(jié)約能耗；但應(yīng)相應(yīng)改變靈敏板溫度控制的設(shè)定，以保證產(chǎn)品合格。產(chǎn)品質(zhì)量指標的“卡邊”控制： 關(guān)鍵技術(shù)：在線分析儀(軟測量儀)+先進控制系統(tǒng)12/30/202255過程控制青海大學(xué)精餾塔的其他控制方案進料熱焓控制，12/29/202255過前饋反饋控制系統(tǒng)12/30/202256過程控制青海大學(xué)前饋反饋控制系統(tǒng)12/29/202256過程控制青海大精餾塔的塔壓控制壓力控制的必要性和塔壓的影響加壓精餾塔的控制減壓精餾塔的控制常壓塔的控制12/30/202257過程控制青海大學(xué)精餾塔的塔壓控制壓力控制的必要性和塔壓的影響12/29/20壓力控制的必要性和塔壓的影響壓力控制的必要性塔壓變化會引起塔板上汽液平衡關(guān)系的變化，影響塔的平穩(wěn)操作用溫度反映塔的質(zhì)量指標時，溫度與成分的對應(yīng)關(guān)系在一定塔壓下才成立塔壓的影響：增加塔壓，可提高混合液的沸點，有利于減少冷量降低塔壓，可降低混合液的沸點，可防止分解12/30/202258過程控制青海大學(xué)壓力控制的必要性和塔壓的影響壓力控制的必要性12/29/20加壓精餾塔的控制液相采出，流出物含大量不凝物

液相采出，流出物含少量不凝物

12/30/202259過程控制青海大學(xué)加壓精餾塔的控制液相采出，流出物含大量不凝物液相采出，流出加壓精餾塔的控制液相采出，流出物含微量不凝物

氣相采出，流出物含少量不凝物

12/30/202260過程控制青海大學(xué)加壓精餾塔的控制液相采出，流出物含微量不凝物氣相采出，流出減壓精餾塔的控制采用蒸汽噴射泵抽真空

12/30/202261過程控制青海大學(xué)減壓精餾塔的控制采用蒸汽噴射泵抽真空12/29/20226常壓塔的控制壓力控制的必要性和塔壓的影響加壓精餾塔的控制減壓精餾塔的控制12/30/202262過程控制青海大學(xué)常壓塔的控制壓力控制的必要性和塔壓的影響12/29/2022精餾塔的控制12/30/202263過程控制青海大學(xué)精餾塔的控制12/29/20221過程控制青海大學(xué)精餾工藝精餾過程的實質(zhì)是利用混合物中各組分具有不同的揮發(fā)度，實現(xiàn)組分的分離。按組分(二元精餾和多元精餾)；按揮發(fā)度分(一般精餾和特殊精餾);按結(jié)構(gòu)分(板式塔、填料塔)。按操作的連續(xù)性分類(連續(xù)精餾和間歇精餾)。12/30/202264過程控制青海大學(xué)精餾工藝精餾過程的實質(zhì)是利用混合物中各組分具有不同的揮發(fā)度，精餾過程是一個復(fù)雜的傳質(zhì)傳熱過程。表現(xiàn)為：過程變量多，被控變量多，可操縱的變量也多；過程動態(tài)和機理復(fù)雜，例如，非線性、時變、關(guān)聯(lián)；控制方案多樣，例如，同一被控變量可以采用不同的控制方案，控制方案的適應(yīng)面廣等。因此，熟悉工藝過程和內(nèi)在特性，對控制系統(tǒng)的設(shè)計十分重要。12/30/202265過程控制青海大學(xué)精餾過程是一個復(fù)雜的傳質(zhì)傳熱過程。表現(xiàn)為：過程變量多，被控變

精餾過程通過精餾塔、再沸器、冷凝器等設(shè)備完成。再沸器為混合物液相中輕組分的轉(zhuǎn)移提供能量；冷凝器將塔頂來的上升蒸氣冷凝為液相，并提供精餾所需的回流。精餾塔是實現(xiàn)混合物組分分離的主要設(shè)備。精餾塔的控制分析12/30/202266過程控制青海大學(xué)精餾過程通過精餾塔、再沸器、冷凝器等設(shè)備完成。再沸器為操作目的：

通過反復(fù)的部分汽化與部分冷凝，將混合液中沸點不同的各組分分離成產(chǎn)品。操作代價：消耗能量，塔底需要加熱使塔底液部分汽化；塔頂需要冷卻使塔頂組分冷凝；12/30/202267過程控制青海大學(xué)操作目的：12/29/20225過程控制青海大學(xué)精餾塔的控制要求1、質(zhì)量指標2、產(chǎn)品產(chǎn)量3、能量消耗4、約束條件控制目標：在保證產(chǎn)品質(zhì)量合格的前提下，使塔的回收率最高、能耗最低，即使總收益最大，成本最小。12/30/202268過程控制青海大學(xué)精餾塔的控制要求1、質(zhì)量指標控制目標：在保證產(chǎn)品質(zhì)量合格的前質(zhì)量指標多元精餾則以關(guān)鍵組分的含量來表示。關(guān)鍵組分是指對產(chǎn)品質(zhì)量影響較大的組分。精餾塔的質(zhì)量指標指塔頂或塔底產(chǎn)品的純度二元精餾質(zhì)量指標指塔頂產(chǎn)品中輕組分含量和塔底產(chǎn)品中重組分含量。產(chǎn)品組分含量并非越純越好，12/30/202269過程控制青海大學(xué)質(zhì)量指標多元精餾則以關(guān)鍵組分的含量來表示。關(guān)鍵組分是指對產(chǎn)物料平衡控制

進出物料平衡，即塔頂、塔底采出量應(yīng)和進料量相平衡，維持塔的正常平穩(wěn)操作，以及上下工序的協(xié)調(diào)工作。物料平衡的控制是以冷凝罐（回流罐）與塔釜液位一定（介于規(guī)定的上、下限之間）為目標的。12/30/202270過程控制青海大學(xué)物料平衡控制進出物料平衡，即塔頂、塔底采出量應(yīng)和進料能量平衡和經(jīng)濟平衡性指標要保證精餾塔產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品產(chǎn)量的同時，考慮降低能量的消耗，使能量平衡，實現(xiàn)較好的經(jīng)濟性。12/30/202271過程控制青海大學(xué)能量平衡和經(jīng)濟平衡性指標要保證精餾塔產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品產(chǎn)量約束條件精餾過程是復(fù)雜傳質(zhì)傳熱過程。為了滿足穩(wěn)定和安全操作的要求，對精餾塔操作參數(shù)有一定的約束條件氣相速度限，出現(xiàn)液泛現(xiàn)象。最小氣相速度限，造成漏液。操作壓力限。臨界溫度限12/30/202272過程控制青海大學(xué)約束條件精餾過程是復(fù)雜傳質(zhì)傳熱過程。為了滿足穩(wěn)定和安全操精餾塔產(chǎn)品純度、產(chǎn)品回收率

和能耗之間的相互關(guān)系產(chǎn)品回收率：進料中每單位產(chǎn)品組分所能得到的可售產(chǎn)品的數(shù)量；能耗指標：用單位進料的塔底上升蒸氣量V/F來表示；若能耗一定，隨著產(chǎn)品純度提高，回收率迅速下降；若產(chǎn)品純度一定，在一定范圍內(nèi)隨著能耗提高，回收率也明顯提高；到一定程度后，增加能耗的效果就不顯著了。12/30/202273過程控制青海大學(xué)精餾塔產(chǎn)品純度、產(chǎn)品回收率

和能耗之間的相互關(guān)系產(chǎn)品回收率：精餾塔產(chǎn)品純度、產(chǎn)品回收率

和能耗之間的相互關(guān)系產(chǎn)品回收率：進料中每單位產(chǎn)品組分所能得到的可售產(chǎn)品的數(shù)量；能耗指標：用單位進料的塔底上升蒸氣量V/F來表示；若能耗一定，隨著產(chǎn)品純度提高，回收率迅速下降；若產(chǎn)品純度一定，在一定范圍內(nèi)隨著能耗提高，回收率也明顯提高；到一定程度后，增加能耗的效果就不顯著了。12/30/202274過程控制青海大學(xué)精餾塔產(chǎn)品純度、產(chǎn)品回收率

和能耗之間的相互關(guān)系產(chǎn)品回收率：12/30/202275過程控制青海大學(xué)12/29/202213過程控制青海大學(xué)精餾塔的擾動分析進料流量和進料成分進料溫度或進料熱焓再沸器加熱蒸汽壓力冷卻水壓力和溫度環(huán)境溫度12/30/202276過程控制青海大學(xué)精餾塔的擾動分析進料流量和進料成分12/29/202214精餾塔的擾動分析進料流量：可測不可控，基本恒定，采用均勻或前饋控制進料成分：不可控和難測量，外圍控制使不變進料溫度：一般可測可控，不控制或進料熱焓控制再沸器加熱蒸汽壓力：一般可控可測，定值或串級控制冷卻水壓力和溫度：塔壓定值或浮動塔壓控環(huán)境溫度：不控制或內(nèi)回流控制12/30/202277過程控制青海大學(xué)精餾塔的擾動分析進料流量：可測不可控，基本恒定，采用均勻或前精餾塔的靜態(tài)特性物料平衡和內(nèi)部的物料平衡能量平衡進料濃度Zf和進料流量F對產(chǎn)品質(zhì)量的影響12/30/202278過程控制青海大學(xué)精餾塔的靜態(tài)特性物料平衡和內(nèi)部的物料平衡12/29/2022總組分與輕組分的物料平衡方程：結(jié)論：對于給定的進料，若D/F和V/F保持一定，則該塔的分離結(jié)果xD,xB就完全確定。物料平衡和內(nèi)部的物料平衡和是影響、的關(guān)鍵因素是通過和影響組分變化12/30/202279過程控制青海大學(xué)總組分與輕組分的物料平衡方程：結(jié)論：對于給定的進料，若D/F能量平衡分離度影響分離度的因素：s=f(α,n,V/F,ZF,E,nF)12/30/202280過程控制青海大學(xué)能量平衡分離度影響分離度的因素：12/29/202218結(jié)論

XB、XD可采用D/F或B/F來控制當(dāng)ZF一定時，如V/F和B/F(或D/F)一定，則XB和XD也就確定當(dāng)ZF變化時，ZF↑，則XB和XD↑，可用增加D/F(或減小B/F)來補償分離度S一定時，調(diào)節(jié)D/F或B/F可控制XB和XD，兩者有關(guān)聯(lián)12/30/202281過程控制青海大學(xué)結(jié)論XB、XD可采用D/F或B/F來控制12/29精餾塔的內(nèi)部物料平衡假設(shè)條件：加料板物料平衡精餾塔精餾段的物料平衡精餾塔提餾段的物料平衡12/30/202282過程控制青海大學(xué)精餾塔的內(nèi)部物料平衡假設(shè)條件：12/29/202220過程控精餾塔的內(nèi)部物料平衡——進料板的物料平衡泡點進料：露點進料：12/30/202283過程控制青海大學(xué)精餾塔的內(nèi)部物料平衡——進料板的物料平衡泡點進料：露點進料：精餾塔的內(nèi)部物料平衡——精餾段和提餾段的物料平衡12/30/202284過程控制青海大學(xué)精餾塔的內(nèi)部物料平衡——精餾段和提餾段的物料平衡12/29/動態(tài)影響分析上升蒸汽和回流的影響——除了頂部塔板外，再沸器加熱量對汽液比的影響比回流量快組分滯后的影響——組分滯后隨著塔板上液相蓄存量和塔板數(shù)的增加而增加回流罐蓄液量和塔釜液量引起的滯后影響——回流罐和塔釜液位必須保持一定，否則會影響控制品質(zhì)12/30/202285過程控制青海大學(xué)動態(tài)影響分析上升蒸汽和回流的影響12/29/202223過程精餾塔的控制問題12/30/202286過程控制青海大學(xué)精餾塔的控制問題12/29/202224過程控制青海大精餾塔的壓力控制塔頂汽相采出量DV—塔壓P冷凝器冷卻量QC—塔壓P12/30/202287過程控制青海大學(xué)精餾塔的壓力控制塔頂汽相采出量DV—塔壓P冷凝器冷精餾塔的簡化控制問題12/30/202288過程控制青海大學(xué)精餾塔的簡化控制問題12/29/202226過程控制青精餾塔質(zhì)量指標的選取直接質(zhì)量指標

（1）產(chǎn)品質(zhì)量在線分析儀/軟測量儀間接質(zhì)量指標 （1）靈敏板溫度，與塔頂/塔底溫度相比，可提高溫度變化的靈敏度（對于同樣的濃度變化）； （2）溫差信息，與靈敏板溫度相比，可減弱壓力波動對溫度的影響； （3）雙溫差信息，可用于精餾塔的適宜分離度控制，即使塔頂/塔底產(chǎn)品純度均適中。12/30/202289過程控制青海大學(xué)精餾塔質(zhì)量指標的選取直接質(zhì)量指標12/29/202227過程精餾塔被控變量的選擇直接質(zhì)量指標：產(chǎn)品成分：價格貴，可靠性差，滯后大間接質(zhì)量指標：溫度：二元物系：塔壓固定時，與成分一一對應(yīng)12/30/202290過程控制青海大學(xué)精餾塔被控變量的選擇直接質(zhì)量指標：產(chǎn)品成分：價格貴，可靠性塔頂（或塔底）的溫度控制使用場合：當(dāng)塔頂餾出物是產(chǎn)品時，采用塔頂溫度控制當(dāng)塔底餾出物是產(chǎn)品時，采用塔底溫度控制注意事項：該方案易受塔壓影響，微量雜質(zhì)會影響沸點，從而影響產(chǎn)品質(zhì)量控制時，為保證另一產(chǎn)品的質(zhì)量，要有一定的操作裕度由于溫度檢測裝置靈敏度和監(jiān)測點溫度不靈敏，分離高純產(chǎn)品有困難12/30/202291過程控制青海大學(xué)塔頂（或塔底）的溫度控制使用場合：注意事項：12/29/2采用精餾段溫度控制的場合?進料含比塔底產(chǎn)品更重的影響溫度和成分關(guān)系的重雜質(zhì)?對塔頂產(chǎn)品成分的要求比對塔底產(chǎn)?塔底或提餾段溫度不能很好反映組分的變化?全部為氣相進料12/30/202292過程控制青海大學(xué)采用精餾段溫度控制的場合?進料含比塔底產(chǎn)品更重的影響溫度和成采用提餾段溫度控制的場合?對塔底產(chǎn)品成分的要求比對塔頂產(chǎn)品要求高?塔頂或精餾段溫度不能很好反映組分的變化?進料含比塔頂產(chǎn)品更輕的影響溫度和成分關(guān)系的清雜質(zhì)?采用回流控制時，回流量較大變化會影響精餾塔平穩(wěn)操作?全部為液相進料12/30/202293過程控制青海大學(xué)采用提餾段溫度控制的場合?對塔底產(chǎn)品成分的要求比對塔頂產(chǎn)品要靈敏板的溫度控制?靜態(tài)：在擾動下，從一個穩(wěn)態(tài)到另一個穩(wěn)態(tài)時塔板溫度變化更大的塔板?動態(tài)：靈敏板與上下塔板間的濃度差最大注意事項：?靈敏板應(yīng)在正反擾動下有相近的溫度差變化，以使系統(tǒng)有線性關(guān)系?對既定塔和操作條件，可計算出大致靈敏板為止，再實際調(diào)整?工況變化時，板效率變化，靈敏板位置也會變化12/30/202294過程控制青海大學(xué)靈敏板的溫度控制?靜態(tài)：在擾動下，從一個穩(wěn)態(tài)到另一個穩(wěn)態(tài)時塔采用壓力補償?shù)臏囟茸鳛殚g接質(zhì)量指標溫差控制雙溫差控制根據(jù)壓力補償計算溫度設(shè)定值的控制12/30/202295過程控制青海大學(xué)采用壓力補償?shù)臏囟茸鳛殚g接質(zhì)量指標溫差控制12/29/202溫差控制設(shè)計依據(jù)：?塔壓變化對兩個塔板溫度都有影響，用溫差控制可減少壓力變化的影響….?通常選一個溫度變化較小，如塔頂或稍下幾板，另一個選用靈敏板溫度注意事項：?對分離要求較高的精餾塔可采用溫差控制?溫度檢測點位置要選擇合適，溫差的設(shè)定值要合適，操作工況要穩(wěn)定?也可直接用壓力進行補償?shù)目刂品桨?主要用于消除塔壓變化的影響，即壓力變化時，溫差不變12/30/202296過程控制青海大學(xué)溫差控制設(shè)計依據(jù)：注意事項：12/29/202234過程控制雙溫差控制應(yīng)用場合：當(dāng)溫度差與成分之間不是單值對應(yīng)關(guān)系即進料負荷變化引起溫度差的變化與引起的壓力差變化不一致…..依據(jù)：負荷變化引起塔壓變化，在精餾段和提餾段均有相應(yīng)的溫度差，用精餾段溫度差與提餾段溫度差的差值可補償塔壓變化的影響…..?注意事項?雙溫差控制器的設(shè)定值要合適?對進料流量的波動也有較好的控制效果12/30/202297過程控制青海大學(xué)雙溫差控制應(yīng)用場合：當(dāng)溫度差與成分之間不是單值對應(yīng)關(guān)系12/根據(jù)壓力補償計算溫度設(shè)定值的控制TS是產(chǎn)品所需成分在塔壓時對應(yīng)的溫度設(shè)定值；p是塔壓測量值；p0是設(shè)計的塔壓值；Tsp是在實際塔壓條件下的溫度設(shè)定值

12/30/202298過程控制青海大學(xué)根據(jù)壓力補償計算溫度設(shè)定值的控制TS是產(chǎn)品所需成分在塔壓時精餾塔的基本控制物料平衡控制：用塔頂或塔底的餾出物料作為操縱變量的控制能量平衡控制：用塔頂回流量或再沸器加熱量作為操縱變量的控制12/30/202299過程控制青海大學(xué)精餾塔的基本控制物料平衡控制：12/29/202237過程精餾塔被控變量和操縱變量配對準則準則一當(dāng)僅需一端的產(chǎn)品進行控制時選用物料平衡控制來控制該段的產(chǎn)品質(zhì)量準則二當(dāng)塔兩端的產(chǎn)品流量較小時應(yīng)作為操縱變量控制塔兩端的產(chǎn)品質(zhì)量準則三當(dāng)塔兩端產(chǎn)品均需質(zhì)量控制時通常對含純產(chǎn)品較少雜質(zhì)較多一端的質(zhì)量控制12/30/2022100過程控制青海大學(xué)精餾塔被控變量和操縱變量配對準則準則一12/29/20223精餾塔物料平衡控制問題特點：僅保證塔的物料平衡要求，而不對塔頂、塔底產(chǎn)品質(zhì)量作嚴格控制。適應(yīng)場合：（1）對產(chǎn)品質(zhì)量要求不高；（2）處理量與進料性質(zhì)變化不頻繁或變化幅度小。DLQHBLD××LB××12/30/2022101過程控制青海大學(xué)精餾塔物料平衡控制問題特點：僅保證塔的物料平衡要求，而不對塔方案操縱變量DLQHB備注1受控變量LDLQHLB對產(chǎn)品的質(zhì)量控制較弱2DLDQHLB當(dāng)D＜＜B時采用3LDLLBB當(dāng)B＜＜D時采用4DLDLBB不可用精流塔物料平衡控制方案12/30/2022102過程控制青海大學(xué)方案操縱變量DLQHB備注1受控變量LDLQHLB對產(chǎn)品的物料平衡控制方案之方案一對產(chǎn)品的質(zhì)量控制較弱12/30/2022103過程控制青海大學(xué)物料平衡控制方案之方案一對產(chǎn)品的質(zhì)量控制較弱12/29/20物料平衡控制方案之方案二當(dāng)D＜＜B時采用1、如果對B自控，B的小波動會造成D的大波動2、小流量控制液位太慢12/30/2022104過程控制青海大學(xué)物料平衡控制方案之方案二當(dāng)D＜＜B時采用12/29/2022物料平衡控制方案之方案三當(dāng)B＜＜D時采用12/30/2022105過程控制青海大學(xué)物料平衡控制方案之方案三當(dāng)B＜＜D時采用12/29/2022一端產(chǎn)品質(zhì)量控制：塔頂質(zhì)量被控變量：TR,LD,LB(即只對塔頂產(chǎn)品質(zhì)量指標進行控制，對塔底產(chǎn)品質(zhì)量指標不作嚴格要求)方案操縱變量DLQHB5LDTRQHLB6TRLDQHLB7LDTRLBB8TRLDLBB12/30/2022106過程控制青海大學(xué)一端產(chǎn)品質(zhì)量控制：塔頂質(zhì)量被控變量：TR,LD,LB一個產(chǎn)品質(zhì)量控制之方案五直接控制塔內(nèi)能量平衡關(guān)系來實現(xiàn)對分離精度的控制，但是回流L的波動對精餾塔的平穩(wěn)操作是不利的。再沸器加熱量需要足夠大，以保證最大負荷時的產(chǎn)品質(zhì)量。12/30/2022107過程控制青海大學(xué)一個產(chǎn)品質(zhì)量控制之方案五直接控制塔內(nèi)能量平衡關(guān)系來實現(xiàn)對分離一個產(chǎn)品質(zhì)量控制之方案六一種物料平衡控制方案。實質(zhì)是通過D的變化使LD改變，從而在LD的液位控制作用下使L變化。因此溫度回路滯后較大。回流量較大時控制D較靈敏。當(dāng)產(chǎn)品質(zhì)量不合格時，可采取全回流保證產(chǎn)品質(zhì)量。再沸器加熱量也要保持較高的值。12/30/2022108過程控制青海大學(xué)一個產(chǎn)品質(zhì)量控制之方案六一種物料平衡控制方案。實質(zhì)是通過D的一個產(chǎn)品質(zhì)量控制之方案七塔頂溫度回路和塔底液位回路之間存在著較嚴重的關(guān)聯(lián)，多為負相關(guān)，不使用。12/30/2022109過程控制青海大學(xué)一個產(chǎn)品質(zhì)量控制之方案七塔頂溫度回路和塔底液位回路之間存在著一端產(chǎn)品質(zhì)量控制：塔底質(zhì)量被控變量：TS,LD,LB(即只對塔底產(chǎn)品質(zhì)量指標進行控制，對塔頂產(chǎn)品質(zhì)量指標不作嚴格要求)方案操縱變量DLQHB9受控變量LDLTSLB10LDLLBTS11DLDT