精餾塔過(guò)程的控制課件

19精餾過(guò)程的控制19.1概述19.2精餾塔的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性19.3精餾塔被控變量的選擇19.4精餾塔的基本控制方案19.5精餾塔新型控制方案消耗能量，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；工藝流程操作目的：通過(guò)反復(fù)的部分汽化與部分冷凝，將混合液中沸點(diǎn)不同的各組分分離成產(chǎn)品。操作代價(jià)：對(duì)象特點(diǎn)：變量多且有關(guān)聯(lián)情況，通道多，反應(yīng)緩慢，內(nèi)在機(jī)理復(fù)雜且控制要求較高。19.1對(duì)控制系統(tǒng)的要求（控制目的）：

(1)保證產(chǎn)品質(zhì)量(質(zhì)量指標(biāo))

①保證塔頂或塔底產(chǎn)品之一合乎規(guī)定的純度，另一種產(chǎn)品成分亦應(yīng)維持在規(guī)定范圍內(nèi)。

②塔頂和塔底產(chǎn)品均保證一定的純度。

結(jié)構(gòu)板式塔填料塔｛二元精餾質(zhì)量指標(biāo)：塔頂產(chǎn)品中輕組分（或重組分）含量或塔底產(chǎn)品中重組分（或輕組分）含量19.1概述

關(guān)鍵組分：對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量影響較大的組分多元精餾質(zhì)量指標(biāo)：塔頂產(chǎn)品或塔底產(chǎn)品中關(guān)鍵組分的含量（1）平均進(jìn)料量=平均出料量（2）塔壓P應(yīng)恒定(2)平穩(wěn)操作(3)約束條件如：塔內(nèi)汽液兩相流速在一定范圍內(nèi)，不能過(guò)高，引起泛液；也不能過(guò)低，引起塔板漏液，板效率大幅度下降。塔的操作壓力、再沸器加熱溫差、加熱蒸汽冷凝量和冷凝器冷卻溫差等，都有一定的限制——良好的控制系統(tǒng)的必備條件。19.2精餾塔的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性19.2.1精餾塔的靜態(tài)特性

(1)物料平衡對(duì)總物料量，任一組分，進(jìn)料與出料之間應(yīng)滿足物料平衡:總物料：

輕組分：是決定塔頂和塔底產(chǎn)品中輕重組分含量的關(guān)鍵因素｛同理有：進(jìn)料成分zf對(duì)xD、xB的影響也很大。

(2)能量平衡已知分離度S，能耗與分離度S的關(guān)系：結(jié)論：對(duì)于給定的進(jìn)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。實(shí)際上，精餾塔的操作完全由塔內(nèi)部平衡關(guān)系決定，外部平衡關(guān)系僅僅反映內(nèi)部平衡關(guān)系的結(jié)果。(3)內(nèi)部物料平衡

假定塔操作是在恒分子流、泡點(diǎn)回流回流罐和塔釜蓄存量一定和塔壓恒定下進(jìn)行，忽略汽相蓄存量的變化，則塔有如下內(nèi)部平衡關(guān)系：①加料板的物料平衡泡點(diǎn)進(jìn)料時(shí)：露點(diǎn)進(jìn)料時(shí)：②精餾段任一塔板上的物料平衡i或——精餾段的操作線方程③提餾段任一塔板第j塊以下的物料平衡或——提餾段的操作線方程精餾塔的控制問(wèn)題精餾塔簡(jiǎn)化的控制問(wèn)題*考慮被控過(guò)程的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)特性，結(jié)合就近原則，可將控制問(wèn)題分解簡(jiǎn)化為兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的子系統(tǒng)。19.2.2精餾塔的干擾因素TFZFQFF(1)進(jìn)料流量F的波動(dòng)①進(jìn)料全部為液相②進(jìn)料全為氣相③進(jìn)料為氣相液相混合物（2）進(jìn)料組分ZF變化為不可控的干擾。（3）進(jìn)料溫度TF及熱焓

QF變化（4）蒸汽加入熱量的變化（5）回流量及冷劑量精餾塔回流冷卻劑塔頂產(chǎn)品q回蒸汽q蒸19.3精餾塔被控變量的選擇成分分析儀表的特點(diǎn)：周期長(zhǎng)、反應(yīng)慢、滯后大

最常用的間接質(zhì)量指標(biāo)——溫度，原因：二元組分精餾塔中，塔壓恒定，塔板溫度與產(chǎn)品成分之間為單值對(duì)應(yīng)關(guān)系，

最直接的質(zhì)量指標(biāo)——產(chǎn)品成分測(cè)溫點(diǎn)的選擇：簡(jiǎn)單易行，但產(chǎn)品純度較高時(shí)，各塔板間溫差很小，故測(cè)溫元件的靈敏度要求較高，且不能克服壓力，雜質(zhì)的干擾。（1）塔頂（或塔底）溫度控制（2）靈敏板溫度控制將檢測(cè)點(diǎn)置靈敏板處，即可感受干擾進(jìn)入最快，最大幅度的溫度變化，但靈敏板不易估準(zhǔn)，故實(shí)際中是在靈敏板及附近位置設(shè)若干檢測(cè)點(diǎn)，然后在運(yùn)行中選擇，且對(duì)前所述的壓力等干擾不能克服。靈敏板的位置：在進(jìn)料板與塔頂（或塔底）之間。（3）中溫控制檢測(cè)點(diǎn)設(shè)在加料板或其稍上、下的塔板，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)由進(jìn)料帶來(lái)的溫度變化，但分離純度較高時(shí)不能正確反映塔頂或塔底的成分。（4）溫差控制①目的：克服壓力波動(dòng)引起的溫度變化，當(dāng)壓力波動(dòng)引起各板上溫度方向一致時(shí)，兩板間溫差變化不大

對(duì)于雙組分蒸餾，影響溫度變化的因素——組成、塔壓。52和65塊板上溫度雖然變化，但溫差維持在2.8度左右。此時(shí)溫差的變化只受組分的純度影響，消除了壓力的微小波動(dòng)影響。不同壓力的情況如圖5265塔板℃ⅠⅡⅢ苯-甲苯-二甲苯分離②檢測(cè)點(diǎn)的選取一個(gè)放在塔頂（或塔底）附近塔板上一個(gè)放在靈敏板附近兩者之差△T作為被控變量（1）應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意選點(diǎn)準(zhǔn)確和溫差給定合理。（2）操作工況要穩(wěn)定。③存在問(wèn)題（3）不能克服進(jìn)料組分變化和負(fù)荷變化引起的塔板壓降變化。輕組分x△T（以塔底產(chǎn)品為主）12345受擾變化至1，則純度變壞，溫差↑，則增加蒸汽量，使純度↑例：左側(cè)為產(chǎn)品純度高時(shí)，溫差隨產(chǎn)品純度增加而減小右側(cè)為產(chǎn)品不很純時(shí)，溫差隨純度惡化而減小。即溫差選得過(guò)大或操作不平穩(wěn)，均會(huì)引起溫差調(diào)節(jié)失常。若給定溫差在2若給定狀態(tài)點(diǎn)在4受擾變化至5時(shí)，純度↓，但溫差↓，故減少蒸汽量，將使純度繼續(xù)惡化。此時(shí)只能手動(dòng)遙控使工況穩(wěn)定。受擾變化至3，則純度過(guò)高，溫差↓，則減少蒸汽量，使純度↓工作范圍只能選擇曲線最高點(diǎn)的左側(cè)！（5）溫差差值（雙溫差）控制溫差除受組分純度影響外，還受進(jìn)料組分變化和負(fù)荷變化引起的壓降變化影響，而后者的影響同時(shí)作用于精餾和提鎦段，故將兩溫差相減即可補(bǔ)償此影響。在精餾段和提餾段上分別取溫差，然后以兩個(gè)溫差的差做為被控變量LT101LC101TDT101FC101FT101FC102FT102TT104TT103TT102TT101TDT102TDC101LT102LC102FBDHC精餾塔從國(guó)內(nèi)外應(yīng)用雙溫差控制的許多裝置來(lái)看，在進(jìn)料流量波動(dòng)影響下，仍能得到較好的控制效果。19.4精餾塔的基本控制方案準(zhǔn)則：①當(dāng)僅需要控制塔一端的產(chǎn)品質(zhì)量時(shí)，應(yīng)當(dāng)選用物料平衡方式來(lái)控制該產(chǎn)品的質(zhì)量；②塔兩端產(chǎn)品流量較小者，應(yīng)作為操縱變量去控制塔的產(chǎn)品質(zhì)量；③當(dāng)塔的兩端產(chǎn)品均需要按質(zhì)量控制時(shí)，一般對(duì)含純產(chǎn)品較少、雜質(zhì)較多的一端的質(zhì)量控制選用物料平衡控制，而含純產(chǎn)品較多、雜質(zhì)較少的一端的質(zhì)量控制選用能量平衡控制物料平衡控制：選用頂部產(chǎn)品餾出物流量D或底部采出液流量B作為操縱變量控制產(chǎn)品質(zhì)量；能量平衡控制：選用頂部回流或再沸器加熱劑量作為操縱變量控制產(chǎn)品質(zhì)量。特點(diǎn)：僅保證塔的物料平衡要求，而不對(duì)塔頂、塔底產(chǎn)品質(zhì)量作嚴(yán)格控制。適應(yīng)場(chǎng)合：（1）對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求不高；（2）處理量與進(jìn)料性質(zhì)變化不頻繁或變化幅度小。（1）產(chǎn)品質(zhì)量開(kāi)環(huán)的控制方案目的：使塔頂和塔底的產(chǎn)品滿足要求①固定回流量LR和再沸器加熱蒸汽量VSFBDH精餾塔VsLRFC103FT103FC102FT102LT101LC101FC101FT101LT102LC102當(dāng)進(jìn)料流量F、及狀態(tài)恒定時(shí),固定LR和Vs，D和B就確定了。分別控制LR和VS為平衡物料蓄存量，設(shè)兩液位控制克服進(jìn)料流量干擾進(jìn)料量由上一工序規(guī)定時(shí)，可以進(jìn)料量為主動(dòng)量，回流量和蒸汽流量的比值控制FHLRFT103FC102FT102FC101FT101K1K2VS適用：LR/D（回流比）不是很大，且F的流量及狀態(tài)恒定。②固定餾出液流量D和再沸器加熱蒸汽量VSFBDH精餾塔VsLRLT102LC102FC103FT103LT101LC101適用于回流比LR/D較大的場(chǎng)合，控制D要比控制VS更有利，保證D比較平穩(wěn)。③固定塔底采出量B和回流量LRFBDH精餾塔VsLRFC103FT103LC101LT101FT103FC103FC101FT101LT102LC102

塔底液位由加熱蒸汽H控制優(yōu)點(diǎn)：控制方案簡(jiǎn)單方便缺點(diǎn)：完全按物料和能量平衡關(guān)系進(jìn)行控制，在存在干擾，特別是進(jìn)料成分ZF的變化時(shí)，很難保證產(chǎn)品純度。FC101FT101FC102FT102（2）按精餾段指標(biāo)的控制方案適用①對(duì)塔頂餾出液的純度要求比塔底產(chǎn)品較高②全部為汽相進(jìn)料③塔底、提餾段塔板上的溫度不能很好反映產(chǎn)品成分變化受控變量：精餾段某點(diǎn)成分或溫度操縱變量：塔頂回流量LR、餾出液流量D、再沸器加熱蒸汽量VS優(yōu)點(diǎn)：保證塔頂產(chǎn)品成分；擾動(dòng)不大時(shí)，塔底產(chǎn)品成分波動(dòng)較小。控制方向：在LR、D、VS和B四者中選擇一種作為操縱變量，選另一種控制能量，剩下兩種控制物料的平衡。常用的控制方案有兩類(lèi)：①間接物料平衡控制FBDH精餾塔VsLRFC103FT103FC101FT101LT101LC101TC101TT101LT102LC102被控變量：TD

能量控制：VS操縱變量：LR

物料控制；D和B優(yōu)：控制及時(shí)，滯后小缺：物料與能量關(guān)聯(lián)大，且內(nèi)回流會(huì)變化。環(huán)境溫度↓，內(nèi)回流↑上升蒸汽↓凝液液位↓

D↓，LR

↑，回流↑↑適用場(chǎng)合：回流比<0.8，需要減少滯后的塔按精餾段指標(biāo)來(lái)控制回流量——最常用煉油廠中的常壓塔和減壓塔使用此方案常壓塔工藝流程及控制方案簡(jiǎn)圖(中段回流未畫(huà)出)方案特點(diǎn)：塔頂溫度控制回流FB常一線H分餾塔VsLRFC103FT103FC102FT102LT101LC101LT102LC102TC101TT101FC101FT101LC103LT103LC104LT104LC105LT105FC104FT104FC105FT105FC106FT106常二線常三線常四線②直接物料平衡控制

方案：按精餾段指標(biāo)控制塔頂餾出液D，保持Vs不變。優(yōu)點(diǎn)：物料平衡與能量平衡關(guān)聯(lián)小，內(nèi)回流穩(wěn)定缺點(diǎn)：控制回路滯后較大——D的改變間接通過(guò)液位控制回路來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制?；亓鞴奕莘e較大時(shí)，反應(yīng)更慢。使用場(chǎng)合：溜出液D很小，或回流比較大，回流罐容積適當(dāng)FBDH精餾塔VsLRLT102LC102FC103FT103FC102FT102TC101TT101LT101LC101（3）按提餾段指標(biāo)的控制方案適用：①塔底出料成分要求較高②進(jìn)料全為液相③操作回流比較大以提餾段的塔板溫度來(lái)控制加熱蒸汽流量①間接物料平衡控制回流定值控制，方案簡(jiǎn)單，對(duì)負(fù)荷的適應(yīng)能力較差。FBDH精餾塔VsLRTC101TT101LT101LC101FC101FT101LT102LC102FC102FT102FBDH精餾塔VsLRTC101TT101LT101LC101FC103FT103LT102LC102FC102FT102FT101K回流比定值控制，對(duì)負(fù)荷的適應(yīng)性較強(qiáng)。

優(yōu)點(diǎn)：物料平衡與能量平衡之間關(guān)聯(lián)最小，當(dāng)B少時(shí)，較平穩(wěn)；當(dāng)B不符合質(zhì)量要求時(shí)，會(huì)自行暫停出料。

缺點(diǎn)：滯后較大，液位控制回路存在反向特性

實(shí)用場(chǎng)合：B少，且B<20%VS的塔FBDH精餾塔VsLRTT101TC101FC101FT101LT102LC102FC102FT102LC101LT101②直接物料平衡控制（4）精餾塔的壓力控制系統(tǒng)

操作要求：塔壓維持恒定

干擾：進(jìn)料流量、成分、溫度；加熱蒸汽量、回流量、回流溫度等①加壓精餾塔的壓力控制液相采出，餾出物中含有大量不凝物壓力變氣液平衡條件變塔的正常操作被破壞，影響產(chǎn)品質(zhì)量適合氣體流經(jīng)冷凝器的阻力變化大，回流罐的壓力可間接代表塔頂壓力。DLRPT101PC101DLRPT101PC101干擾使冷凝器的阻力變化時(shí)，回流罐壓力不能代表塔頂壓力。方法：應(yīng)用能量平衡控制控制方案的確定與塔頂餾出物狀態(tài)（氣相還是液相）及餾出物中含不凝性氣體量的多少有關(guān)。液相采出，餾出物中含有少量不凝物(<塔頂氣相總流量2%)傳熱量小于使全部蒸汽冷凝所需熱量，蒸汽積聚壓力升高；傳熱量過(guò)大，壓力會(huì)降低。當(dāng)V1全開(kāi)塔壓還偏高時(shí)，