精馏塔提留段温度单回路控制
精馏塔塔底温度控制方案
精馏塔塔底温度控制方案
精馏塔是化工生产中常用的一种分离设备，主要用于将混合物中的各组分按照其沸点的不同进行分离。在精馏过程中，塔底温度的控制是非常重要的，因为它直接影响到产品的纯度和收率。本文将对精馏塔塔底温度控制方案进行详细的介绍。
一、精馏塔塔底温度控制的重要性
1. 保证产品质量：精馏塔塔底温度的稳定与否直接关系到产品的质量。如果塔底温度过高，会导致产品中轻组分的损失，降低产品的纯度；反之，如果塔底温度过低，会导致产品中重组分的残留，影响产品的性能。
2. 提高生产效率：合理的塔底温度控制可以提高精馏过程的效率，减少能源消耗，降低生产成本。
3. 保证生产安全：精馏塔塔底温度的波动可能导致操作不稳定，甚至引发安全事故。因此，对塔底温度进行有效的控制是非常必要的。
二、精馏塔塔底温度控制方案
1. 串级控制方案
串级控制是一种常见的温度控制方案，它通过将主控制器的输出作为副控制器的设定值，实现对温度的精确控制。具体实施步骤如下：
（1）选择主控制器和副控制器：根据精馏塔的特点和工艺要
求，选择合适的控制器类型，如PID控制器、模糊控制器等。
（2）设定主控制器的参数：根据工艺要求和实际操作经验，设定主控制器的比例、积分和微分参数。
（3）设定副控制器的参数：根据主控制器的输出和塔底温度的变化趋势，设定副控制器的比例、积分和微分参数。
（4）实施串级控制：将主控制器的输出作为副控制器的设定值，实现对塔底温度的精确控制。
2. 前馈控制方案
前馈控制是一种基于模型的控制方案，它通过预测塔底温度的变化趋势，提前调整控制参数，以实现对塔底温度的快速响应。具体实施步骤如下：
精馏塔的控制说明
一、精馏塔的控制要求
精馏塔的控制目标是，在保证产品质量合格的前提下，使塔的总收益（利润）最大或总成本最小。具体对一个精馏塔来说，需从四个方面考虑，设置必要的控制系统。
（1）产品质量控制；
（2）物料平衡控制；
（3）能量平衡控制；
（4）约束条件控制（液泛限、漏液限、压力限、临界温差限等）。
防止液泛和漏液，可以用塔压降或压差来监视气相速度。
二、精馏塔的主要干扰因素
精馏塔的主要干扰因素为进料状态，即进料流量F、进料组分Z f、进料温度T f或热焓F E。
此外，冷剂与热剂的压力盒温度及环境温度等因素，也会影响精馏塔的平衡操作。
所以，在精馏塔的整体方案确定时，如果工艺允许，能把精馏塔进料量、进料温度或热焓加以定值控制，对精馏塔的操作平稳时极为有利的。
三、精馏塔控制变量的分析
精馏塔的控制是为了保证精馏塔安全、平稳的运行，其目标是，是塔操作满足各种约束条件，保持塔的物料及能量的平衡，在较佳的工况下安全、平稳的运行，获得较大的产品回收率和较低的能耗及符合规定要求的产品。在过程系统控制中所涉及的变量可分为以下几类。
（1）被控变量被控变量是通过改变调节其他相关变量使之维持在目标值的变量。精馏塔的被控变量有5个：塔顶产品的浓度、塔底产品的浓度、塔内压力、塔釜及回流罐的液位。（2）操纵变量操纵变量时通过改变调节阀的开度实施对介质的调节，该介质变量称为操纵变量。控制系统是通过调节操纵变量来控制被控变量，而操纵变量通常是系统的流量。如产品流量、塔回流量及加热剂、冷却剂量。操纵变量也为5个。
（3）干扰变量精馏塔的环境参数及输入变量波动破坏塔的平衡，使产品质量发生变化，称这些变量为干扰变量，控制的目的就是克服干扰变量的扰动影响。干扰变量有些可控，有些则不能控制。
精馏塔控制系统
第6章精馏塔控制系统
6.1 概述
精馏是化工、石油化工、炼油生产过程中应用极为广泛的传质传热过程。精馏的目的是利用混合液中各组分具有不同挥发度，将各组分分离并达到规定的纯度要求。精馏过程的实质是利用混合物中各组分具有不同的挥发度，即同一温度下各组分的蒸汽分压不同，使液相中轻组分转移到气相，气相中的重组分转移到液相，实现组分的分离。
轻组分的转移提供能量；冷凝器将塔顶来的上升蒸汽冷凝为液相，并提供精馏所需的回流。
精馏过程是一个复杂的传质传热过程。表现为：过程变量多，被控变量多，可操纵的变量也多；过程动态和机理复杂。因此，熟悉工艺过程和内在特性，对控制系统的设计十分重要。
6.1.1 精馏塔的控制要求
精馏塔的控制目标是：在保证产品质量合格的前提下，使塔的回收率最高、能耗最低，即使总收益最大，成本最小。
精馏过程是在一定约束条件下进行的。因此，精馏塔的控
制要求可从质量指标、产品产量、能量消耗和约束条件四方面
考虑。
1．质量指标
精馏塔的质量指标是指塔顶或塔底产品的纯度。通常，满
足一端的产品质量，即塔顶或塔底产品之一达到规定纯度，而
另一端产品的纯度维持在规定范围内。所谓产品的纯度，就二
元精馏来说，其质量指标是指塔顶产品中轻组分含量和塔底产
品中重组分含量。对于多元精馏而言，则以关键组分的含量来
表示。关键组分是指对产品质量影响较大的组分，塔顶产品的
关键组分是易挥发的，称为轻关键组分；塔底产品的关键组分
是不易挥发的，称为重关键组分。产品组分含量并非越纯越好，
原因是，纯度越高，对控制系统的偏离度要求就越高，操作成
精馏塔的控制方式
精馏塔的控制方式
字体: 小中大| 打印发表于: 2007-7-25 21:15 作者: chjzhou 来源: 海川化工论坛
精馏塔的控制方式很多,其中有:
1.提留段温度控制
2.精馏段温度控制
3.精馏塔温差控制
4.恒流控制
5.双温差控制
6.压差控制
7.在线仪表监测控制
过路的朋友一起交流一下那种控制自动化程度更高,操作人员的参与度最少,对于生产最经济,交流的朋友别忘了写下你的理由哦
答案不是重要的,你的理由却是非常重要的,欢迎讨论啊,一起学习
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∙chping80 (2007-7-25 21:36:13)
我认为精馏段温度控制更好，更能说明精馏塔的运行情况！
∙chjzhou (2007-7-26 09:10:51)
压差控制比较好(以下是摘抄版)
蒸汽压力突然变化时，将直接影响塔釜难挥发组分的蒸发量，使当时塔内热量存在不平衡，导致气-液不平衡，为此如何将塔釜热量根据蒸汽进料量自动调节达到相对稳定，从而保证塔内热量平衡是问题的关键。在生产过程中，各精馏塔设备已确定，塔釜蒸发量与气体流速成正比关系，而流速与塔压差也成正比关系，所以控制好塔顶、塔釜压力就能保证一定的蒸发量，而在操作中，塔顶压力可通过塔顶压力调节系统进行稳定调节或大部分为常压塔，为此，稳定塔釜压力就特别重要。于是在蒸汽进料量不变情况下，我们对蒸汽压力变化情况与塔釜压力的变化进行对比，发现两者成正比关系，而且滞后时间极小。于是将蒸汽进料量与塔釜压力进行串级操作，将塔釜压力信号传递给蒸汽流量调节阀，蒸汽流量调节阀根据塔釜压力进行自动调节，通过蒸汽进料量自动增大或减少，确保塔釜压力稳定，从而保证了精馏操作不受外界蒸汽波动的影响。
精馏塔常用控制方案简介
精馏塔常用控制方案简介
1.1.2 精馏塔常用控制方案简介
a）传统控制方案
1）按物料平衡关系控制精馏塔
物料平衡控制方式并不对塔顶或塔底产品质量进展直接的控制，而依据精馏塔的物料平衡及能量平衡关系进展间接控制。其根本原理是，当进料成分不变和进料温度一定时，在持全塔物料平衡的前提下，保持进料量F、再沸器加热量、塔顶产品量D一定；或者说保持D/F和B/F一定，就可保证塔顶、塔底产品质量指标一定。
2）质量指标控制
精馏塔质量指标由精馏塔产品的纯度表达，精馏塔产品的纯度直接影响因素为精馏段灵敏板温度与提馏段灵敏板温度。因此，精馏塔质量指标控制方案与温度控制有直接联系。
3）温度控制
当为了生产两种合格的产品，只有塔顶、塔底两种。而没有侧线产品时，常用的控制方案是：利用回流量来控制顶部塔板的温度，改变通往再沸器加热蒸汽量来控制底部塔板的温度。
b）先进控制方案
1）自适应解耦控制
一些学者将自适应控制应用于精馏塔的不同组分控制。但是．没有考虑控制回路之问耦合的影响。目前已提出的多变量自适应解耦控制算法，只能对最小相位系统实现动态解耦，对非最小相位系统实现近似动态解耦，近来，有人根据精馏塔的特点提出了一种可以对闭环系统实现动静态解耦的自适应控制器，并在精馏塔上进展了实验。
2）多变量预测控制
预测控制是一类以对象模型为根底的计算机控制算法，依据对象模型的不同，预测算法可粉为模型算法（MAC）、动态矩阵控制算法（DMC）、广义预测控制（GPC）等详细实现形式。工业上应用说明：多变量预测控制到达了期望的效果，实现了常压塔的平稳操作，提高了装置适应处理量与原料性质变化的能力；并简化了控制过程，减少了劳动强度及人工干预，显著提高了产品的合格率。1.2 问题的提出及解决问题的途径
(完整版)精馏塔工作原理
精馏塔单元
一、工作原理简述
二、典型精馏塔动画演示
三、工艺流程简介
四、组态画面及设施说明
一、工作原理简述
精馏是化工生产中分别互溶液体混淆物的典型单元操作，其本质是多级蒸
馏，即在必定压力下，利用互溶液体混淆物各组分的沸点或饱和蒸汽压不一样，使轻组分（沸点较低或饱和蒸汽压较高的组分）汽化，经多次部分液相汽化和部分气相冷凝，负气相中的轻组分和液相中的重组分浓度渐渐高升，进而实现分别。
精馏过程的主要设施有：精馏塔、再沸器、冷凝器、回流罐和输送设施等。精馏塔以进料板为界，上部为精馏段，下部为提留段。必定温度和压力的料液进入精馏塔后，轻组分在精馏段渐渐浓缩，走开塔顶后所有冷凝进入回流罐，一部分作为塔顶产品（也叫馏出液），另一部分被送入塔内作为回流液。回流液的目的是增补塔板上的轻组分，使塔板上的液体构成保持稳固，保证精馏操作连续稳固地进行。而重组分在提留段中浓缩后，一部分作为塔釜产品（也叫残液），一部分则经再沸器加热后送回塔中，为精馏操作供给必定量连续上涨的蒸气气流。
二、精馏塔动画演示
1.板式塔构造
2.板式塔工作原理
三、工艺流程简介
本单元是一种加压精馏操作，原料液为脱丙烷塔塔釜的混淆液，分别后馏出液为高纯度的 C4 产品，残液假如C5 以上组分。
67.80C 的原料液经流量调理器FIC101 控制流量（ 14056Kg/h）后，从精馏塔 DA405 的第 16 块塔板（全塔共32 块塔版）进料。塔顶蒸气经全凝器EA419 冷凝为液体后进入回流罐FA408；回流罐 FA408 的液体由泵 GA412A/B 抽出，
脱丙烷精馏塔设计
表2-3
组分
i
i
n
反
%
1.0
55.0
8.5
15.8
4.8
10.5
1.7
2.7
1
3.6
1.52
1.34
0.675
0.63
0.6
0.52
0.5
1
0.00278
0.3618
0.06343
0.234
0.07762
0.175
0.0327
0.054
1
，所以进料温度为 。
2.2.4 各组分在塔顶和塔底的分配
Chemical production often requires the separation of liquid mixtures that have reached useful component purification or recovery purposes. There are many ways of liquid separating. Distillation is one of the most commonly used. The use of distillation column is a two-point difference in the achievement of continuous volatility of the separation of high-purity equipment. Among them, the return constitutes a gas, liquid two-phase mass transfer contact with the necessary conditions for the distillation is distilled from the host.
精馏塔的温度控制
辽宁工业大学过程控制系统课程设计（论文）题目：精馏塔温度控制系统设计
院（系）：
专业班级：
学号：
学生姓名：
指导教师：（签字）
起止时间：
摘要
随着石油化工的迅速发展，精馏操作的应用越来越广，分流物料的组分越来越多，分离的产品纯度越来越高。采用提馏段温度作为间接质量指标，它能够较直接地反映提馏段产品的情况。将提馏段温度恒定后，就能较好地确保塔底产品的质量达到规定值。所以，在以塔底采出为主要产品、对塔釜成分要求比对馏出液高时，常采用提馏段温度控制方案。由于精馏塔操作受物料平衡和能量平衡的制约，鉴于单回路控制系统无法满足精馏塔这一复杂的、综合性的控制要求，设计了基于串级控制的精馏塔提馏段温度控制系统。
影响物料平衡因素包括进料量和进料成分变化，顶部馏出物及底部出料变化；影响能量平衡因素主要包括进料温度或热焓变化，再沸器加热量和冷凝器冷却量变化，及塔的环境温度变化。采用串级控制系统能有效地去除蒸汽压强的波动对温度的影响。使用超驰控制系统控制釜液输出端，在塔釜温度较低时，塔底不出料只有当温度达到低线以上，液位控制器取代温度控制器以后，才有出料排出。
关键词：提馏段;温度;串级控制;超驰控制
目录
第1章绪论 (1)
第2章课程设计的方案 (2)
2.1概述 (2)
2.1.1 物料平衡关系 (2)
2.1.2 能量平衡关系 (3)
2.2设计方案 (3)
2.2.1控制方案类型 (3)
2.2.2控制方案的选择 (4)
第3章系统各仪表选择 (9)
3.1检测变送器的原理 (9)
3.1.1 温度变送器的选择 (9)
3.1.2 流量变送器的选择 (10)
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影响精馏塔温度不稳定的因素主要是来自外界来的干扰。 一般情况下精馏塔塔釜的温度 ， 我们是通过控制精馏塔 釜内灵敏板的温度来控制的 。 以往调节只是采用灵敏板 温度调节器单一 回路调节 ，调节反应慢 ， 时间滞后 ，对 精馏操作而言 ，产品的纯度很难保证 。精馏塔的控制最 终目标是： 在保证产品质量的前提下 ，使回收率最高，
当主调节器是比例控制的时候
仿真结果如下：
添加PID控制
仿真结果如下：
采用这种冗余并行控制结构 的目的是 : 在精馏塔计算机控 制系统实施复杂控制或优化 控制方案的情况下, 当工业控 制机接口电路或智能调节器 出现系统故障时, 控制系统仍 能保证重要调节回路具有良 好的控制性能, 从而保证该连 续生产过程对馏出产品的质 量要求, 避免了常规串行分布 式控制系统在下位机出现故 障后, 无法实施高级过程控制 方案的问题。
PLC
中央控制级设有两组配套的监控计算机和打印机 。两台监控计算机分为 工程师站和操作员站 ， 带CP56ll 通讯卡以实现与PROFIBUS 总线的通讯 , 配WINDOWS XP ROFESSIONAL 操作系统，并配有STEP7 V5． 4 和 SIMATIC WinCC6． 0 软件 。计算机使用MPI 通讯方式与下位机PLC 进 行连接 ，进行不间断的数据交换 。根据PLC 的容量 ，通讯功能 ，模拟量 、数字量输入输出点数 ， I /O 响应时间等因素 ， 系统选用的PLC 型号为 西门子的S7-300 系列 ，CPU 为315-2DP ，在现场建立4 个ET200M 从站， 将现场的各种检测设备 ，控制设备均加到从站上 ， 通过现场总线 PROFIBUS-DP 将数据传输到工程师站上 ，可以实现从现场信号到控制 室的数据高速通信 ，在工程师站上可以进行远程的控制 。在工程师站 ， 操作员站和厂长室之间建立以太网连接 ， 这样厂长就可以在自己的办公 室里监测全厂设备的运行情况 ，便于及时发出控制指令 。整个自动化监 控系统构成SCADA 系统 ，完成数据采集 、处理 、监视及对现场设备进行 控制。
精馏塔控制方案设计
精馏塔控制方案设计
安徽理工大学课程设计（论文）任务书
机械工程学院
设计题目精馏塔控制方案设计
精馏塔控制系统的设计
本课程设计为加压精镏操作，原料液为脱丙烷塔塔釜的混合液 14056kg/h ，
分离后镏出液为高纯度的 C4产品，釜液主要是 C5以上组分。87.8摄氏度的原料 液从精
镏塔的第16块塔板（全塔共32块塔板）进料，塔顶蒸气经全凝器冷凝为
液体后进入回流罐，回流罐内的液体由泵抽出 （液位要求为 54.2%），一部分作为
回流液送回精镏塔第 32块塔板，另一部分作为产品送出 塔
釜中液体的一部分经再沸器后回精镏塔， 另一
部分作为塔底采出产品（7349kg/h ）。再沸器由加热蒸
气加热。灵敏板温度要求保持为 89.3摄氏度，塔釜温 度要求
为 109摄氏度，液位要求为 98%,另工艺中
FA414要求液位保持为 88%
另附精镏塔工艺流程图。 1. 到图书馆查找相关资料，对被控对象进行分析，确定系统控制结构方案，完成 控制系统
原理方框图。
2. 画精馏塔带控制点的工艺流程图。
3.
仪表选型，根据有关仪表目录或网站的仪表性能参数
，进行仪表选型。 4. 精馏塔控制系统调节器参数的整定。
5. 编写设计说明书： （1） 提出控制系统的基本任务和要求。 （2） 被控对象动态特性分析。
（3） 选择控制系统控制结构，画控制原理方框图。
（4） 精馏塔带控制点的工艺流程图。
（5） 控制器参数整定。
（6） 编制出控制设备表或仪表数据表等有关仪表信息的设计文件。 过控教研室 学生姓名
专业（班级） 过控09-2班 设 计 技 术
精馏塔提馏段的温度控制设计
、
成绩
过程控制仪表课程设计
设计题目精馏塔提馏段的温度控制系统
学生姓名 XX ,
专业班级自动化X X X X班
学号 XXXXXXXXXXX
指导老师 XXX
2019年XX月XX日{
《过程控制仪表》课程设计评分标准表姓名：XX 学号：XXXXXXXXX
课程设计的最终成绩采取“优秀”、“良好”、“中等”、“及格”和“不及格”五级记分。100-90分（优秀）、89-80（良好）、79-70（中等）、69-60（及格）、低于60（不及格）
《过程控制仪表课程设计》任务书
目录
1.设计任务与要求 (1)
设计任务 (1)
设计要求 (1)
2.系统简介 (1)
3.设计方案及仪表选型 (2)
控制方案的确定 (2)
系统原理及方框图 (3)
仪表选型 (4)
4.系统仿真分析 (10)
5.控制系统仪表配接图及说明 (13)
6.仪表型号清单 (13)
7.总结 (13)
参考文献 (14)
1.设计任务与要求
设计任务
过程控制仪表课程设计，是《自动化仪表与装置》课程中的后续课程，实践教学环节，也是一次全面的专业知识的运用和实践。
⑴巩固和深化所学课程的知识：
通过课程设计，要求学生初步学会运用本门课程和其它相关课程的基本知识和方法，来解决工程实际中的具体的设计问题，检验学生对本门课程及相关课程内容的掌握的程度，以进一步巩固和深化所学课程的知识。
⑵培养学生的设计、实践能力：
通过课程设计，从方案选择、设计计算到绘制图纸、编写设计说明书，可以培养学生对工程设计的独立工作能力，树立正确的设计思想，掌握自动控制系统中各环节使用仪表的基本方法和步骤，为以后从事工程设计打下良好的基础。⑶使学生能熟悉和运用设计资料，学会查阅相关文献，如有关国家标准、手册、图册等，以完成作为工程技术人员在工程设计方面所必须的基本训练。
过程装备控制技术及应用02-第二章-2.2节
(3) 采用直接指标作为被控变量。当无法获得直接指标信号，
或其测量和变送信号滞后很大时，可选择与直接指标有单 值对应关系的间接指标作为被控变量。
(4) 被控变量应能被测量出来，并具有足够大的灵敏度。
(5) 考虑工艺合理性以及是否满足国内仪表产品现状。 (6) 被控变量应是独立可控的。
2．操纵变量的选择 操纵变量：在控制系统中，用来克服干扰 对被控变量的影响，实现控制作用的变量。 在化工和炼油生产过程中，最常见的操纵 变量有流量，压力、转速等。 选择操纵变量时应考虑以下问题：
b. 在调节器中加入微分控制作用，使调节器在 偏差产生的初期，就根据偏差的变化趋势发出控 制信号。采用超前补偿来克服测量滞后。
注：微分作用对克服纯滞后是无能为力的。
③传递滞后（信号传输滞后） ----- 气压信号在管路
传送过程中引起的滞后 ( 电信号的传递滞后可以忽
略不计)。
采用气动仪表实现集中控制的场合，调节器和显示器集
单回路控制系统方框图
• 一个被控对象； • 一个检测元件及变送器；
• 一个调节器；
• 一个执行器；
一．单回路控制系统的设计
设计控制系统前，应全面了解被控对象。
a.工艺过程、生产设备；
b.被控对象的动、静态特性。 确定正确的控制方案，包括： a.选择被控变量与操纵变量， b.选择检测变送元件及检测位置， c.选用执行器、调节器和控制规律。 将调节器的参数整定到最佳值。
蒸馏塔提馏段和精馏段工作原理
蒸馏塔提馏段和精馏段工作原理
塔内回流原理
精馏是化工生产中分离互溶液体混合物的典型单元操作，其实质是多级蒸馏，即在一定压力下，利用互溶液体混合物各组分的沸点或者饱和蒸汽压不同，使轻组分（沸点较低或饱和蒸汽压较高的组分）汽化，经多次部分液相汽化和部分气相冷凝，使气相中的轻组分和液相中的重组分浓度逐渐升高，从而实现分离。
原料从塔中部适当位置进塔，将塔分为两段，上段为精馏段，不含进料，下段含进料板为提留段，冷凝器从塔顶提供液相回流，再沸器从塔底提供气相回流。气、液相回流是精馏重要特点。
在精馏段,气相在上升的过程中，气相轻组分不断得到精制，在气相中不断地增浓，在塔顶获轻组分产品。
在提馏段，其液相在下降的过程中，其轻组分不断地提馏出来，使重组分在液相中不断地被浓缩，在塔底获得重组分的产品。
塔内回流的作用：
一是提供塔板上的液相回流，造成气、液两相充分接触；
二是取走塔内的多余的热量，维持全塔的热平衡，以控制、调节产品的质量。
从塔顶打入的回流量，常用回流比来表示：
回流比＝回流量（m3/h）/塔顶产品流量（m3/h）
回流比增加，塔板的分离效率提高，当产品分离程度一定时，加大回流比，可以适当减少塔板数。但是，增大回流比是有限度的，塔内回流量的多少是由全塔热平衡决定的。
蒸馏塔提馏段和精馏段工作原理
精馏一般用来分离均相液体混合物，而且这两个组分一定要符合精馏条件，就是他们具有不同的挥发度。我们用最简单的两组分连续精馏来讨论讨论。
当你把原料泵打开准备开始精馏，这一股股物料进入精馏塔进料塔板的时候，他们就已经开始进行精馏了。我们已经知道，这两个组分的挥发度是不同的，也就是说，把这股物料
精馏塔温度控制
精馏塔温度控制
精馏塔是指在酒精通过以上两塔蒸馏后，酒精浓度还需要进一步的提高，杂质还需进一步的排除，精馏塔的目的就是通过加热蒸发、冷凝、回流这些程序后，起到上除头级杂质，中提杂醇油，下排尾级杂质的作用，最终获得符合质量标准的成品——酒精。
蒸馏塔的作用并不只局限于提纯酒精。蒸馏塔主要是为了分离混合液体，利用不同液体在不同条件下，如温度不同，挥发性（沸点）不同的特性，对液体进行分离，从而达到液体提纯效果。
对精馏塔的塔顶温度一般应控制在79℃，塔底温度一般控制在105—107℃，塔中温度在取酒正常的情况下一般取在88—92℃之间。精馏塔上的1*冷凝器水温应在60—65℃，2*冷凝器应在35—40℃，最后一个冷凝器温度应不低于25℃。
过控
AI 含氧量 101 AC 101
HS
FC 102 空气阀
LS
3、烟气氧含量控制
直接指标：使燃料量与送风量的比值在各种情况下均为最优 烟气氧含量
精馏塔双温差控制系统示意图
分别在精馏段和提馏段上选取温差信号。
100
ห้องสมุดไป่ตู้
B
0 0.02
排 空
A
0.06 MPa
反作用
0.1
T Tr A T Tr A B
例2 罐顶氮封分程控制 100 炼油厂、化工厂成品油化工产品贮罐为避 免与空气中的氧气接触氧化，常采用罐顶充氮 气的办法。如图： 工艺要求保持贮罐内呈正压，当罐内料位 0 变化，将引起罐顶压力变化，应及时控制。
Gm
C2
锅炉 气包
LT 101 101 -
U
GPD
+
LC 101
R+
-
Gc
C1
GV Gm
GPC
Y
FT LT 101 101
给水 蒸汽 锅炉 气包
双冲量控制的另一种形式
缺点：①因控制阀的非线性，很难做到静态补偿；
②不能对给水量的扰动直接补偿 4、三冲量控制 水位、负荷、给水流量的复合控制系统
精馏塔课程设计
辽宁工业大学
过程控制系统课程设计（论文）题目：精馏塔提馏段温度-加热蒸汽流量串级控制系统
院（系）：电气工程学院
专业班级：自动化063
学号：060302066
学生姓名：丁战武
指导教师：王立红
教师职称：副教授
起止时间：09-07-06至09-07-17
辽宁工业大学课程设计（论文）任务书
目录
第1章论述 (1)
1.1 概述 (1)
1.2设计任务要求 (2)
1.3总体方案论证 (2)
第2章课程设计内容 (3)
2.1 主回路的设计 (3)
2.2 副回路的设计 (3)
2.3主、副调节器控制规律的选择 (3)
2.4主、副调节器的选择 (4)
2.5执行器的选则 (4)
2.6测量变送器的选择 (4)
2.7 调节器参数的工程整定 (4)
2.8系统的整体实验调试及结果说明 (6)
2.9控制系统的性能分析 (7)
2.10控制算法 (9)
第3章课程设计总结 (12)
参考文献 (13)
第1章课程设计目的与要求
1.1 概述
串级控制系统是一种常用的复杂控制系统,它根据系统结构命名。它由两个或两个以上的控制器串联连接组成,一个控制器的输出作为另一个控制器的设定值,这类控制系统称为串级控制系统。
串级控制系统框图如图1.1所示。图中，主控变量y1是串级控制系统中要保持平稳控制的主要被控变量。副被控变量y2是串级控制系统的辅助被控变量，通常，控制系统中的主要扰动影响首先在副被控变量反映。Gc1（S）和Gc2（S）分别是主、副控制器的传递函数。Gp1(S)和Gp2(S)分别是主、副被控对象传递函数。Gm1(S)和Gm2(S)分别是主、副被控变量的检测变送环节传递函数。ym1和ym分别是主副被控变量的测量值，F1和F2分别是进入主副被控对象的扰动。
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精馏原理以及工业流程
精馏操作分为连续精馏和间歇精馏，本设计的研究对象是连续精馏的过程。连续精馏的流程装置如下图所示，其操作过程是：原料液经预热加热到一定温度后，进入精馏塔中的进料板，料液在进料板上与自塔上部下降的回流液体汇合后，在逐板下流，最后流入塔底再沸器中，液体在逐板下降的同时，它与上升的蒸汽在每层塔板上相互接触，同时进行部分汽化和部分冷凝的质量和能量的传递过程。操作时，连续从再沸器中取出的部分液体作为塔底产品，部分液体汽化产生上升蒸汽，从塔底回流入塔内出塔顶蒸汽进入冷凝器中被冷凝成液体，并将部分冷凝液用泵送回塔顶作为回流液体，其余部分经冷却器后被送出作为塔顶产品。
图连续精馏装置工艺流程图
精馏塔的特性
精馏塔的特性分为静态特性和动态特性，以二元简单精馏过程为例，说明精馏塔的基本关系。 1.2.1精馏塔的静态特性
一个精馏塔，进料与出料应保持物料平衡，即总物料量以及任一组分都符合物料平衡关系。图所示的精馏过程，其物料平衡关系为：
总物料平衡 B D F += （） 轻组分平衡
B
D f x B x D z F ⋅+⋅=⋅ （）
由式（）和（）联立可得：
B B f D x x z D F
x +-=
)(
B D f
D x x z x F D --= （）
式中 F 、D 、B ——分别为进料、顶馏出液和底馏出液流量；
f
z 、D x 、B x ——分别为进料、顶馏出液和底馏出液中轻组分含量。
从上述关系可看出：当F D 增加时将引起顶、底馏出液中轻组分含量减少，即D x 、B x 下降。而当F B 增加时将引起顶、底馏出液中轻组分含量增加。即D x 、B x 上升。
然而，在F D （或F B ）一定，且f z
一定的条件下并不能完全确定D x 、B x 的数值，只能确定D x 与B
x 之间的比例关系，也就是一个方程只能确定一个未知数。要确定D x 与B x 两个因数，必须建立另一个关系式：能量平衡关系。
在建立能量平衡关系时，首先要了解一个分离度的概念。所谓分离度s 可用下式表示：
)
1()1(D B B D x x x x s --=
（） 从上
式可见：随着分离度s 的增大，而B x 减小，说明塔系统的分离效果增大。影响分离度s 的因素很多，诸如平均挥发度、理论塔板数、塔板效率、进料组分、进料板位置以及塔内上升蒸汽量V 和进料量F 的比值等。对于一个既定的塔来说：
)
(F V
f s ≈ （） 式（）的函数关系也可用一近似式表示：
β
=F
V
In )1()1(D B B D x x x x -- （） 式中β为塔的特性因子。
由式（）、（）可以看出，随着F V 增加，s 值提高。也就是D x 增加，B x 下降，分离效果提高了。由于V 是由再沸器施加热量来提高的，所以该式实际是表示塔的能量对产品成分的影响，故称为能量平衡关系式。而且由上述分析可见：F V 的增大，塔的分离效果提高，能耗也将增加。
对于一个既定的塔，包括进料组分一定，只要F D /和F V 一定，这个它的分离结果，即D x 与B x 将被完成确定。也就是说，由一个塔的物料平衡关系与能量平衡关系两个方程式，可以确定塔顶和塔底组分两个待定因数。
上述结论与一般工艺书中所说保持回流比D L R =一定，就确定了分离结果是一致的。
精馏塔的各种扰动因素都是通过物料平衡和能量平衡的形式来影响塔的操作。因此，弄清精馏塔中的物料平衡和能量平衡关系，为确定合理的控制方案奠定了基础。 1.2.2 精馏塔的动态特性
精馏塔是一个多变量、时变、非线性对象。对其动态特性的研究，人们已经做了不少工作。要建立整塔的动态方程，首先要对精馏塔的各部分：精馏段、提留段各塔板，进料板，塔顶冷凝器，回流罐，塔釜、再沸器等分别建立各自得动态方程。下面以二元精馏塔第j 块塔板为例说明如何建立单板动态方程。 总物料平衡：
dt dM V V L L j
j j j j =
-+--+11 （）
轻组分平衡：
dt
x M d y V y V x L x L j j j j j j j j j j ][1111=
-+---++ （）
式中:L 表示回流量，下标指回流液来自哪块板；
V 表示上升蒸汽量，下标指来自哪一块板的上升蒸汽；
M 指液相的蓄存量；
y x 、分别指液相和气相中轻组分的含量，同样下标指回流液及上升蒸汽来自哪块塔板。
由于各部分的动态方程。可整理得到整塔的动态方程组。对于整个精馏塔来说是一个多容量的，相互交叉连接的复杂过程，要整理出整塔的传递函数是相当复杂的。
第2章 控制系统设计
单回路系统简介
1.单回路控制系统的结构和类型
反馈控制是基于被控量的偏差进行的，没有偏差也就不存在反馈控制。当然只要存在偏差，控制系统就不可能保持在理想控制要求上，而是在理想控制要求的附近摆动，所以反馈控制是接近理想要求，但永远也无法保持理想要求的控制。当被控对象呈现大延迟或受干扰较多，干扰频率较高时，要求系统快速反应实现控制目的时，反馈控制的效果往往不明显。
图单回路控
制系统方框
图
本次课
程设计我
要完成精馏塔提留段温度单回路控制系统设计，单回路控制系统又称简单控制系统，是指由一个控制对象、一个检测元件及变送器、一个调节器和一个执行器所构成的闭合系统。单回路控制系统结构简单、易于分析设计，投资少、便于施工，并能满足一般生产过程的控制要求，因此在生产中得到广泛应用
2.单回路控制系统的特点
1、它由一个测量变送装置、一个控制器、一个控制阀和相应的被控对象所组成。
2、控制器是根据被控变量与给定值的偏差来进行控制的。
3、系统结构简单，所需自动化技术工具少（仪表少），投资比较低，操作维护也比较方便，3.前馈-反馈控制系统
精馏塔提留段温度控制系统设计方案
提馏段温度控制系统采用串级控制方案，该控制系统的被控对象是D308塔灵敏板的温度。由于对灵敏板的温度指标要求严格，而其影响干扰又很多，而干扰的存在会直接影响产品的质量，这里的主要干扰是进料流量，它存在容量滞后较大、负荷变化较剧烈、干扰比较频繁的问题。考虑到经济等方面的问题，采用单回路控制。
1.精馏塔提馏段被控变量的选择
被控变量的选择是控制系统设计的核心问题，选择得正确与否，会直接关系到生产的稳定操作，产品产量和质量的提高以及生产安全与劳动条件的改善等。这里对于以温度为操作指标的生产过程，就选择温度作为被控变量，因为温度具有足够大的灵敏度反映产品质量的变化。此外，选择温度作为被控变量时，考虑到了工艺的合理性和国内外仪表生产的现状。