浙大工业过程控制16精馏塔控制
浙大工业过程控制16精馏塔控制共33页PPT35页
45、法律的制定是为了保证每一个人 自由发 挥自己 的才能 ，而不 是为了 束缚他 的才能 。—— 罗伯斯 庇尔
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。1、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
「精馏塔常用的一些控制方案」
精馏塔常用的一些控制方案塔的作用是在同一个设备中进行质量和热量的交换，是石油化工装置非常重要的设备。
塔的型式有板式塔(泡罩塔、浮阀塔、栅板塔等)、填料塔（高效填料、常规填料、散装填料、规整填料等）、空塔。
塔由筒体和内件组成。
蒸馏塔由精馏段和提馏段组成，进料口以上是精馏段，进料口以下是提馏段。
精馏塔的控制方案主要从塔压、釜温、顶温、塔釜液面四个方面来说明：1．精馏操作中塔压的控制调节方法塔的压力是精馏塔主要的控制指标之一。
任何一个精馏塔的操作，都应当把塔压控制在规定的指标内,以相应地调节其它参数。
塔压波动过大，就会破坏全塔的物料平衡和气液平衡,使产品达不到所要求的质量。
所以,许多精馏塔都有其具体的措施,确保塔压稳定在适宜范周内。
对于加压塔的塔压,主要有以下三种调节方法（1)塔顶冷凝器为分凝器时,塔压一般是靠气相采出量来调节的，如图６－1所示。
在其它条件不变的情况下，气相采出量增大,塔压下降,气相采出量减小,塔压上升。
(2)塔顶冷凝器为全凝器时，塔压多是靠冷剂量的大小来调节,即相当于调节回流液温度，如图6-２所示。
在其它条件不变的前提下，加大冷剂量,则回流液的温度降低,塔压降低，若减少冷剂量,回流液温度上升，塔压上升。
（3)热旁通(浸没式)法调节塔压。
对于常压塔的压力控制，主要有以下三种方法（1)对塔顶压力在稳定性要求不高的情况下,无需安装压力控制系统，应当在精馏设备（冷凝器或回流罐）上设置一个通大气的管道，以保证塔内压力接近于大气压。
(2）对塔顶压力的稳定性要求较高或被分离的物料不能和空气接触时，塔顶压力的控制可采用加压塔塔压的控制方法,如图6-1、图6-2。
(3）用调节塔釜加热蒸汽量的方法来调节塔釜的气相压力,如图6－6所示。
2.精馏操作中塔釜温的控制调节方法釜温是由釜压和物料组成决定的。
精馏过程中，只有保持规定的釜温,才能确保产品质量。
因此釜温是精馏操作中重要的控制指标之一。
当釜温变化时,通常是用改变蒸发釜的加热蒸汽量,将釜温调节至正常,见图6-７a、图6－7ｂ。
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。
浙大工业过程控制16精馏塔控制
B, xB
V F
=
ln
S
=
ln
xD xB
(1 (1
xB xD
) )
结论：对于给定的进料，若D/F和V/F保持一定，则该塔 的分离结果xD, xB就完全确定。
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课件
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精馏塔的控制问题
外部扰动 (进料的流量,组成与温度等)
操作变量/控制变量
被控变量
塔顶采出量 D 回流量 R
课件
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精馏塔产品纯度、产品回收率 和能耗之间的相互关系
产品回收率*100%
120
100
V =2
80 F
4
68
产品回收率：
进料中每单位产品组分所 能得到的可售产品的数量；
60
40
能耗指标：
20
用单位进料的塔底上升蒸
0 80 90 95 98 99 99.5 99.8
气量V/F来表示；
产品纯度*100%
3、针对各种不同类型的化学反应器，掌握基本 控制问题与控制系统的设计方法；
4、了解常见反应器的复杂控制与先进控制方案。
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课件
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浮动塔压控制：尽可能降低塔压，以节约能耗；但应 相应改变灵敏板温度控制的设定，以保证产品合格。
产品质量指标的“卡边”控制： 关键技术：在线分析仪 (软测量仪) + 先进控制系统
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课件
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前馈反馈控制系统
TC
×
F
FC × TC
FC D
B
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TR F, xF
精馏塔
精馏段灵敏板温度 TD 回流罐液位 LR
精馏塔控制方案
精馏塔控制方案引言精馏塔是一种常用的化工设备，广泛应用于石油、化工、制药等行业。
精馏塔的控制是保证塔内蒸汽、冷凝液、流体等流动的关键，能够有效地提高产品纯度和产量。
本文将介绍一种精馏塔控制方案，以提高塔的稳定性和效率。
1. 控制策略1.1 温度控制精馏塔的温度控制是塔内液体和蒸汽相平衡的关键。
通过控制塔顶和塔底的温度，可以调节塔内液位和物料的分离。
常见的控制策略有：•温度比例控制：根据塔顶温度的偏差与目标温度之间的比例关系，调整塔底的回流液流量。
•迭代控制：根据塔底液位的变化，通过反馈调整塔顶温度控制器的参数，以逐步达到温度的稳定。
1.2 压力控制精馏塔的压力控制主要是为了控制蒸汽流量和流体的分布。
压力控制可以通过以下策略实现：•PID控制：利用压力变送器测量塔内压力，并通过PID控制器调节废气量或提升风扇的转速，以保持塔内压力稳定。
•模型预测控制：利用塔内流体的数学模型，预测下一时刻的压力，然后通过调节控制器输出，实现精确的压力控制。
1.3 液位控制精馏塔的液位控制是控制塔内液体高度的重要环节，液位控制的好坏影响着塔内液体的扩散和分离效果。
常见的控制策略有：•PID控制：通过测量塔内液位高度，并根据设定的目标值进行反馈调节，保持液位稳定。
•前馈控制：通过预先计算液位的变化趋势，利用前馈信号及时调整液位，以提高液位的控制精度。
2. 性能评估为了评估控制方案的有效性和稳定性，需要对精馏塔的控制系统进行性能评估。
常用的评估指标有：•稳态误差：指控制系统在稳定状态下与目标值之间的偏差，稳态误差越小，说明控制系统越稳定。
•动态响应：指控制系统对于输入信号的响应速度和抑制扰动的能力。
动态响应越快，说明控制系统的响应速度越高。
•系统稳定性：通过计算系统的闭环传递函数，判断系统是否稳定。
如果传递函数的特征根都具有负实部，说明系统稳定。
3. 控制优化为了进一步提高精馏塔的控制效果，可以采用控制优化的方法。
常见的控制优化技术有：•模型预测控制：利用精馏塔的数学模型，预测未来一段时间内的塔内流体状态，并根据预测结果进行控制器的调整。
精馏塔的基本控制方案解析
缺点：环境温度改变时，内回流变化，且物料与能量之间关联较大
适用场合：回流比<0.8，需要减少滞后的塔
炼油厂中的常压塔和减压塔都是只有 精馏段的塔是按精馏段指标控制的例子。 特点是都有侧线产品，并在每一侧线有汽 提装置（吹送蒸汽进行蒸汽蒸馏，把较轻 的组分蒸向上面的塔板）。进料是来自加 热炉的两相汇合物，其温度和流量都预先 控制。常用控制方案是按塔顶温度控制回 流量，并保持各侧线流量恒定。
扰动不大时，塔底产品成分波动较小。
采用这种控制方案时，在LR、D、VS和B四者中选择一种作为控制产 品质量的手段，选择另一种保持流量恒定，其余两者则按回流罐和再沸 器的物料平衡，由液位控制器加以控制。
常用的控制方案有两类：
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1、间接物料平衡控制 按精馏段指标来控制回流量——最常用 由于回流量LR变化后再影响到馏出液D——间接物料平衡控制 保持加热蒸汽的流量恒定 优点：控制作用滞后小，反应迅速；有利于克服进入精馏段的扰动；
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LT LC 101 101
D
TC 101
使用场合：溜出液D很小，或回流比 较大，回流罐容积适当
B
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5.3.3按提馏段指标2) 进料全部为液相(因为进料先影响馏出液) (3) 塔顶或精馏段塔板温度不能很好反映成分的变化 ⑷ 实际操作回流比较最小回流比大好多倍。
优点：物料平衡与能量平衡之间关联最小，当B少时，较平稳；当B不 符合质量要求时，会自行暂停出料。
缺点：滞后较大，液位控制回路存在反向特性
实用场合：B少，且B<20%VS的塔
FC 102 FT 102
F
LT 101 LC 101
LR
精馏设备控制-浙江大学
试设计你的多回路控制系统 以满足工艺要求，并减少回 路间的耦合。
顺流操作模式下的 精馏塔控制问题
干扰 (F, xF, TF) MVs 塔顶产品量 D 塔顶回流量 L 塔底产品量 B 加热蒸汽流量 QH 冷却剂流量 QC 塔顶不凝气流量 DV CVs 塔顶产品纯度 xD 回流罐液位 LD
精馏塔
塔底产品纯度 xB 塔底液位 LB 塔顶压力 P
常用塔顶压力控制方案
Psp
PC 41
Psp
PC 41
PT 41
P L
PT 41
P L
F D
F D
方案 1.1：MV 为塔顶不凝气 流量
方案 1.2：MV 为冷却剂流量或 其它冷却手段
顺流操作方式下 二元精馏塔的简化控制问题
MVs
D L B QH W
CVs
LD
MVs
D L B
W
CVs
xD / TR
增加产品产率与产量
产品产率通常可用产品量与进料的比值来表示
降低操作能耗
涉及塔底热能耗与塔顶冷能耗
精馏塔CVs的选择
QC P DG LD TR F L TS LB B, xB D, xD
V QH
产品质量对应的 CVs的选择问题 ? MVs如何选择？
精馏塔MVs的选择
顺流控制方式 F为主要干扰 逆流控制方式 方式#1：塔顶出料 为关键产品 D为干扰；而B、F 可作为MVs 方式#2：塔底出料 为关键产品 B为干扰；而D、F 可作为MVs
精馏塔的控制
戴连奎 浙江大学工业控制研究所 2014/06/02
问题讨论
QC
CVs (被控变量):
DG LD
浙江大学化工原理(过程工程与控制乙)实验报告 精馏实验
课程名称：过程工程原理实验（乙）指导老师：金伟光成绩：__________________ 实验名称：筛板塔精馏操作及效率测定实验类型：工程实验同组学生姓名：张子宽、王浩、张宇、任欣、崔剑峰一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得筛板塔精馏操作及效率测定1实验目的1.1 了解板式塔的结构和流程，并掌握其操作方法；1.2 测定筛板塔在全回流和部分回流时的全塔效率。
2 实验装置2.1 精馏塔装置由塔釜、塔体、全凝器、加料系统、回流系统、贮槽（原料、产品、釜液）以及测量、控制仪表等组成。
装置流程如图1所示。
2.2 装置规格介绍：筛板精馏塔内径68mm，共7块塔板，其中精馏段5块，提馏段2块；精馏段塔板间距150mm，提馏段塔板间距180mm；筛孔孔径1.5m，正三角形排列，孔间距4.5mm，开孔数104个。
装置采用电加热，塔釜内有3支额定功率为3kW的螺旋管加热器。
3 实验原理3.1在板式精馏塔中，偏离平衡的汽液两相在塔板上进行传质、传热，当离开该板的汽、液两相组成平衡、温度相同时，则此板称为理论板。
实际操作中，由于塔板上的汽、液两相接触时间有限及相间返混等因素影响，使汽、液两相尚未达到平衡即离开塔板。
即一块实际塔板的分离效果达不到一块理论板的作用，因此精馏塔所需的实际板数比理论板数多。
3.2 全回流操作时的全塔效率ET的测定全塔效率（总板效率）E T（1）式中：—为完成一定分离任务所需的理论板数，包括蒸馏釜；—为完成一定分离任务所需的实际板数，本装置=7块。
在全回流操作中，操作线在x-y图上为对角线。
根据实验中所测定的塔顶组成x D、塔底组成x W（均为摩尔百分数）在操作线和平衡线间作梯级，即可得到理论板数。
图1.实验装置图过程工程原理实验（乙） 吴钰龙3精馏实验3.3 部分回流时全塔效率E T ’的测定 3.3.1 精馏段操作线方程为：（2）式中：R —回流比；x D —塔顶产品的组成，摩尔百分数。
精馏塔的控制方案
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• 二、精馏塔的干扰因素
（1）进料流量F的波动（＊） （2）进料成分ZF的变化（＊） （3）进料温度及进料热焓QF的变化 （4）再沸器加热剂（如蒸汽）加入热量 的变化
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在采用精馏段温控时，当分离的产品较纯时， 由于塔顶或塔底的温度变化很小，对测温仪表的灵 敏度和控制精度都提出了很高的要求，但实际上却 很难满足。解决这一问题的方法，是将测温元件安 装在塔顶以下几块塔板的灵敏板上，以灵敏板的温 度作为被控变量。
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（5）冷却剂在冷凝器内除去热量的变化
（6）环境温度的变化
图10-41 精馏塔的物料 流程图
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三、精馏塔的自动控制
以乙醇-水的分离为例，采用精馏塔的精馏段温控方案
如果采用以精馏段温度作为衡量质量指标的间接指标， 而以改变回流量作为控制手段的方案，就称为精馏段温控。
图10-43 精馏段温控的控制方案示意图
化工仪表及自动化
精馏塔的自动控制
精馏塔的自动控制 一、精馏对自动控制的要求 二、精馏塔的干扰因素 三、精馏塔的自动控制 被控变量的选择 操纵变量的选择 控制器正反作用的选择 过程选择、控制设备的选用
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一、精馏的工艺要求
精馏过程是现代化工生产中应用极为广泛的传质过 程，其目的是利用混合液中各组分挥发度不同将各组分 进行分离，并达到规定的纯度要求。
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Байду номын сангаас
精馏段温控的主要特点与使用场合：
① 采用了精馏段温度作为间接质量指标，因此它能 较直接地反映精馏段的产品情况。当塔顶产品纯度要 求比塔底严格时，一般宜采用精馏段温控方案。
精馏塔控制
V SθF,F ,Z F B ,X B L R D ,X D 图1 精馏塔的物料流程图精馏塔控制及设计摘要：精馏操作是化工生产过程中一个十分重要的环节，精馏的实质，就是利用混合物中各组分具有不同的挥发度，即在同一温度下各组分的蒸汽压不同这一性质，使液相中的轻组分转移到汽相中，而汽相中的重组分转移到液相中，从而实现分离的目的。
关键词 自动化控制 物料平衡和能量平衡 温度控制一、精馏塔介绍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（1）精馏塔的物料流程图中所示。
精馏塔的控制直接影响到工厂的产品质量、产量和能量的消耗.。
随着化工的迅速发展，精馏操作应用越来越广泛。
由于所分离的物料组分不断增多，对分离产品的纯度要求亦不断提高，这就对精馏的控制提出了更高的要求。
此外，对于精密精馏，由于所分离产品的纯度要求很高，若没有相应的自动控制与其配合，就难于达到预期的效果。
因此，精馏塔的自动控制极为重要，亦很受到人们的注意。
二、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，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，一般来讲应满足如下三方面要求。
（1）质量指标 塔顶和塔底产品之一应保证合乎规定的纯度，另一产品的成分亦应维持在规定范围；或者塔顶和塔底的产品均应保证一定的纯度。
就二元组分精馏塔来说，质量指标的要求就是 使塔顶产品中的轻组分含量和塔底产品中重组分的含量符合规定的要求。
而在多元组分精馏塔中，通常仅对产品质量影响较大的关键组分可以控制。
（2）物料平衡和能量平衡塔顶馏出液和塔底釜液的平均采出量之和应该等于平均进料量，而且这两个采出量的变动应该比较和缓，以利于上下工序的平稳操作，塔内及顶、底容器的蓄液量应介于规定的上下限之间。
精馏塔的输入、输出能量应平衡，使塔内操作压力维持稳定。
（3）约束条件为保证精馏塔的正常、安全操作，必须使某些操作参数在约束条件之内，常用的精馏塔限制条件为液泛限、漏液限、压力限及临界温差限等。
精馏塔操作与控制
精馏塔操作与控制1 概述石油化工生产常需将液体混合物分离以达到提纯或回收有用组分的目的。
分离互溶液体混合物有许多种方法，精馏是广泛应用的一种方法。
精馏过程是由精馏装置来实现的，精馏装置一般是由精馏塔、再沸器(重沸器)、冷凝冷却器、回流罐及回流泵等组成。
如图1所示。
图1 精馏装置结构示意图实际生产过程中，精馏操作可分为间歇精馏和连续精馏两种。
石油化工等大型生产过程主要采用的是连续精馏。
精馏塔是一个多输入多输出的多变量过程，其内在机理复杂，动态响应迟缓，变量之间相互关联，不同的塔工艺结构差别很大，而工艺对控制提出的要求又较高，所以确定精馏塔的控制方案是一个极为重要的课题。
1.1 精馏塔两个基本平衡关系式影响精馏操作的因素很多，这些影响因素都是通过物料平衡和能量平衡的形式来影响精馏操作的。
然而，一个塔的物料平衡与能量平衡之间又是相互影响的。
现以二元精馏过程为例，说明精馏塔的这两个基本关系。
1.1.1 物料平衡关系一个精馏塔，进料和出料应保持平衡，即总物料量及任一组分的量应符合物料平衡关系。
对图1所示精馏塔而言，其物料平衡关系如下。
就总物料平衡关系而言，平均进料量应等于塔顶和塔底的平均采出量，即F=D+B (1)对轻组分而言，进料中的轻组分量应等于塔顶和塔底轻组分量之和，即Fzf=DxD+BxB (2)由式(1)和式(2)可得xD=F/D(zf-xB)+xB (3)或D/F=(zf-xB)/(xD-xB) (4)式中 F—进料流量;D—塔顶采出量;B—塔底采出量;zf—进料轻组分含量;xD—塔顶采出轻组分含量;xB—塔底采出轻组分含量。
同样方法也可以求得B/F=(xD-zf)/(xD-xB) (5)从上述关系可以看出，当D/F增加时，塔顶、塔底采出液中轻组分含量将会减少，即xD及xB将下降。
而当B/F增加时，塔顶、塔底采出液中轻组分含量将会增大，即xD及xB将上升。
然而，在D/F(或B/F)一定，和zf也一定的条件下，却不能完全确定xD和xB，而只能确定xD和xB之间的一个比例关系。
精馏塔自动控制系统设计
内蒙古化工职业学院毕业设计（论文、专题实验）任务书摘要精馏塔是石油化工、医药等领域常见的生产过程装备,是较为典型的单元生产过程,精馏塔的过程变量多,各变量之间关系复杂,本文通过对精馏塔工艺、生产过程中主要的扰动变量进行分析,引出提馏段温度控制方案、精馏段温度控制方案,为工程技术人员设计精馏塔过程控制系统提供参考蒸气由塔底进入。
蒸发出的气相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)组分不断地向气相中转移，气相中的难挥发(高沸点)组分不断地向下降液中转移，气相愈接近塔顶，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，从而达到组分分离的目的。
由塔顶上升的气相进入冷凝器，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，加热蒸发成气相返回塔中，另一部分液体作为釜残液取出。
精馏的基本原理是将液体混合物多次部分气化和部分冷凝,利用其中各组份挥发度不同的特性，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。
精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，α）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。
本节以两组分的混合物系为研究对象，在分析简单蒸馏的基础上，通过比较和引申，讲解精馏的操作原理及其实现的方法，从而理解和掌握精馏与简单蒸馏的区别（包括：原理、操作、结果等方面）。
近年来出现的超重力精馏技术，使巨大的塔设备变为高度不到2米的超重力精馏机，达到增加效率、缩小体积的目的。
关键词：精馏原理，精馏塔，工艺，过程控制目录第一章精馏塔概述 (5)1.1精馏塔控制的研究背景及意义 (5)1.2精馏塔控制系统的目的 (5)第二章生产工艺 (8)2.1工艺流程的说明 (8)2.2精馏塔的控制要求及主要干扰 (11)2.3精馏塔的装置的工艺流程 (14)第三章自动装置的确定 (15)3.1PLC、DCS、FCS的发展 (15)3.2PLC、DCS、FCS的特点 (16)3.3PLC、DCS、FCS的差异 (17)第四章精馏塔控制方案设计 (20)4.1控制方案和回路的设计 (20)4.2精馏塔控制要求 (24)4.3精馏塔工艺因数影响及系统维护 (25)第五章检测仪表、执行机构和辅助仪表的选型 (27)5.1如何选择检测仪表和调节阀 (27)5.2变送器和流量仪表的选型 (27)5.3物位测量仪表的选择 (30)附录 (33)参考文献 (34)致谢 (35)第一章精馏塔概述1.1 精馏塔控制的研究背景及意义精馏操作是炼油、化工生产过程中的一个十分重要的环节。
精馏塔温度控制设计过程控制毕业设计
摘要精馏是在石油、化工等生产过程中广泛运用的一种传质过程。
通过精馏过程，使混合物料中的各组分分离，分别达到规定的纯度。
分离的机理是利用混合物中各组分的挥发度不同进行分离。
一般的精馏装置有精馏塔、再沸器、冷凝冷却器、回流罐及回流泵等设备组成。
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。
精馏塔是一个多输入多输出的多变量的过程，内在机理较复杂，动态响应迟缓，变量之间互有影响，所以控制复杂。
精馏塔的控制目标是：在保证产品质量合格的前期下，使塔的总收益最大，总成本最小。
本文主要是针对精馏塔温度控制设计。
温度作为间接质量指标，是精馏塔质量控制中应用最早的也是目前最常见的方式,。
用温度作为间接质量指标有一个前提，塔内压力应为定值。
关键词：精馏塔；温度控制；串级控制；前馈—串级；MATLAB仿真AbstractDistillation is in petroleum, chemical industry etc widely used in the process of production of a mass transfer process. Through distillation process, the various components of hybrid material separation, respectively at the purity of specified. Separation mechanism is the use of various components in the mixture of volatility of different separation. General rectification device has rectifying column and reboiler, condensation cooler, reflux drum and the reflux pump and other equipment. Rectifying column is a kind of for distillation tower gas-liquid contact device, also known as the distillation tower. Rectification tower is a process of multiple input multiple output of multivariable internal mechanism is complex, dynamic response is slow, influence each other between variables, so the control of complex. Rectification tower control objectives are: to guarantee the quality of products qualified early, the total revenue of the tower is the largest, the minimum total cost.This article is mainly aimed at rectifying column temperature control design. Temperature indirectly as a quality index, is the first application in the quality control of rectification tower is by far the most common way, With temperature indirectly as a quality index has a premise, the tower pressure should be valued.Key Words：Rectification tower Temperature control Cascade control Feedforward cascade Matlab simulation目录摘要 (1)Abstract (2)引言 (1)1 绪论 (3)1.1 课题意义与现状 (3)1.1.1 课题意义 (3)1.1.2 课题现状 (3)1.2 本课题研究的主要内容 (4)2 精馏塔控制过程控制分析 (5)2.1 精馏基本原理 (5)2.2 控制方案介绍 (8)2.3 精馏塔的灵敏板选择 (9)2.4 精馏塔控制要求 (10)2.5 精馏塔精馏段的扰动分析 (11)3 精馏塔温度控制方案分析 (15)3.1 精馏塔串级方案分析 (15)3.2 精馏塔前馈—串级方案分析 (16)3.3 工艺描述 (19)4 控制系统的建模 (20)4.1 建模方法简述 (20)4.2 过程建模的目的 (20)4.3 建模的方法 (20)4.3.1 机理建模 (20)4.3.2 物料和能量守恒关系 (21)4.3.3 经验建模 (21)4.3.4 阶跃响应建模 (22)4.4 阶跃响应的获取 (22)4.5 经验建模的方法 (22)4.6 建立数学模型 (23)5 系统仿真 (25)5.1 系统仿真技术概述 (25)5.2 系统仿真的分类与发展 (25)5.2.1 仿真系统的分类 (25)5.2.2 仿真系统的发展 (26)5.3 MATLAB简介 (26)5.4 SIMULINK的简介 (27)5.5 使用MATLAB对实验结果进行仿真 (27)结论 (35)参考文献 (36)致谢 (37)引言石油化工生产常需将液体混合物分离以达到提纯或回收有用组分的目的。
精馏塔控制
间接质量指标*
（1）灵敏板温度，与塔顶/塔底温度相比，可提高 温度变化的灵敏度（对于同样的浓度变化）； （2）温差信息，与灵敏板温度相比，可减弱压力 波动对产品质量的影响； （3）双温差信息，可用于精馏塔的适宜分离度控 制，即使塔顶/塔底产品纯度均适中。
精馏塔的压力控制
精馏塔设备的控制
内容
精馏塔的控制目标 精馏塔的静态特性 精馏塔质量指标的选取 精馏塔的基本控制方案 精馏塔的复杂控制方案 讨论
精馏塔控制思考题
1、掌握简单精馏塔的控制问题与分解方法； 2、掌握精馏塔的静态特性； 3、了解精馏塔对象中操作变量对主要被控变量
的动态影响程度与速度； 4、针对塔顶、塔底产品质量不同的要求，掌握
（1）造型
造型是用模样形成砂型的内腔，在浇注后形成 铸件外部轮廓。 ① 手工造型
手工造型的方法很多，按砂箱特征分类，有两 箱造型、三箱造型和地坑造型等；按模型特征 分类，有整模造型、分模造型、挖砂造型、假 箱造型、活块造型和刮板造型等。
② 机器造型
机器造型就是将填入型砂（填砂）、型砂的紧 实和起模等操作全部由造型机器来完成。 （2）制造型芯 制造型芯是将芯砂填入芯盒，经舂砂紧实、修 正等工序，制成型芯的过程。
基本控制系统的分析与设计方法； 5、了解精馏塔的复杂控制与先进控制方法。
连续精馏装置的工艺流程
原料
精 馏 塔
冷凝器
操作目的：
塔顶产品
通过反复的部分汽化 与部分冷凝，将混合
回流罐
液中沸点不同的各组
分分离成产品。
回流泵
再 沸 器
塔底产品
操作代价：
消耗能量，塔底需要 加热使塔底液部分汽 化；塔底需要冷却使 塔顶组分冷凝；
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对于仅有塔顶、塔底出料的简单精馏塔，其 质量指标可用塔顶与塔底料中关键组分的纯 度来表示。
产品产量和能量消耗
在保证产品质量的前提下，尽可能提高产品 的产品并设法降低装置的能耗。
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精馏塔产品纯度、产品回收率 和能耗之间的相互关系
产品回收率*100%
120
100
V =2
（1）回流比L/D大于3； （2）塔顶产率D/F大于0.3，而回 流比小于1。
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30
F
TC
TS V QH
练习题 2
对于左图所示的二元精馏塔两
TR
端产品质量控制系统，若选择
TC
被控变量为 y1 = xD （塔顶产
L
品中轻组份的质量浓度），y2
= xB（塔底产品中轻组份的质
量浓度）；而控制变量为 u1 =
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精馏塔的压力控制
PC
PC
L
L
F
F
D
D
塔顶汽相采出量 DV — 塔压 P
冷凝器冷却量 QC — 塔压 P
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精馏塔简化的控制问题
外部扰动 (进料的流量,组成与温度等)
操作变量/控制变量
被控变量
塔顶采出量 D 回流量 R
塔底采出量 B 再沸器上升蒸汽量 V
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精馏塔的静态特性
总与轻组分的物料平衡方程：
F, xF
V
F=DB FFx=DDxBBx
D=xFxB或 B=xDxF F xDxB F xDxB
D, xD 能耗与分离度S的关系：
B, xB
V F=lnS=lnxxB D((11 xxD B))
结论：对于给定的进料，若D/F和V/F保持一定，则该塔 的分离结果xD, xB就完全确定。
TR
F
TC
TS
V
QH
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TC LC
L
D
问题：
对上述两种方案进行
B
关联分析、比较
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精馏塔多回路控制系统
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精馏塔解耦控制系统
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精馏塔的其他控制方案
进料热焓控制， 以克服进料温度与进料状态对产品质量的影响；
进料前馈反馈控制， 以适应进料量的变化，并提高控制质量；
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精馏段控制方案之一
FC F
FC
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TC LC D
LC B
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精馏段控制方案之二
FC F
FC
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TC LC
D
LC B
课件
18
按提馏段指标的控制方案
被控变量： TB, LB, LR (即只对塔底产品质量指标进行控制； 而对塔顶产品质量指标不作严格要求)
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8
精馏塔的控制问题
外部扰动 (进料的流量,组成与温度等)
操作变量/控制变量
被控变量
塔顶采出量 D 回流量 R
塔底采出量 B 再沸器上升蒸汽量 V
冷凝器冷却量 QC 塔顶汽相采出量 DV
精馏 过程
塔顶产品纯度 xD
回流罐液位 LR
塔底产品纯度 xB
塔底液位
LB
塔顶压力 P
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精馏塔质量指标的选取
直接质量指标
（1）产品质量在线分析仪 / 软测量仪
间接质量指标*
（1）灵敏板温度，与塔顶/塔底温度相比，可提高 温度变化的灵敏度（对于同样的浓度变化）； （2）温差信息，与灵敏板温度相比，可减弱压力 波动对产品质量的影响； （3）双温差信息，可用于精馏塔的适宜分离度控 制，即使塔顶/塔底产品纯度均适中。
80 F
4
68
产品回收率：
进料中每单位产品组分所 能得到的可售产品的数量；
60
40
能耗指标：
20
用单位进料的塔底上升蒸
0 80 90 95 98 99 99.5 99.8
气量V/F来表示；
产品纯度*100%
定性规律：若能耗指标一定，产品纯度越高，其回收
率越低；若产品纯度一定，在一定范围内能耗指标越
高，其回收率越高。
精 馏
LD
适应场合： （1）对产品质量要求不
塔
高；
B
LB （2）处理量与进料性质
QH
变化不频繁或变化幅度小。
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物料平衡控制方案之一
FC
F
精 馏
塔
FC
QH
FC
L
LC
B
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LC D
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物料平衡控制方案之二
FC
F
精 馏
塔
FC
QH
LC
L
LC
B
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两端质量指标控制方案之一
F
TC
TB V V2
TD
TC
R V1
B
控制方案
（1）若相互耦合不严重， 则可通过调节器参数的整 定，使相关回路的工作频 率拉开以减少关联； （2）若耦合严重，则可 考虑静态解耦或其他先进 控制方法：变结构控制、 预测控制等。
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两端质量指标控制方案之二
FC F
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FC
TC LC
B
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LC D
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精馏塔两端质量指标控制问题
W
D
TR
L
精 馏
LD
塔
B
TS
QH
LB
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课件
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两端质量指标控制方案
方案 控制变量
D
L
QH
B
1
LD
TR
TS
LB
2
TR
LD
TS
LB
受控变量
3
LD
TR
LB
TS
4
TR
LD
LB
TS
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课件
FC D
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按精馏段指标的控制方案
被控变量： TD, LR, LB (即只对塔顶产品质量指标进行控制； 而对塔底产品质量指标不作严格要求)
控制变量： D, R, B (而保持再沸器加热量V为定值)
控制结构 （1）方案1：B — LB， D — LR， R — TD； （2）方案2：B — LB， R — LR， D — TD。
连续精馏装置的工艺流程
原料 精 馏 塔
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冷凝器 塔顶产品
回流罐
回流泵
再 沸 器
塔底产品
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操作目的： 通过反复的部分汽化 与部分冷凝，将混合 液中沸点不同的各组 分分离成产品。
操作代价： 消耗能量，塔底需要 加热使塔底液部分汽 化；塔底需要冷却使 塔顶组分冷凝；
5
精馏塔的控制目标
浮动塔压控制：尽可能降低塔压，以节约能耗；但应 相应改变灵敏板温度控制的设定，以保证产品合格。
产品质量指标的“卡边”控制： 关键技术：在线分析仪 (软测量仪) + 先进控制系统
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前馈反馈控制系统
TC
×
F
FC × TC
FC D
B
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课件
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TR F, xF
精馏塔
精馏段灵敏板温度 TD 回流罐液位 LR
提馏段灵敏板温度 TB
塔底液位
LB
* 考虑被控过程的静态与动态特性，结合就近原则， 可将控制问题分解简化为两个相对独立的子系统。
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课件
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精馏塔物料平衡控制问题
F
W
特点：仅保证塔的物料平 衡要求，而不对塔顶、塔
底产品质量作严格控制。
D L
2、能够结合连续放热反应釜的稳态特性分析反 应器的热稳定性问题；
3、针对各种不同类型的化学反应器，掌握基本 控制问题与控制系统的设计方法；
4、了解常见反应器的复杂控制与先进控制方案。
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课件
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再见
L/F，u2 = V/F 。试分析该控制方案中两个质量控Fra bibliotek回路之间B
的静态相对增益矩阵。
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课件
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PD
进料 TC 气开 15.03.2021
练习题 3
精馏塔提馏段灵敏板温度控制
回路很可能引起液。假设液泛
可以用塔底和塔顶压力之差来
表征（压差太大表示很可能存
在液泛）。请在此基础上设计
顶产品 ΔPm
一个液泛约束控制系统，以保 证正常操作时按提馏段温度调
节加热蒸汽量，而当塔出现液
PB
泛时则要求调节加热蒸汽量确
保不发生液泛。要求画出带控
制点的流程图与对应的方块图，
底产品
并选择调节器的正反作用。
课件
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反应器控制思考题
1、了解化学反应的一般原理，掌握反应速度与 化学平衡的概念及其主要影响因素；
控制变量： V, B, D (而保持回流量R为定值)
控制结构 （1）方案1：D — LR， B — LB， V — TB； （2）方案2：D — LR， V — LB， B — TB。