过程控制课程设计报告——精馏塔的均匀控制系统设计
精馏塔温度控制系统设计.doc
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）：电气工程学院专业班级：自动化093学号： *********学生姓名：***指导教师：（签字）起止时间：课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院教研室：自动化注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算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。
精馏塔的大多数前馈信号采用进料量。
当进料量来自上一工序时，除了多塔组成的塔系中可采用均匀控制或串级均匀控制外，还有用于克服进料扰动影响的控制方法前馈—反馈控制。
前馈控制是一种预测控制，通过对系统当前工作状态的了解，预测出下一阶段系统的运行状况。
如果与参考值有偏差，那么就提前给出控制信号，使干扰获得补偿，稳定输出，消除误差。
前馈的缺点是在使用时需要对系统有精确的了解，只有了解了系统模型才能有针对性的给出预测补偿。
但在实际工程中，并不是所有的干扰都是可测的，并不是所有的对象都是可得到精确模型的，而且大多数控制对象在运行的同时自身的结构也在发生变化。
所以仅用前馈并不能达到良好的控制品质。
这时就需要加入反馈，反馈的特点是根据偏差来决定控制输入，不管对象的模型如何，也不管外界的干扰如何，只要有偏差，就根据偏差进行纠正，可以有效的消除稳态误差。
解决前馈不能控制的不可测干扰。
前馈反馈综合控制在结合二者的优点后，可以提高系统响应速度关键词：提馏段温度前馈-反馈串级控制目录第1章绪论........................................................................................... 错误!未定义书签。
精馏塔控制系统设计
精馏塔控制系统设计精馏塔控制系统是指用于控制精馏装置运行的自动化系统。
精馏塔是化工过程中常用的一种分离设备，用于将混合物按照不同组分进行分离，并获得精馏产品。
精馏塔控制系统设计的目标是实现对塔内温度、压力、流量等参数的自动调节，以保持塔的稳定运行和达到设定的产品品质和产量要求。
1.系统的安全性：由于精馏塔操作涉及到高温高压的条件，系统的安全性是首要考虑因素。
安全系统应该能及时发现并处理可能的危险情况，如超压、超温等，确保塔内的操作条件始终处于安全范围内。
2.过程控制策略：根据塔的物料性质和操作要求，设计合理的控制策略。
常见的控制策略包括温度控制、压力控制、流量控制等。
需要根据塔内的反应动力学特性和传热传质特性来优化控制策略，比如采用多变量控制或者模型预测控制等。
3.仪表设备选型：根据控制策略选择合适的仪表设备，如温度传感器、压力传感器、流量计等。
仪表设备应具有高精度、稳定性好和耐高温高压等特点，以满足精馏塔操作的要求。
4.控制系统架构设计：根据控制策略和仪表设备的选择，设计控制系统的架构。
控制系统通常包括传感器、执行器、控制器和通信网络等部分。
传感器用于测量塔内的物理参数，执行器用于调节塔内的操作条件，控制器用于处理传感器的测量信号并确定下一步的控制策略，通信网络用于传输和共享数据。
5.监控系统设计：精馏塔的操作过程需要实时监控，及时发现和处理异常情况。
监控系统应能对塔内各项参数进行实时显示和记录，并提供报警、故障诊断和数据分析等功能。
监控系统可以采用人机界面、数据采集系统、故障诊断系统等多种形式。
在精馏塔控制系统的设计中，需要充分考虑各种可能的操作变量、工艺的稳定性、产量和能耗等方面的要求。
通过合理的控制系统设计，可以实现对精馏塔的准确控制，提高产品质量和产量，降低能耗和运行成本。
化工原理课程设计任务书精馏塔
化工原理课程设计任务书精馏塔本篇文档主要介绍化工原理课程设计任务书中关于精馏塔的要求和内容。
一、设计任务设计一座丙酮-甲醇精馏塔，要求：1. 产品：A级丙酮、B级丙酮、水、甲醇2. 输入流量：1000kg/h，A级丙酮50%，B级丙酮50%3. 操作压力：常压4. 输出流量：1000kg/h，A级丙酮90%，B级丙酮10%5. 设计基准：精馏32个板层二、设计步骤1. 精馏塔的结构设计(1) 塔的类型：管式塔(2) 塔的高度：设定32个板层，按传质条件设计最小高度(3) 填料类型：采用网格填料(4) 塔的直径：根据输入流量、精馏塔高度和填料设计(5) 塔的材质：不锈钢(6) 填料厚度：1.5cm2. 精馏塔的操作参数及控制(1) 操作压力：常压(2) 丙酮的重心温度：58℃(3) 甲醇的重心温度：52℃(4) 塔顶压力：1atm(5) 塔底压力：1atm(6) 板间压力降：0.015atm(7) 蒸汽进口管直径：50mm(8) 汽液分离器直径：100mm(9) 泵的扬程：15m3. 精馏塔的热力学计算(1) 设定板层数：32(2) 输入流量：1000kg/h，A级丙酮50%，B级丙酮50%(3) 设定塔顶压力：1atm(4) 设定塔底压力：1atm(5) 设定塔板温度，参考数值文献或软件计算(6) 根据塔板温度确定物质的蒸汽压(7) 根据物质的蒸汽压计算物质的分馏、回流比等参数4. 精馏塔的动力学模拟(1) 建立模型：使用MATLAB或其他模拟软件建立动力学模型(2) 确定控制方案：根据设定的输出要求，确定控制方案(3) 模拟仿真：进行塔的动态仿真，查找可能的故障及出现的问题(4) 评价：对模拟结果进行评价，并应对出现的问题进行处理三、设计成果1. 绘制精馏塔的结构图：包含填料、板层、进口出口等2. 绘制精馏塔的液相、气相平衡图3. 计算精馏塔流程图：包括输入和输出物质流量、温度、压力等参数4. 编写精馏塔的操作说明：包括操作控制、参数设定、操作步骤等5. 输出精馏塔的动态模拟成果：包括MATLAB或其他模拟软件的代码和仿真结果以上是化工原理课程设计的精馏塔任务书的要求和内容，本文档中介绍了设计步骤和要求，设计成果等部分，可以为读者提供一定帮助，同时也展示了精馏塔设计工作的一般流程和方法。
精馏塔课程设计..
600～700 800～1000 1200～1400 1600～3000 3200～4200 注: 带*者不推荐使用
表1 塔板间距与塔径的关系
塔板间距／mm 300 350 450 *350 450 500 600 *350 450 500 600 *800 *450 500 600 800 600 800
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塔板的负荷性能图绘制 ⒈过量雾沫夹带线 ⒉淹塔线（液泛线） ⒊过量泄漏线（气相负荷下限线） ⒋降液管超负荷线（液相负荷上限线） ⒌液相负荷下限线 ⒍操作线： Origin 绘制塔板负荷性能图， 并计算塔的操作弹性K，要求K不小于3。 根据塔板的流体力学计算结果和塔板的负荷性能图，分析讨 论所设计塔板的特点及优缺点。
1、冷凝器热负荷的计算 冷凝器的热负荷是塔顶饱和蒸汽从露 点气相冷凝为泡点液相所放出的热量，可 用以下办法计算。
露点气 相，Td HV 液相，Td Qc 泡点液 相，Tb HL=Cp(Td-Tb)
Qc=Hv+HL
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2、再沸器热负荷的计算 再沸器的热负荷是塔底液相部分汽化成饱 和蒸汽所吸收的热量，蒸汽的量就是塔内气相 流量，可用全塔热平衡计算。 QB＋FHF＝DHLD＋WHLW＋QC＋Q损 QB＝DHLD＋WHLW＋QC＋Q损－FHF Q损＝5％ QB 或近似由下式计算 QB＝V’w(HV’W-HLW)
1.2
表5 液体的汽化潜热 汽化潜热与温度的关系：
r 1 Tr rb 1 Trb
0.38
21
其中：Tr、Trb分别为温度T和常压沸点温度Tb时的对比温度。
表6 各组分的Antoine常数
B ln P A T C
o
(mmHg)
化工原理 课程设计 精馏塔
化工原理课程设计精馏塔
化工原理课程设计：精馏塔
一、设计题目
设计一个年产10万吨的乙醇-水溶液精馏塔。
该精馏塔将采用连续多级蒸馏的方式，将乙醇与水进行分离。
乙醇的浓度要求为95%（质量分数），水含量要求低于5%。
二、设计要求
1. 设计参数：
操作压力：常压
进料流量：10万吨/年
进料组成：乙醇40%，水60%（质量分数）
产品要求：乙醇95%，水5%
2. 设计内容：
完成精馏塔的整体设计，包括塔高、塔径、填料类型、进料位置、塔板数、回流比等参数的计算和选择。
同时，还需完成塔内件（如进料口、液体分布器、再沸器等）的设计。
3. 绘图要求：
需要绘制精馏塔的工艺流程图和结构示意图，并标注主要设备参数。
4. 报告要求：
完成设计报告，包括设计计算过程、结果分析、经济性分析等内容。
三、设计步骤
1. 确定设计方案：根据题目要求，选择合适的精馏塔类型（如筛板塔、浮阀塔等），并确定进料位置、塔板数和回流比等参数。
2. 计算塔高和塔径：根据精馏原理和物料性质，计算所需塔高和塔径，以满足分离要求。
3. 选择填料类型：根据物料的特性和分离要求，选择合适的填料类型，以提高传质效率。
4. 设计塔内件：根据塔板数和填料类型，设计合适的进料口、液体分布器、再沸器等塔内件。
5. 进行工艺计算：根据进料组成、产品要求和操作条件，计算每块塔板的温度和组成，以及回流比等参数。
6. 进行经济性分析：根据设计方案和工艺计算结果，分析项目的投资成本和运行成本，评估项目的经济可行性。
精馏塔---课程设计
精馏塔---课程设计第1章绪论1.1课程设计的目的（1）把化工工艺与化工机械设计结合起来，巩固和强化有关机械课程的基本理论和知识基本知识。
（2）培养对化工工程设计上基本技能以及独立分析问题、解决问题的能力。
（3）培养识图、制图、运算、编写设计说明书的能力。
1.2课程设计的要求（1）树立正确的设计思想。
（2）具有积极主动的学习态度和进取精神。
（3）学会正确使用标准和规范，使设计有法可依、有章可循。
（4）学会正确的设计方法，统筹兼顾，抓主要矛盾。
（5）在设计中处理好尺寸的圆整。
（6）在设计中处理好计算与结构设计的关系。
1.3课程设计的内容对二氯乙烷精馏塔的机械设计。
DN=1800mm P N=1.2MPa1.4课程设计的步骤（1）全面考虑按压力大小、温度高低、腐蚀性大小等因素来选材。
（2）选用零部件。
（3）计算外载荷，包括内压、外压、设备自重，零部件的偏载、风载、地震载荷等。
（4）强度、刚度、稳定性设计和校核计算（5）传动设备的选型、计算。
（6）绘制设备总装配图。
第2章塔体的机械计算2.1 按计算压力计算塔体和封头厚度2.1.1 塔体厚度的计算（1）计算压力 MPa Pc 2.1= （2）塔体计算厚度 mm Pc t PcDi8.72.185.0170218002.1]δ[2δ=×××==（3）塔体设计厚度mm 8.9δc δ=+=c （4）塔体名义厚度n δ=12mm （5）塔体有效厚度mm c n e 10δδ==2.1.2 封头厚度计算（1）计算厚度 mm Pc t PcDi 5.72.15.085.0170218002.15.0][2=?-=?-=δδ（2）设计厚度mm c 5.9c =+=δδ （3）名义厚度mm n 12=δ （3）有效厚度 mm c n e 10=-=δδ2.2 塔设备质量载荷计算2.2.1 筒体圆筒、封头、裙座质量 m 01（1）圆筒质量m 1=4.1971979.36536=×Kg （2）封头质量 m 2=8.67624.338=×Kg （3）裙座质量m 3=2.164006.3536=×Kg 说明：1 塔体圆筒总高度为36.79m ；2查得DN1800mm ，厚度10mm 的圆筒质量为536Kg/m ；3 查得DN1800mm ，厚度10mm 的椭圆形封头质量为338.4Kg/m ；4 裙座高度3060mm 。
精馏塔控制系统课程设计
精馏塔控制系统课程设计精馏塔控制系统课程设计一、概述精馏塔是化学工业中重要的分离设备之一，广泛应用于化工、石油、食品等领域。
精馏塔的主要功能是将混合液进行分离，得到高纯度的产品。
在生产过程中，精馏塔的控制系统对于保证产品质量、降低能耗、提高生产效率等方面具有重要作用。
因此，本课程设计旨在设计一个精馏塔的控制系统，以实现对混合液的分离过程进行精确控制。
二、设计要求1.了解精馏塔的工作原理及流程；2.分析精馏塔的工艺参数和控制要求；3.设计精馏塔的控制系统方案；4.选择合适的控制仪表和设备；5.完成控制系统的硬件和软件设计；6.进行系统调试和性能评估。
三、工作原理及流程精馏塔是一种基于蒸馏原理的分离设备。
在蒸馏过程中，混合液在精馏塔内被加热和冷却，使得不同成分的液体在特定温度下达到气液平衡状态。
通过这种方式，高纯度的产品可以从混合液中分离出来。
精馏塔的主要组成部分包括：原料液进料口、蒸汽加热器、分离器、冷凝器、产品收集器等。
四、工艺参数和控制要求精馏塔的主要工艺参数包括：进料流量、蒸汽流量、回流比、塔顶温度、塔底温度等。
控制要求包括：1.稳定进料流量，以保证原料液的供应；2.控制蒸汽流量，以维持所需的加热温度；3.调节回流比，以改变产品的纯度和产量；4.控制塔顶和塔底温度，以保证产品的质量和分离效果。
五、控制系统方案设计根据工艺参数和控制要求，可以采用以下控制系统方案：1.进料流量控制：采用流量计测量进料流量，通过调节阀控制进料流量；2.蒸汽流量控制：采用蒸汽压力传感器测量蒸汽压力，通过调节阀控制蒸汽流量；3.回流比控制：采用流量计测量回流比，通过调节阀控制回流比；4.塔顶温度控制：采用温度传感器测量塔顶温度，通过调节阀控制蒸汽流量，以维持温度稳定；5.塔底温度控制：采用温度传感器测量塔底温度，通过调节阀控制加热器的加热功率，以维持温度稳定。
六、控制仪表和设备选择根据控制系统方案，可以选择以下控制仪表和设备：1.流量计：用于测量进料流量和回流比；2.压力传感器：用于测量蒸汽压力；3.温度传感器：用于测量塔顶和塔底温度；4.调节阀：用于控制进料流量、蒸汽流量和回流比；5.加热器：用于加热原料液；6.PLC控制器：用于实现控制逻辑和数据处理。
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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，
能耗最小 ， 或使总收益最大 。在这个情况为了更好实现 精馏的目标就有了提馏段温度控制系统的产生。
精馏塔提馏段基本方案
——精馏塔提馏段单回路温度控制方案
在再沸器中 ， 用蒸汽加热塔釜液产生蒸汽 ，然后在塔釜 中与下降物料进行传热传质 。为了保证生产过程顺利进
行 ， 需要把提馏段温度θ保持衡关系 对提留段内任一塔板j作物料平衡计算 ，其组分的物料平 衡关系为：
式中 ，Vs表示各层塔板的上升蒸汽量 ，Yj为塔板 上气相 的轻组分浓度 ， Ls为提留段内各层踏板的下流液体流量， Xj- 1是从j- 1 快塔板留下的液相中轻组分浓度 ，B为塔釜 采出量 ，X为塔釜采出物轻组分的浓度。
工艺流程图
硬件
控制系统硬件采用可靠PLC总线工业
控制机为主控机, 下挂多回路智能调 节器方式.其结构设计为直接数据采 集、冗余并行分布式控制结构.该系 统硬件结构设计框图如上图所示.工 业控制机和智能调节器都可作为直 接控制级设备完成控制任务, 工业控 制机还执行对全部过程参数的监测 等功能. 工业控制机和智能调节器都 具有自诊断和智能逻辑判断功能, 二 者之间采用多路智能通讯硬件支持 下的标准R s 一2 3 2 c 通讯方式传递 信息.工业控制机通过自诊断和逻辑 判断可自动选择, 或由操作人员人为 选择某一种控制级设备的控制信号 输出到现场, 从而实现自诊断功能和 智能判断功能支持下的冗余并行控 制.
精馏塔DCS控制系统设计部分课程介绍及要求
精储塔DCS控制系统设计部分一、课程介绍及要求1硬件部分针对现有的水一乙静实验用精储塔，设计开发一套DCS控制系统，并完成后续的实验内容。
对硬件系统具体的要求包括：（I）针对现有实验用精储塔，统计信号点，进行硬件选型，设计控制站机柜；（2）,完成控制站内部卡件的组装、连接、配电；将实验用精储塔装置的输入输出信号正确接入控制站（10接入端口自主分配）；（3）完成DCS操作站和控制站的网络连接，实现控制系统的组态和监控。
2软件部分（1）根据DCS系统的拓扑结构完成控制系统的结构组态（设1个控制域、1个操作域）；（2）完成控制站的硬件、位号、流程图设计、用户程序的组态；（3）完成操作站监控程序的组态；（4）能正常运行监控程序完成相应实验。
3功能部分（1）操作站监控程序功能：能查看系统总貌、数据一览，能正确显示工艺流程，能完成实验的各项操作（控制参数设置、手自动切换、手动操作）以及趋势图显示等功能；（2）控制部分能够完成实验要求的内容（具体实验要求见后续的任务书）；二、分组安排本次实验一共可以安排60人进行实验。
实验分四大组，每一大组又分成3小组，每一小组设一个组长，负责分工协调，要求每个小组成员都要完成相应的工作量，在最后的答辩阶段要做相应的陈述。
每组每周在实验室的时间不少于2个整天（4个半天）。
三、实验预约及开放时间请在开学后第一周的第二天上午8:00后登陆“浙江大学实验管理系统”进行分组选择和实验预约。
周五上午&00实验预约截止。
实验前的大课时间及地点请随时关注控制学院实验中心网站O上的通知。
PLC控制系统设计部分一、课程介绍及要求主要结合CS4000型过程控制实验装置和电机，应用西门子S7-200和300系歹IJPLC组网通信，设计和开发一套较完整的自动控制系统，实现开关量顺序控制和模拟量输入输出及过程控制功能，主要控制任务包括（详见上课时下发的《实验任务书》：（1）电机控制功能：电机1：Y-△启动控制；电机2：变频器变频控制（2）水箱温度控制功能（单回路控制、串级控制）（3）水箱液位控制功能（单回路控制、串级控制）（4）其他相关控制要求1硬件部分设计一套PLC控制系统，完成以上实验内容的控制，硬件系统具体包括：①一个中央机架和一个扩展机架,接入所有控制所需IO信号（IO接入端口自主分配）；②一套PC操作站（兼工程师站），实现控制系统监控和组态；③一台触摸屏，实现控制系统的监控：④主控系统与一套S7200PLC通信，通过200PLC控制若干指示灯;主控系统与S7200集成方式可以是DP或GPRS可选。
过程控制系统—均匀控制系统(工业仪表自动化)
课程导入
阀2
阀1 图1 前后精馏塔的供求关系
均匀控制原理
1.两个变量在控制过程中都应该是缓慢变化的。 2.前后互相联系又互相矛盾的两个变量应保持在所允许的范围内波动。
均匀控制原理
图2 前一设备的液位和后一设备的进料量之关系 1—液位变化曲线；2—流量变化曲线
简单均匀控制系统
目的
为了协调液位与排出流量之间的关 系，允许它们都在各自许可的范围内 作缓慢的变化。 满足均匀控制要求的方法
通过控制器的参数整定来实现。
图3 简单均匀控制
串级均匀控制系统
可在简单均匀控制方案基础上 增加一个流量副回路，即构成串 级均匀控制。
图4 串级均匀控制
串级均匀控制系统
特点
由于增加了副回路，可以及时克服由于塔内或排出端压力改 变所引起的流量变化。
串级均匀控制系统协调两个变量间的关系是通过控制器参数 整定来实现的。
在串级均匀控制系统中，参数整定的目的不是使变量尽快地 回到给定值，而是要求变量在允许的范围内作缓慢的变化。
串级均匀控制系统
参数整定的方法
由小到大地进行调整。 串级均匀控制系统的主、副控制器一般都采用纯比例作用的。 只在要求较高时，为了防止偏差过大而超过允许范围，才引入 适当的积分作用。
小结
均匀控 制系统
均匀控制系统。 简单均匀控制系统。 复杂均匀控制系统。
思考
什么是均匀控制系统？
基于均匀控制的精馏控制系统
基于均匀控制的精馏控制系统【摘要】石油化工生产过程是一个连续生产过程，随着生产的进一步强化，使得前后生产过程的关系更加紧密，往往出现前一设备的出料直接作为后一设备的进料，而后者的出料又连续输送给其他设备作为进料[1]，但生产过程中每个设备都希望维持自身平衡，这就必须打破前一设备或后一设备的平衡，以至整个多塔系统不能保持稳定。
为解决这一矛盾，以往靠增加缓冲罐的办法来解决，通过缓冲物料累积量的变化，以达到两塔或多塔操作平稳。
从控制方案上看，为解决这些矛盾，使生产过程统筹兼顾，我们在精馏控制系统中引入均匀控制，该控制方案能有效解决以上矛盾，表现出了很好的控制效果。
【关键词】均匀控制；精馏；单回路；串级；双冲量1.精馏系统概述在典型的有机硅精馏系统中，高沸物裂解产品将被通过精馏的方法，将其中的一甲基二氯氢硅烷、三甲基一氯硅烷、一甲基三氯硅烷和二甲基二氯硅烷单独分离出来[2]。
系统一般主要包括脱低塔、一甲塔、二甲塔和脱高塔等几个串联塔和一个间歇精馏塔[3]。
主要分离过程为：高沸物裂解产物由泵送入脱低塔，在该塔完成低沸点组分（包括三甲基氯硅烷及沸点比三甲基氯硅烷低的组分）与沸点较高的组分（包括一甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷及高沸物）的分离。
在该塔的进料口以上设置有两个侧线采出口，第一侧线采出口采出一甲含氢产品，其纯度在99%以上，第二侧线采出口采出粗三甲馏分，粗三甲馏分进入间歇精馏塔，回收少量的三甲基一氯硅烷。
脱低塔塔顶气相为以氯甲烷为主的轻组分，可以过进一步用冷冻盐水冷凝回收少量的四甲基硅烷、三氯氢硅和二甲基一氯氢硅。
沸点更低的氯甲烷排放进入吸收系统，脱低后的塔釜产品进入一甲塔。
一甲塔塔顶采出合格的一甲基三氯硅烷产品，其纯度大于99%，塔釜产物进入二甲塔。
二甲塔塔釜产品进入脱高塔，二甲塔塔顶产品返回一甲塔。
脱高塔主要完成二甲基二氯硅烷与高沸物的分离，塔顶采出合格的二甲基二氯硅烷产品，纯度在99%以上，塔釜为高沸物产品[4]。
精馏塔控制系统设计
Hefei University《化工仪表及自动化》过程考核之三——设计题目：精馏塔控制系统设计，系别：班级：姓名：学号：教师：日期：目录Hefei University (1)化工班：《化工仪表及自动化》 (1)过程考核之三——设计 (1)一、概述 (3)二、内容 (3)三、说明 (3)1、工作要求 (3)2、物料 (3)3、精馏过程的控制方案设计 (4)四、设备选型 (5)1、测控仪表选型 (5)2、执行机构选型 (5)五、总结 (5)六、参考文献 (5)精馏塔控制系统设计一、概述精馏塔是化工生产中分离互溶液体混合物的典型分离设备。
它是依据精馏原理对液体进行分离，即在一定压力下，利用互溶液体混合物各组分的沸点或饱和蒸汽压不同，使轻组份（即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，从而实现分离的目的，满足化工连续化生产的需要。
精馏塔塔釜温度控制的稳定与否直接决定了精馏塔的分离质量和分离效果，控制精馏塔的塔釜温度是保证产品高效分离，进一步得到高纯度产品的重要手段。
维持正常的塔釜温度，可以避免轻组分流失，提高物料的回收率，也可减少残余物料的污染作用。
影响精馏塔温度不稳定的因素主要是来自外界来的干扰。
二、内容蒸馏的基本原理是将液体混合物部分气化,利用其中各组份挥发度不同（相对挥发度）的特性，实现分离目的的单元操作。
蒸馏按照其操作方法可分为：简单蒸馏、闪蒸、精馏和特殊精馏等。
本文主要内容是结合课本所学仪表自动化知识，掌握测控仪表，了解二元精馏系统流程仪表的位号和特点，仔细研究二元精馏的工艺流程图，熟悉工艺流程依次设计一套完整的控制方案，使系统能对二元精馏的工艺过程进行有效地控制。
三、说明1、工作要求精馏塔控制系统主要分为三部分控制：塔釜温度控制精馏塔塔釜温度是产品成分的间接质量指标,要求温度检测点在系统受到干扰时温度变化灵敏,因此塔内测温点设置在灵敏板上,通过控制再沸器蒸汽流量来实现温度的稳定。
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。
图1.1 串级控制系统框图串级控制系统的特点（1）改善了对象的特性在串级控制系统中，如把副回路视为一等效副对象，那么，它的时间常数和放大系数都比原副对象的小。
对象时间常数减小，系统的响应速度将加快，这对及时克服干扰，提高控制质量是有利的。
过程控制课程设计-精馏塔温度控制系统
过程控制课程设计-精馏塔温度控制系统(总34页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除过程控制系统与仪表课程设计目录一、研究对象........................................................................................... 错误!未定义书签。
二、研究任务........................................................................................... 错误!未定义书签。
三、仿真研究要求 (4)四、传递函数计算 (5)五、控制方案........................................................................................... 错误!未定义书签。
1. 单回路反馈控制系统 (6)1) 控制方案的系统框图和工艺控制流程图............................... 错误!未定义书签。
2) PID参数整定 (7)3) 系统仿真................................................................................... 错误!未定义书签。
4) 对象特性变化后仿真 (12)2. Smith预估补偿控制系统 ................................................................ 错误!未定义书签。
1) 控制方案的系统框图和工艺控制流程图............................... 错误!未定义书签。
2) 控制系统方框图....................................................................... 错误!未定义书签。
精馏塔物料平衡控制DCS系统设计
第五章精馏塔物料平衡控制DCS系统设计5.1 DCS系统硬件设计JX-300X DCS系统的硬件配置包括：①通信系统：通信系统是选择DCS系统的关键环节之一。
随着计算机网络通信技术的发展和市场的需求，大多数DCS系统都以开放系统为标准来设计其通信系统。
②人-机接口：人-机接口是DCS系统的操作站部分。
③接口单元：这里的接口单元是指DCS系统与本系统之外产品的接口单元。
主要有DCS系统与上位计算机的接口，与气相工业色谱的接口及与可编程控制器的接口。
高可靠性是过程控制系统的第一要求。
冗余技术是计算机系统可靠性设计中常采用的一种技术，是提高计算机系统可靠性的最有效方法之一。
控制系统从结构上充分地采用了冗余技术。
本系统对于主控卡XP243X、数据转发卡XP233、重要I/O点对应的I/O卡件、网络通讯等都设计了1:1冗余，采用冗余结构不仅能避免控制系统的局部故障扩大事故，保证机组安全稳定运行，同时也保证设备故障的在线排除，从而消除事故隐患。
本系统的卡件备用硬件实时监听工作硬件信息，内部数据实时与工作硬件保持一致，一旦工作硬件出现故障，备用硬件即可随时参与工作，不存在切换问题，也就避免了切换时对系统造成的扰动。
本系统配置如图4.1所示。
系统安装完成后可使用ping指令进行调试，使其设备间彼此都实现通讯。
脱丁烷塔测点不是很多，经过整理得到实际测点15个，其中AI点6个，AO 点7个,DI点1个，DO点1个，据此得出系统硬件配置，如表5.1所示。
表5.1 系统硬件配置5.2 DCS系统的组态设计5.2.1 I/O组态确定了系统的硬件配置，这样可以开始进行主机设置。
该系统测点较少，需要一个控制站，一个操作站、工程师站，分别命名为OS130、ES130。
图5.1 主机设置主机设置完成以后，可以进行控制站的I/O 组态，I/O 组态主要包括下面的一些内容：1. 数据转发卡设置2. I/O 卡件设置3. 信号点设置数据转发卡组态是对某一控制站内部的数据转发卡在SBUS-S2 网络上的地址以及卡件的冗余情况等参数进行组态。
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目录1 精馏塔控制系统介绍 (1)1.1精馏塔原理 (1)1.2控制要求及干扰因素 (1)2 设计任务及要求 (2)3 均匀控制系统 (2)3.1均匀控制概念 (2)3.2均匀控制系统特点 (4)4设计方案选择 (5)4.1方案一简单均匀控制 (5)4.2方案二串级均匀控制 (5)5 系统各器件选型 (7)5.1检测转换元件的选择、性能参数 (7)5.2调节阀气开气关式选择 (9)6.系统仿真与分析 (11)7.小结与体会 (12)参考文献 (13)精馏塔的均匀控制系统设计1 精馏塔控制系统介绍1.1 精馏塔原理精馏塔是进行精馏的一种塔式汽液接触装置，又称为蒸馏塔。
有板式塔与填料塔两种主要类型。
根据操作方式又可分为连续精馏塔与间歇精馏塔。
蒸汽由塔底进入，与下降液进行逆流接触，两相接触中，下降液中的易挥发(低沸点)组分不断地向蒸汽中转移，蒸汽中的难挥发(高沸点)组分不断地向下降液中转移，蒸汽愈接近塔顶，其易挥发组分浓度愈高，而下降液愈接近塔底，其难挥发组分则愈富集，达到组分分离的目的。
由塔顶上升的蒸汽进入冷凝器，冷凝的液体的一部分作为回流液返回塔顶进入精馏塔中，其余的部分则作为馏出液取出。
塔底流出的液体，其中的一部分送入再沸器，热蒸发后，蒸汽返回塔中，另一部分液体则作为釜残液取出。
蒸馏的基本原理是将液体混合物部分气化,利用其中各组份挥发度不同（相对挥发度）的特性，实现分离目的的单元操作。
蒸馏按照其操作方法可分为：简单蒸馏、闪蒸、精馏和特殊精馏等。
1.2 控制要求及干扰因素为了保证精馏生产工序安全、高效持续进行,改造生产工艺提出如下控制要求:(1) 保证产品质量。
以塔顶产品的纯度作为质量参数进行控制,构建质量控制系统。
(2) 保证平稳生产。
首先要使精馏塔的进料参数保持稳定;其次为了维持塔的物料平衡,要控制塔顶和塔底产品采出量,使其和等于进料量;再次塔内的储液量应保持在限定的范围内;最后要控制塔内压力稳定。
(3) 满足约束条件。
系统必须满足一些参数的极限值所限定的约束条件,如塔内气体流速的上下限、塔内压力极限值等。
(4) 节能要求及经济性。
主要是再沸器的加热量和冷凝器的冷却能量消耗。
影响产品质量指标和平稳生产的主要干扰因素有: ①进料流量( F) 的波动; ②进料成分( Z F) 的变化; ③进料温度( T F) 和进料热焓值( Q F) 的变化;④再沸器加热剂输入热量的变化; ⑤冷却剂在冷凝器内吸收热量的变化; ⑥环境温度的变化。
2 设计任务及要求精馏塔控制系统主要分为三部分控制：（1）塔釜温度控制精馏塔塔釜温度是产品成分的间接质量指标,要求温度检测点在系统受到干扰时温度变化灵敏,因此塔内测温点设置在灵敏板上,通过控制再沸器蒸汽流量来实现温度的稳定。
本部分可采用前馈- 串级控制系统,可降低对调节阀的要求。
（2）塔顶回流量控制为保证精馏塔物料平衡,使其平稳运行,要控制塔顶和塔底采出量,对塔顶采出用回流量来控制,构成回流罐液位- 回流量串级控制系统。
（3）塔釜采出量控制第一精馏塔和第二精馏塔是物料连续的过程,第一塔的出料为第二塔的进料,工艺要求第一塔的液位稳定在一定的范围内,第二塔的进料量必须平稳,如果设置2 个单回路控制系统进行控制,2 个控制系统将会发生矛盾,解决这个矛盾的有效办法就是采用均匀控制系统。
本次设计任务是针对塔釜采出量设计均匀控制3 均匀控制系统3.1均匀控制概念均匀控制是指一种控制方案所起的作用而言，因为就方案的结构看，有时像一个简单液位（或压力）定值控制系统，有时又像一个液位与流量（或压力与流量）的串级控制系统。
所以要识别一些方案是否起均匀控制作用，或者在怎样的情况下应该设计均匀控制方案，从本质上去认识他们是非常重要的。
石油化工生产过程是一个连续生产过程，随着生产的进一步强化，使得前后生产过程的关系更加紧密了，往往出现前一设备的出料直接作为后一设备的进料，而后者的出料又连续输送给其他设备作进料。
现以连续精馏的多塔分离过程为例，如图1所示前后精馏塔供求关系。
图1 前后精馏塔的供求关系显然作为单个精馏塔，都希望自身操作平衡。
对于甲塔来说，塔釜液位往往是一个重要参数，因为它与塔釜的传热和汽化有较大关系（釜内有溢流用的隔板者除外），影响分离效果，为此装有液位控制系统。
当液位由于某种干扰而变化时，液位控制器就通过改变出料量来维持液位稳定。
而甲塔出料的波动对乙塔来说是一个进料扰动，使乙塔的平衡操作受到破坏，这种影响一直会继续下去，以至整个多塔系统的操作不能稳定。
对乙塔来说，他从自身的平衡操作要求出发，希望进料稳定，会提出设置进料流量控制系统。
显然，这是与甲塔的液位控制系统的工作是相互矛盾的，以致两个系统都无法正常工作。
为解决这一矛盾，以往靠增加缓冲罐的办法来解决。
通过缓冲物料累积量的变化，以达到两塔操作平稳。
但这要增加设备投资和扩大装置占地面积，并且有些化工中间产品经缓冲罐后有可能产生其他化学反应，因此也不是一种理想的办法。
现在从控制方案上去寻找出路，这要着眼于物料平衡控制，让供求矛盾限制在一定条件下进行渐变，以满足前后两塔的不同要求。
对这个例子来说，就是要将前塔塔釜看成一个缓冲罐，利用控制系统充分发挥它的缓冲作用。
也就是说，在进料量（前塔）变化时，让塔釜液位在最大允许的限度内平缓变化，从而使输出流量的到平缓（平稳缓变）。
因为：出入Q Q dtdH A -= 要起缓冲作用，就要借助于dt dH 的变化。
例如，入Q 变化2，可以调节使H变化1，Q 出变化1，这样来发挥贮罐的缓冲作用。
由此可见，后塔的进料平缓变化是以前塔液位的波动为代价的。
这种能充分发挥贮罐缓冲作用的控制系统，被称为均匀控制。
因此，均匀控制不是指控制系统的结构，而是指控制目的而言。
是为了使前后设备（或容器）在物料供求上达到相互协调，统筹兼顾。
3.2均匀控制系统特点均匀控制的特点有如下三条：(1)表征前后供求关系的两个参数是矛盾的；(2)两个参数应该是缓慢变化的；(3)两个参数只能在允许的范围内波动。
如图2所示是反映液位与流量的几种不同变化情况。
（a ）是单纯的液位定值控制；（b ）是单纯的流量定值控制；（c ）是实现均匀控制以后，液位与流量都渐变的波动情况，但波动比较缓慢。
图2 液位与流量几种不同变化情况4设计方案选择4.1 方案一简单均匀控制如图4-1所示为精馏塔塔底液位与出料流量的均匀控制系统。
从方案外表上看，他像一个单回路液位定值控制系统，并且确实常被误解。
所不同的主要在于控制器的控制规律选择及参数整定问题上。
在所有均匀控制系统中都不需要，也不应该加正微分作用，恰恰相反有时需要加反微分作用，一般采用纯比例控制，有时可用比例积分控制作用。
而且在参数整定上，一般比例度要大于100%，且积分时间也要放的相当大，这样才能满足均匀控制要求。
该方案结构简单，但他对于克服阀前后压力变化的影响及液位贮罐自衡作用的影响效果较差。
简单均匀控制系统适用于：进料量为主干扰，流量波动大，自衡能力弱的对象。
（自衡能力弱指：当流量变化很激烈，而液位变化很小）图4-1简单均匀控制系统4.2 方案二串级均匀控制如图4-2所示是蒸馏塔塔底液位与采出流量的串级均匀控制，从外貌看与典型的串级控制系统完全一样，但他的目的是实现均匀控制，增加一个副环流量控制系统的目的是为了消除阀前后压力干扰及自衡作用对流量的影响。
因此副环与串级控制中的副环一样，副控制器参数整定的要求与前面所讨论的串级控制对副环的要求相同。
而主控制器（即液位控制器）则与简单均匀控制的情况作相同处理。
图4-2 串级均匀控制系统其工作过程如下：当甲塔液位上升，导致液位调节器输出增大，流量调节器输出增大，控制阀门缓慢增大；反映在工艺参数上，液位不是立即快速下降，而是继续缓慢上升，乙塔的进料量也缓慢增加。
液位与流量均缓慢地变化，实现了均匀协调的控制目的；当乙塔的进料量增大，首先通过流量调节器使控制阀门开度缓慢减小；当这一作用使甲塔的液位下降时，液位调节器输出减小，进一步缓慢改变调节阀的开度，使系统工作在新的平衡点。
主副控制器一般采用比例或比例积分控制律。
主控制器的参数整定与简单均匀控制系统相同，副控制器的参数整定一般为δ=100～200% ，Ti为0.1～1分钟简单均匀控制系统只适用于干扰较小、对流量均匀程度要求不高的场合,为提高控制效果,本设计采用液位- 流量串级均匀控制系统。
要达到均匀控制的目的,主、副控制器中都不应有微分作用,液位控制器选择PI 控制作用,流量控制器选择比例控制作用,整控制器参数时注意控制作用要弱。
串级均匀控制系统既可使第一塔的液位保持在允许的范围之内,又可使第二塔进料保持平稳,维持了产品生产前后工序的协调,保证了设备稳定运行。
液位- 流量串级均匀控制系统方框图如图4-3所示。
图4-3液位-流量串级均匀控制系统方框图5 系统各器件选型5.1检测转换元件的选择、性能参数本系统需要使用的检测转换元件为流量检测转换元件和液位检测转换元件，下面分别介绍这两种检测转换元件。
一、流量检测转换元件在工程上，流量是指单位时间内通过管道某一截面的物料数量，其常用的计量单位有以下三种：1）体积流量Q 单位时间内通过某一截面的物料体积，用立方米每小时（m 3/h ）,升每小时（l/h ）等单位表示。
2）重量流量G 单位时间内通过某一截面的物料的重量，一般用公斤力每小时（Kgf/h ）表示。
3）质量流量M 单位时间内通过某一截面的物料的质量，可用公斤每小时（Kg/h ）表示。
上述三种流量之间的关系为M=ρQ (5.1)G Q gQ gM γρ=== (5.2)式中，ρ是流体密度；γ是流体重度；g 是重力加速度。
流量测量方法和仪表的种类繁多,分类方法也很多，根据本题要求选择差压式流量计差压式流量计由一次装置(检测件)和二次装置(差压转换和流量显示仪表)组成。
通常以检测件形式对差压式流量计分类,如孔板流量计、文丘利流量计、均速管流量计等。
二次装置为各种机械、电子、机电一体式差压计,差压变送器及流量显示仪表。
差压式流量计的检测件按其作用原理可分为:节流装置、水力阻力式、离心式、动压头式、动压头增益式及射流式几大类。
差压式流量计的原理是：根据伯努利能量方程，当流体流经管道中的节流装置(如孔板)时,流束将在节流装置处形成局部收缩,流速增加,静压力降低,在节流装置前后产生微小的静压力差（称为差压）。
流体的流速越快，节流装置前后产生的差压也越大,从而可以通过测量差压来间接测量流量的大小。
图5-1图5-1所示为孔板式的节流元件，理论分析与实验表明，孔板两侧的压力差，即ΔP=P1-P2与质量流量M之间有如下关系：M==其中K=(5.4)式(5.3)表明，流量M与差压ΔP的平方根成正比。