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。

2、物料

进料为117.5℃的丁醇，经丁醇塔分馏得到正一异丁醇。

易挥发组分的物料衡算：Fx F=Dx D+Wx W

F---原料液量，kmol/h D---馏出液量kmol/h W---釜残液kmol/h x F---原液组成，摩尔分数x D---塔顶产品组成，摩尔分数x W---塔底产品组成，摩尔分数3、精馏过程的控制方案设计

1）精馏塔塔压力控制方案设计

(a)正反作用的确定

精馏塔塔顶的压力控制系统，精馏塔塔顶是对象，冷却介质的流量是操纵变量，塔顶的压力是被控变量。当操纵变量冷却介质的流量增加时，被控变量是减小的，因此对象是“反”作用方向。这样由对象、执行器与控制器所组成的系统是负反馈的。

(b)控制规律的选择

在精馏塔中通过改变冷却水的流量来影响蒸汽冷凝而间接控制塔压选用PID控制

(c)操纵变量的选择

从提高产品质量来说，压力越高，沸点越接近，气液两相越难分离，显然降低压力有利于提高产品的质量。但降低操作压力是以增加冷却介质的量或降低冷却介质温度为前提的。一般情况下冷却介质，加热介质的温度压力流量都会影响到压力的平稳。

(2)精馏塔精馏段温度控制设计方案

精馏塔精馏段温度控制的目的是为了使塔温保持恒定，现选用精馏段的温度和回流量来构成串级随动控制。主控回路的输出作为副控回路设定值修正的依据，副控回路的输出作为真正的控制量作用于被控对象，液位一旦变化，副控回路及时地控制阀门的开度位置，较快地克服了液位变化对出料温度的影响。如果液位是恒定的，只需测量实际温度，并使其与温度设定值相比较，利用二者的偏差控制管道上的阀门就能保持温度的恒定。

(3) 此设计方案采用PID控制规律，因为微分作用使控制器的输出与输入偏差的变化速度成正比，它对克服对象的滞后有显著地效果，可以使控制系统获得较高的控制质量。

四、设备选型

1、测控仪表选型

（1）压力变送器BPK－ZK智能型压力变送器，压力范围-0.1~0~60Mpa （2）流量传感器LUGB系列漩涡传感器，测量介质：液体、气体、过热饱和蒸汽，测量范围:正常工作范围，工作压力为2.5 Mpa

（3）温度测量仪表热电偶温度计，使用环境温度—20~70℃

2、执行机构选型

(1)RQ672气动球阀

(2) 控制器选型

本次设计选用的控制器选用SWP-ND405-22-12HL型PID自整定控制仪，SWP-ND-405系列过程控制器

五、总结

此次针对精馏塔塔釜采出量的简单的控制系统的设计，不仅使我对本门课所学的重点知识有个巩固，对本专业有了更多、更深的了解，而且也培养了我克服困难，分析设计的能力，这将是我今后工作学习中的一个良好的基础。在设计过程中，从拿到题目，方案的设计到方案的确定，我都经过了严谨的思考，回路的设计，调节器的正反作用，被控参数的选择，使系统能达到设计目的。通过这次设计，我对过程控制系统在工业中的运用有了深入的认识，对过程系统设计步骤，思路有了一定的了解和认识。

六、参考文献

[1] 厉玉鸣，化工仪表及自动化，化学工业出版社，2013

[2] 薛弘晔等编，计算机控制技术，西安电子科技大学出版社，2003

[3] 何离庆等，过程控制系统与装置，重庆大学出版社，2003