精馏塔的控制方式
精馏塔控制
控制结构 （1）方案1：D — LR， B — LB， V — TB； （2）方案2：D — LR， V — LB， B — TB。
提馏段控制方案之一
FC F
TC
FC
LC B
LC D
提馏段控制方案之二
FC F
FC
TC LC
B
LC D
精馏塔两端质量指标控制问题
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；
W
D
TR
L
精 馏
LD
塔
B
TS
QH
LB
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
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。
典型化工单元的控制案例—精馏塔的控制(工业仪表自动化)
1、精馏塔温度控制为 什么常用灵敏板上的温度作 为被控变量？
2、精馏塔精馏段温度控 制为什么改变回流量而不改 变再沸器的加热量？
精馏塔是化工生产中重 要的分离设备，它利用混合 物中各组分挥发度的不同， 将混合物组分进行分离并达 到规定的纯度要求。
CONTENTS
02
-15%
03
03
有些干扰是可控的,有些干扰 是不可控的。一般对可控的主要 干扰可采用定值控制系统加以克 服。然而对不可控的干扰，它们 最终将反映在塔顶馏出物与塔底 采出量的产品质量上。
思考题
1、精馏塔液相进Байду номын сангаас流量 增加对塔顶产品有什么影响？
2、精馏塔塔压增加对塔 顶产品和塔底产品有什么影 响？
CONTENTS
01
塔压定值控制
进料流 量控制
回流量定 值控制
塔釜液 位控制
回流罐液 位控制
质量控制系统
03
塔压定值控制
A B
02
在实际生产过程中，由 于不同的物料性质，精馏塔 的类型不同，生产产品纯度 的要求不同等情况，可根据 现场具体情况采用各种不同 的控制方法。。
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。
a、可控干扰变量如塔的进料流量、温度或进料焓值或热状态。
b、不可控干扰变量如进料的成分、环境温度、冷却水温及大气压等。
四、精馏塔被控变量的选择精馏塔被控变量的选择，是指精馏塔产品质量控制中被控变量的确定，以及检测点的位置等问题。
第七章 精馏塔的控制
j LR x j
D，XD
F，ZF Vs y k Ls x k-1 ↑ ↓ k
VS VR , LS LR F
进料为气相，且为露点，则：
Ls B,xB
VR Vs F , LR LS
物料平衡示意图
其它情况下的进料较为复杂，
VR Vs 1 q F LS LR qF
4、节能与经济性
回收率：
Ri 组分i的产品流量 100 ％ 进料中组分i的流量
例如：丙烯—丙烷塔，进料流量F，丙烯含量Ei，塔顶丙烯 产品流量D，则丙烯回收率 ＝D/(FEi )×100％ 其他的丙烯进入到塔底的丙烷产品中。
能耗－产品纯度－回收率的关系
能耗不变时，产品纯度↑，回收率↓ 保证产品纯度时，能耗↑，回收率↑，但回收率增加 到一定程度时，提高的就不明显了。 保证产品纯度的前提下，权衡回收率与能耗，选择最 佳的回收率与能耗搭配，使得产量尽量多些，能耗尽量少 些。
LR 定义回流比： R D
，则：
LR LR R VR LR D R 1
可通过回流比R和再沸器蒸汽量V→内部物料平衡→yj+1 回流比R↑，y~x斜率↑ 全回流（R=∞，D=0）时， yj+1 =xj为对角线
（3）提镏段物料平衡
再沸器物料平衡：
B LS VS
提馏段操作 线方程
个气泡时的温度称为泡点
全部变成饱和气相的温度称为露点。
精馏塔原理示意图
1、工艺流程 2、分类
板式塔 筛板塔、泡罩塔、浮阀塔
穿流塔、浮喷塔、浮舌塔
填料塔
增加气液两相的接触面积 乱堆填料，规整填料
精馏塔物料流程图
3、机理复杂、控制难度大
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对于精馏过程中的温度控制系统，当只有塔顶、塔底两种产品，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。
(工业过程控制)16.精馏塔控制
03
原料的筛选与清洗
去除原料中的杂质和污染 物，确保原料的质量和纯 度。
原料的破碎与混合
将大块原料破碎成小块， 并与其他原料进行均匀混 合，以提高后续处理的效 率。
原料的干燥与除湿
去除原料中的水分或其他 挥发性组分，以满足精馏 塔处理的要求。
精馏塔的操作流程
原料的加热与汽化
01
将原料加热至汽化状态，以便在精馏塔中进行分离。
精馏塔控制
目录
• 精馏塔控制概述 • 精馏塔的工艺流程 • 精馏塔的控制策略 • 精馏塔的优化与改进 • 精馏塔的未来发展与展望
01
精馏塔控制概述
精馏塔的工作原理
精馏塔是一种用于分离液体混合 物的工业设备，其工作原理基于 物质间沸点的不同来实现分离。
原料液进入精馏塔后，在塔内加 热至沸腾，不同沸点的组分在蒸 汽和液体的相变过程中得以分离。
详细描述
为了减小压力波动，可以采用多级控 制、前馈控制和反馈控制等策略，以 及使用先进的控制算法如PID控制器 和神经网络控制器等。
液位控制
液位是精馏塔操作的另一个重要参数，液位的变化会 影响到产品的质量和产量。
输入 标题
详细描述
通过调节精馏塔的进料流量和塔顶、塔底的排放量， 可以控制精馏塔的液位，使其保持在适宜的范围内。
精馏塔控制的挑战
精馏塔是一个多变量、强耦合、 非线性的复杂系统，控制难度
较大。
操作条件如进料流量、温度、 压力等的变化以及物料的特 性差异都可能影响精馏效果。
此外，精馏塔的动态特性和外 部干扰因素也可能对控制效果 产生影响，如蒸汽压力波动、
进料组成变化等。
02
精馏塔的工艺流程
原料的预处理
01
精馏塔的安全运行分析——精馏塔的温度控制
精馏塔的安全运行分析——精馏塔的温度控制
精馏塔通过灵敏板进行温度控制的方法大致有以下几种。
(1)精馏段温控灵敏板取在精馏段的某层塔板处，称为精馏段温控。
适用于对塔顶产品质量要求高或是气相进料的场合。
调节手段是根据灵敏板温度，适当调节回流比。
例如，灵敏板温度升高时，则反映塔顶产品组成zn下降，故此时发出信号适当增大回流比，使XD上升至合格值时，灵敏板温度降至规定值。
(2)提馏段温控灵敏板取在提馏段的某层塔板处，称为提馏段温控。
适用于对塔底产品要求高的场合或是液相进料时，其采用的调节手段是根据灵敏板温度，适当调节再沸器加热量。
例如，当灵敏板温度下降时，则反映釜底液相组成Xw变大，釜底产品不合格，故发出信号适当增大再沸器的加热量，使釜温上升，以便保持工w的规定值。
(3)温差控制当原料液中各组成的沸点相近，而对产品的纯度要求又较高时不宜采用一般的温控方法，而应采用温差控制方法。
温差控制是根据两板的温度变化总是比单一板上的温度变化范围要相对大得多的原理来设计的，采用此法易于保证产品纯度，又利于仪表的选择和使用。
精馏塔塔压控制方法
精馏塔塔压控制方法
1. 保持塔顶冷凝器的高效运行呀，就像给精馏塔戴了顶凉爽的帽子！比如在化工生产中，冷凝器运行良好就能让塔压乖乖听话。
2. 调控进料速度很关键哦，这不就像给精馏塔喂食一样，得适量呀！想想如果进料太快，塔压不就像发脾气一样升高啦。
3. 注意塔釜的供热稳定哟，这可关系到塔压的平稳呢，就好比人要保持体温稳定一样重要！实际操作中要是供热不稳定，塔压可就乱套喽。
4. 回流比的控制也是重中之重哇！就如同掌握好水流的大小，合适的回流比能让塔压稳定运行，在一些精细化工生产中就能深切体会到这一点。
5. 定期检查和维护设备也必不可少哒，这就像是给精馏塔做体检！要是设备出问题，塔压还能正常吗？
6. 及时处理塔顶不凝气呀，不然塔压可就像气球一样鼓起来喽！在实际的生产过程中，不及时处理那可不行呀。
7. 合理分配塔板负荷知道不？这就像给每个楼层分配合理的重量一样！不然塔压肯定不正常呀。
8. 关注塔内的气液平衡呀，这多重要呀！就如同走路要保持平衡一样，不平衡的话塔压就会出问题咯。
9. 操作人员的精心操作更是不能忽视哇，他们就像是精馏塔的守护者！一个不小心，塔压可能就被影响啦。
总之，要想控制好精馏塔塔压，这些方法都得重视起来，相互配合，才能让精馏塔乖乖听话，稳定运行！。
精馏塔压力控制方案
引言精馏塔是化工过程中常用的设备，用于将混合物进行分馏，以获得所需的纯净组分。
在精馏过程中，精馏塔压力的控制非常重要，因为压力的变化会影响到馏出液的组分和品质。
本文将介绍精馏塔压力控制的方案。
1. 压力控制方法在精馏塔中，常见的压力控制方法有以下几种：1.1 开关控制开关控制是最简单的一种控制方法。
通过开关控制，可以将塔底排出液或塔顶进料的流量进行开关控制，以维持精馏塔内部的压力。
当塔底压力过高时，开关控制会打开塔底排出液的流量，从而降低塔底压力；当塔底压力过低时，开关控制会关闭塔底排出液的流量，从而增加塔底压力。
1.2 比例控制比例控制是一种根据压力偏差的大小，来控制进料或排出液流量的控制方法。
比例控制可以根据压力变化的幅度来调整进料或排出液的流量，以保持精馏塔内部的压力稳定。
比例控制常用于对精馏塔进行精确控制的情况。
1.3 PID控制PID控制是一种通过比例、积分和微分三个控制参数来实现对压力的精确控制的方法。
通过调整PID控制器的参数，可以使得进料或排出液的流量能够根据压力的变化情况进行自适应调整，从而实现对精馏塔压力的精确控制。
2. 压力控制方案选择选择合适的压力控制方案取决于以下几个方面：2.1 精度要求对于某些精细化工过程，需要对压力进行高精度的控制，这时可以选择PID控制或比例控制来实现。
而对于一些要求不高的一般过程，开关控制也可以满足要求。
2.2 过程的稳定性对于一些稳定性要求较高的过程，如需要对进料液的成分进行精确控制的情况，应选择PID控制方法。
PID控制可以根据压力变化的反馈信号来自适应调整进料或排出液的流量，从而保持精馏塔内部的压力稳定。
2.3 控制的复杂度不同的压力控制方法对操作人员的要求也有所不同。
开关控制是最简单的一种控制方法，对操作人员的要求较低。
而PID控制则需要操作人员对PID控制器的参数进行调整和优化，对操作人员的要求较高。
综合考虑上述因素，可以选择合适的压力控制方案。
精馏塔的控制
精馏塔的控制（一）掌握要点及要求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6.1概述6.1.1精馏塔控制要求及影响因素1.操作要求(1)产品质量指标塔顶或塔底产品之一保证合乎规定的纯度要求，而另一个产品维持在某一规定的范围内。
2.物料平衡（1）馏出液和备液的平均采出量之和应等于平均进料量，而且缓慢变化。
（2）塔内及塔顶、塔底容器的蓄热量应介于规定的上下限之间（3）保证高产优质，低消耗，如为保证塔顶产品纯度加大回流，但有消耗大量的蒸汽，物料平衡一般采用均匀、比值控制系统。
3．束条件：（1）塔内蒸汽速度既不能过高，也不能过低，过高引起液泛，过低塔板效率低。
（2）对再沸器的加热温差，加热蒸汽冷凝量和冷凝器冷却温差都有一定限制。
9不能超过临界温差）临界温差：由核状沸腾转为膜状沸腾时的温差，单位时间，单位面积内所传递热量称为临界热负荷液体在管外大容积内沸腾，膜系数与温差关系：随着温度差增加，汽化核数和气泡长大速率也增加，以致大量的气泡在加热表面层集合，形成蒸汽膜，热量必须通过此膜传递到液体当中去，由于蒸汽导热系数小，从而传热困难，以至膜系数下降。
工业生产一般维持在核状沸腾区操作，超过该区，进入膜状沸腾回烧坏传热管4、影响塔操作的干扰因素：（1）塔压波动（2）进料量F （3）进料成分Ef （4）进料温度Tf（5）进料状态①气相②液相③汽/液混合（6）热剂或蒸汽 Ps、Gs （7）汽剂或进口温度Gw、Tw（8）环境温度6.1.2精馏塔各干扰因素的分析及调节手段的确定1.塔压波动对操作影响及调节方法(1)塔压波动对操作影响（1）塔压波动影响汽液平衡（2）塔压波动影响物料平衡P↑→F↓ P↑→D↑（3）增加波动破坏X-T关系，压力低，沸点低(2)影响压力波动因素(3)控制塔压办法：塔压控制方法通常根据塔动作情况，可分为：常压塔、减压塔和加压塔分别控制。
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。
精馏回流如何控制
精馏回流如何控制塔顶回流控制分两种情况：一是手动控制（强制回流），一是自动控制。
自动控制时：回流量受塔顶采出量的影响。
当进料量不变时，要控制好塔顶采出量。
若塔顶采出量增大，回流比减小，气液接触不好，塔顶产品的质量不合格。
如果进料量加大，要计算出塔顶采出增加量，采出过小，回流量增加，回流量增大，塔内物料增多，上升蒸汽速度增大，塔顶与塔釜的压差增大，严重时会引起液泛；采出过大，回流量减小，气液接触不好，塔顶产品的质量不合格。
手动控制时在精馏塔正常操作时，只要塔顶产品质量没有大的变化，塔的回流量变化很小，甚至可以保持不变。
在实际操作中，回流量基本不受进料量的影响。
要保持回流罐液位，不能出现满罐或抽空现象。
一、开车前应该做什么准备？开车前检查精馏塔，尽早发现缺陷和差错,尽早进行修复,所花费的时间最短,其费用也能减到最小,所以应提倡边安装边检查。
开车前应该做的准备：1.检查水、电、气（空气、氮气）、汽（水蒸气）是否符合工艺的要求；2.传动设备是否备二待用；3.设备、仪表、安全设施是否齐全好用；4.所有的阀门要处于关闭状体；5.个水冷凝（冷却）器要通入少量的水预冷，加热釜要通少量的蒸汽预热；6.设备内的氧含量应符合投料的要求；7.做好前后工段（或岗位）的联系工作，特别要联系好原料的来源供应及产品的贮存、输送，通知分析室准备取样分析。
二、精馏塔开车有哪些步骤？开车是生产中十分重要的环节,它是建设一套装置花费的人力、物力和财力即将形成为生产力的转折点。
开车的目标是缩短开车时间,节省开车费用,避免可能发生的事故,尽快取得合格产品。
精馏塔开车一般步骤：1.制定出合理的开车步骤，时间表和必须的预防措施；准备好必要的原材料和水电汽供应；配备好人员编制，并完成相应的培训工作等。
2.此时，塔的结构必须符合设计要求，塔中整洁，无固体杂物，无堵塞，并清除了一切不应存在的物质，例如塔中含氧量和水分含量必须符合规定；机泵和仪表调试正常；安全措施已调整好。
精馏塔提馏段温度控制方案
精馏塔提馏段温度控制方案
精馏塔的提馏段温度控制方案可以通过以下几个步骤实施：
1. 设置目标温度：根据产品的蒸汽化温度和沸点等物理性质，确定塔顶的目标温度。
这个温度应该足够高，使得目标组分能够从原料中蒸发出来。
2. 监测温度：在塔顶和其他关键位置安装温度传感器，监测塔内各个位置的温度变化，并将数据传输给温度控制系统。
3. 确定控制策略：根据温度传感器的监测数据，控制系统分析和计算，确定合适的控制策略。
常见的策略包括比例控制、比例积分控制和比例积分微分控制等。
4. 调节操作：根据控制策略的结果，控制系统会输出相应的控制信号，调节塔顶的加热或降温装置，以达到目标温度。
5. 反馈调整：监测实际温度和目标温度之间的偏差，并根据调整的结果进行反馈调整，进一步优化控制策略。
需要注意的是，精馏塔提馏段温度控制方案还需要考虑其他因素，如进料流量、冷却介质温度等。
此外，不同的塔设计和操作条件可能需要不同的控制策略，因此具体的温度控制方案应根据具体情况进行定制。
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。
精馏塔的控制
F,ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱi
Fo,T T*
FFC
t
QA
QF
前馈控制特别适用于调节通道时间常数或 纯滞后很大的场合。 纯滞后很大的场合。调节及时是前馈控制 的突出优点。 的突出优点。 它的控制结构是由干扰变量决定的，与被 它的控制结构是由干扰变量决定的， 控变量无关。然而， 控变量无关。然而，前馈控制往往是基于 不甚完善的过程模型获得的， 不甚完善的过程模型获得的，故干扰对过 程的扰动并不能被完全补偿, 即存在残（ 程的扰动并不能被完全补偿 即存在残（余） 差（offset）。 ）。 解决方案之二： 解决方案之二：前馈 + 反馈控制 特点：响应快、无残差，效果见下图。 特点：响应快、无残差，效果见下图。
F,Ti T*
TC
t 调节不及时所致
QA
QF
PI控制优于手动控制且能消除余差。但调节不够及时， 控制优于手动控制且能消除余差。但调节不够及时， 控制优于手动控制且能消除余差 表现在第一个波峰较低，这意味着， 表现在第一个波峰较低，这意味着，低温原油一度流 进了分馏塔。 进了分馏塔。反馈控制是当过程干扰影响到被控变量 以后，才根据偏差去改变操纵变量。 以后，才根据偏差去改变操纵变量。这里的干扰可以 是F, Ti，PF , λF。 解决方案之二： 前馈控制)。 解决方案之二：Feedforward Control (前馈控制 。这 前馈控制 里前馈是指，一旦测得干扰变量的大小， 里前馈是指，一旦测得干扰变量的大小，就适量改变 操纵变量，使干扰对过程的影响得到快速抑制。 操纵变量，使干扰对过程的影响得到快速抑制。那么 如何实现呢？ 干扰通道模型。 如何实现呢？→ 干扰通道模型。 以稳态模型为例： 其中Q 以稳态模型为例：QF λF =F/M CP (T*-Ti ). 其中 F 、F 均为质量流量， 均为质量流量，CP、M分别为原油的热容 (单位： 分别为原油的热容 单位 J/oK/mole)和分子量 和分子量. 和分子量 → QF λF = [F/M CP (T*-Ti )]
第5章 精馏塔的控制
102
衡
塔的正常操作 F
影响产品质量
LT 101 LC 101
LR
分 馏 c塔
Vs
FT 101 FC 101
TT 101
TC
H
101
PC 101
LT 102 LC 102
D
B
⑴ 操作压力大于大气压
① 液相采出，馏出物中含有大量不凝物
PT PC
PC
101 101
PT
101
101
LR
D
适合气体流经冷凝器的阻力变化 较小，回流罐的压力基本代表塔 顶压力。
精馏塔原理示意图
5.2 精馏塔受控变量的选择
控制的目的：保证产品质量。 研究的问题：① 检测变量的选择；
② 检测点的位置。 按质量指标：产品成分（直接变量）。 成分分析仪表的特点：周期长、反应慢、滞后大； 故常选择表征成分的间接变量。
常用的间接变量：温度
5.2 精馏塔受控变量的选择
⑴ 测温点的选择 ① 测温点尽量选择在通道滞后较小的点(压力一定)。 ② 采用塔顶回流控制温度时，选择顶部塔板液相温度。 灵敏板：在扰动作用下，达到新的稳态时，温度变化最大塔板。 灵敏板的优点：动态响应较快。 灵敏板的位置：根据分馏塔的模型逐坂计算确定。
液相采出，馏出物中含有大量不凝物
PT PC
PC
101 101
PT
101
101
LR
D
适合气体流经冷凝器的阻力变化较小， 回流罐的压力基本代表塔顶压力。
LR
D
冷凝器的阻力较大时，回流罐 压力不能代表塔顶压力。
液相采出，馏出物中含有少量不凝物
当塔顶气相中不凝性气体量小于塔顶气
精馏塔的流程
精馏塔的具体操作方法是：通过控制塔釜的加热量来控制精馏塔的热源量；通过控制回流温度以及回流量控制塔顶的冷源量；通过温度—压力组成的对应关系，来控制产品的质量。
一、概述精馏是一种利用回流使液体混合物得到高纯度分离的蒸馏方法，是工业上应用最广的液体混合物分离操作，广泛用于石油、化工、轻工、食品、冶金等部门。
根据操作方式，可分为连续精馏和间歇精馏；根据混合物的组分数，可分为二元精馏和多元精馏；根据是否在混合物中加入影响汽液平衡的添加剂，可分为普通精馏和特殊精馏（包括萃取精馏、恒沸精馏和加盐精馏）。
若精馏过程伴有化学反应，则称为反应精馏。
二、工艺流程进料板以上称为精馏段—精制气相中的易挥发组分。
进料板以下(包括进料板)称为提馏—提浓液相中难挥发组分。
塔顶产品称为馏出液—富含易挥发组分。
塔底产品称为釜液—富含难挥发组分。
精馏段：加料板以上的塔段。
上升气相中重组分向液相传递，液相中轻组分向气相传递，完成上升蒸气轻组分精制。
提馏段：加料板及其以下的塔段。
下降液体中轻组分向气相传递，气相中重组分向液相传递，完成下降液体重组分提浓。
塔顶冷凝器的作用：获得塔顶产品及保证有适宜的液相回流。
再沸器的作用：提供一定量的上升蒸气流。
原料液经预热后，送入精馏塔内。
在进料板上与自塔上部下降的回流液体汇合后，逐板溢流，最后流入塔底再沸器中。
在每层板上，回流液体与上升蒸气接触，进行热和质的传递过程。
操作时，连续地从再沸器取出部分液体作为塔底产品（釜残液），部分液体汽化，产生上升蒸气，依次通过各层塔板。
塔顶蒸气进入冷凝器中被全部冷凝，并将部分冷凝液借助重力作用（也可用泵送）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（馏出液）。
说明：1、精馏塔中蒸气自下而上流动，液体自上而下流动。
2、由于存在温度差和浓度差，气相就要进行冷凝，使气相中的部分难挥发组分转入液相中；而气相冷凝时放出的热传递给液相，使液相部分汽化，其中部分易挥发组分传质到气相中。
精馏塔塔顶压力控制方式
冷剂调节
精馏塔的气相物料 从塔顶排出进入冷凝 器，被冷凝成液相后 进入回流罐。它的采 压点设在塔顶或塔顶 汽相管道上,用调节阀 调节冷凝器的冷剂用 量来调节塔压。本装 置典型的例子是C-402 和 C-602。
热旁路
精馏塔顶汽相主管线从 塔顶经冷凝器冷凝后进入 回流罐，在主管线引一支 管到回流罐顶部，此管线 上设一调节阀，取压点在 塔顶或主管线上。因汽相 旁路管线没有冷凝器，温 度较主管线高，所以称之 谓热旁路。
加压精馏
定义：通常指塔顶压力高于大气压力下操作的精 馏过程叫加压精馏。加压精馏常用于被分离混合 物的沸点较低的情况，如在常温常压下混合物为 气态的物料。采用加压精馏的同时，希望各组分 的相对挥发度的减小不能太多，不至于过分的增 加能量消耗和对设备材质的特殊要求。 思考：丙烯精馏塔采用设计压力在18公斤左右的 加压精馏塔，为什么不采用常压塔，在常压下丙 烯和丙烷的相对挥发度还大？
答：丙烯丙烷常温常压下为气体，丙烯沸点为47.4℃丙烷沸点为-42.1 ℃，如果在常压下分离，至 少-48 ℃的冷剂才能把丙烯冷凝，跟在18公斤用冷却 水相比 冷功耗大大增加，设备材质级别也提高，需 要低温设备；常压下操作相同的处理量塔径也会比较 大，增加了设备制造、运输、安装成本。
上面说了加压精馏的许多优点，但是操作压力不 能过分提高。一方面提高压力后，设备的壁厚增加， 钢材的消耗量增加，设备制造的困难程度也增加， 能量的消耗也增加。另外，增加压力后，混合物组 分间的相对挥发度减小，增加了分离的困难。特别 对于容易聚合和不耐高温的材料，提高压力就相应 提高精馏操作的温度容易造成物质易聚合或分解， 堵塞加热釜，影响操作周期。因此，最合适的塔压 是经过计算，实践摸索，各种方法比较，最后确定 的。
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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
我也来说两句查看全部回复
最新回复
∙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。
[本帖最后由chjzhou 于2007-7-26 17:05 编辑]
∙zzna (2007-7-26 09:16:01)
精馏段温度控制和温差控制结合！
∙weiqj (2007-7-26 15:49:50)
3＃楼是从一个叫做“好男人”的博客中的《精馏塔操作及自动控制系统的改进》摘抄其中一段。
我个人觉得他的叙述原理性强，但有的跟实际的情况是牵强的，不排除他们的实际情况就是那样。
为什么呢？因为我们在讨论精馏塔的控制方式，主要分析的是工艺系统对塔的影响，公用工程几乎不对内部有制约。
实际上也是如此。
举例分析：蒸汽系统的压力突然变化的系数要远远小于一个精馏塔内部压力变化的系数，也就是说蒸汽系统的压力对比塔压是更趋于稳定；基于这个原因塔压的控制才可以串级控制再沸器的进入蒸汽流量。
如果发现蒸汽系统的压力发生了变化，塔压基本没法和加热蒸汽流量串控了。
第二塔的压差基本只是一个参考数据，一般不对塔压差进行控制。
尽管塔压差过高我们要采取一定的措施。
DCS/SCS/APC等技术伴随着大容量的工业电脑的应用，投入成本逐渐下降，精馏塔的高级智能控制也成为可能，比如APC/SCS等技术，精馏产品纯度也得到保证。
可是这些系统其实很脆弱，由于影响这些先进控制的外来因素的影响，DCS操作工随时都可能摘除这些控制，回到DCS的水平，进行人工干预。
∙chjzhou (2007-7-26 16:57:08)
3#的确是我复制过来的,但是我是赞成他的观点的,现场的控制过程中公用系统对蒸馏的影响并非如你所说,个人认为首先蒸汽压力的波动可以直接影响釜温和塔釜压力的不稳定,同时造成踏内压差的波动,在锅炉补水或蒸汽温度变化的情况下如果不即时去调节蒸汽量来稳定塔内压差的话,很有可能造成反混和塔釜轻组分超标现象.这个和采用双温差控制的方式相仿,而且在现场操作的时候,如果蒸汽压力升高或降低,如果阀门保持同样的开度的话,蒸汽的流量会多少有加大和减少的情况,我认为公用系统的稳定是精馏系统温度的先决条件,楼上你认为如何?
欢迎交流
[本帖最后由chjzhou 于2007-7-26 17:05 编辑]
∙weiqj (2007-7-26 19:17:20)
你“说”的没有任何错误。
可是问题出在哪里呢？
我们以控制塔压力为例。
假设塔的其它参数不变，只有供应塔底再沸的蒸汽压力在变化，假定塔压直控塔底再沸蒸汽的量或者串控塔底蒸汽的流量。
因为该蒸汽压力的变化，然后塔压命令再沸器的流量控制阀做出调整，这样才能保持塔的稳定。
这是可以实现的，完全没有问题。
（这是一元参数变化）
然而实际的情况却不能让你这样子。
我们知道塔的进料除非你特意的控制其进料流量（有这种模式），否则任何塔的进料都是波动的，有时甚至有较大波幅（这时就产生二元参数变化），进料板一般不能变化了（除非特殊工艺，设计了多个可控进料口），设塔的进料变大了，就会出现塔的灵敏板以下温度降低，但是塔压已经正常，楼主的用塔压控制蒸汽流量的阀门关闭了，可这时塔底部温度却还低呢！
如果有三元以上参数也变化呢？楼主的精馏塔还精馏吗？
正确的精馏塔的控制机理应该是这样的：因为工艺的变化，要求塔底再沸器蒸汽流量伴随变化，蒸汽流量是从动参数。
反过来是不允许的，尽管理论上是成立的。
顺便想讨论的是：一个装置中锅炉系统不会因为系统补水和排污而导致蒸汽系统压力产生波动，否则属于事故方向问题。
（和你开个玩笑，你都是版主了，加分别吝啬，至少加2分啊，哈哈）
[本帖最后由weiqj 于2007-7-26 19:19 编辑]
∙苍龙(2007-7-27 08:56:27)
１．塔顶压力．个人感觉；一个精馏塔是靠蒸汽量冷凝量冷媒能级回流量出料量进料量液位高度的综合因素来控制一个塔．选择哪一方面去调节更为合适需要熟练的操作技巧．我操作９个塔连续生产．控制塔顶压力最为重要．
压力可以有冷媒调节或蒸汽调节，也可以用采出量进料量或回流量调节．具体用那一项去调节要根据实际情况分析处理．
２．塔顶温度；在一恒定压力下，塔顶的温度就是物质的沸点．
３．塔釜温度；塔釜温度的控制，防止轻组份带入下一个塔，而聚集在塔顶带入到产品槽影响质量．或是返回前系统，浪费资源．
４．压差；在压力稳定情况下．通过压差来判断一个塔是否已经满负荷生产．液位计坏的情况，通过压差判断塔中的物料多少及是否液泛或空塔．
５．回流量；返回量控制产品质量．
６．温度计；若温度计分布均匀．对于操作精馏的人来说更容易判断出一个塔所处在每个塔节中的组份．
∙chjzhou (2007-7-27 11:19:55)
个人观点：塔压差是判断精馏塔操作、加料、采出是否均衡的重要因素之一，在加料、出料保持平衡和回流量保持稳定的情况下，塔压差基本不变。
加料量的变化将会引起塔内蒸汽速度的改变，加料量增大，塔内的压力是升高的。
一定温度对应一定的压力，加上重组分的增多，釜内温度应该升高，这个时候操作工要不加大塔顶、塔釜采出，要不就的稳定进料。
此时塔压差你说是怎样的？现在精馏进料量都有稳定控制方式，有的采用计量泵，用离心泵的加有调节阀。
一般不会有太大的波动。
如过有波动，要不就是异常情况，要不就是认为参与。
蒸汽锅炉在补水的时候，如过补的是回收冷凝水，温度、压力变化不大；但是补原水的时候锅炉由小火转为大火，但要达到之前状态就要一定时间了，此时蒸汽压的变化就比较明显了。
塔顶压力当然重要了，塔压差的控制就是以塔顶压力为参照的，一般塔顶压力都是保持恒定的。
（不好意思，我权限有显，只能小气点了，呵呵。
意思一下，莫见怪。
现在还是个试用的，你也可以去申请啊）
[本帖最后由chjzhou 于2007-7-27 11:30 编辑]
∙氯甲烷(2007-7-27 16:19:32)
我们公司的精馏塔是压力控制兼灵敏板温度控制。
压力控制分两点，塔顶和塔釜，顶压是简单的控制，通过调节排放量或充气量控制塔顶压力稳定。
塔釜通过控制蒸汽的进料量稳定塔釜压力。
灵敏板温度，通过调节回流量控制。
这种控制方式，对蒸汽压力不稳定的场所比较有利，但当塔釜空塔时，由于压力偏低，而且没有物料汽化，蒸汽量会越开越大，不利于稳定。
所以对塔釜的液位控制要求比较高。
全塔压差只用来监控塔的运行情况，作为一个指标进行监控，并不作为控制的依据。