精馏塔控制
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
精馏塔的控制要求
精馏塔的控制要求2.1 质量指标混合物分离的纯度是精馏塔控制的主要指标。
在精馏塔的正常操作中，产品质量指标就必须符合预定的要求，即保证在塔底或塔顶产品中至少有一种组分的纯度达到规定的要求，其他组分也应保持在规定的范围内，因此，应当取塔底或塔顶产品的纯度作为被控变量。
但是，在线实时监测产品纯度有一定的困难，因此，大多数情况下是用精馏塔内的“温度和压力”来间接反应产品纯度。
对于二元精馏塔，当塔压恒定时，温度与成分之间有一一对应的关系，因此，常用温度作为被控变量。
对于多元精馏塔，由于石油化工过程中精馏产品大多数是碳氢化合物的同系物，在一定的塔压下，温度与成分之间仍有较好的对应关系，误差较小。
因此，绝大多数精馏塔当塔压恒定时采用温度作为间接质量指标。
2.2 平稳操作为了保证精馏塔的平稳操作，首先必须尽可能克服进塔之前的主要可控扰动，同时缓和一些不可控的主要扰动，例如，对塔进料温度进行控制、进料量的均匀控制、加热剂和冷却剂的压力控制等。
此外，塔的进出物料必须维持平衡，即塔顶馏出物与塔底采出物之和应等于进料量，并且两个采出量的变化要缓慢，以保证塔的平稳操作。
另外，控制塔内的压力稳定，也是塔平衡操作的必要条件之一。
2.3 约束条件为了保证塔的正常、平稳操作，必须规定某些变量的约束条件。
例如，对塔内气体流速的限制，塔内气体流速过高易产生液泛，流速过低会降低塔板效率；再沸器的加热温差不能超过临界值的限制等。
3精馏塔的温度控制精馏塔控制最直接的质量指标是产品的组分，但产品组分分析周期长，滞后严重，因而温度参数成了最常用的控制指标，即通过灵敏板进行控制[3]。
3.1 精馏段温度控制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XD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。
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。
精馏塔控制系统说课讲解
精馏塔控制系统说课讲解精馏塔控制系统第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，操作成本的提⾼和产品的价格并不成⽐例增加，因此纯度要求应与使图6.1-1 精馏塔⽰意图⽤要求适应。
2．物料平衡控制进出物料平衡，即塔顶、塔底采出量应和进料量相平衡，维持塔的正常平稳操作，以及上下⼯序的协调⼯作。
物料平衡的控制是以冷凝罐（回流罐）与塔釜液位⼀定（介于规定的上、下限之间）为⽬标的。
(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
精馏塔过程的控制
V F
?
?
ln S
?
?
ln????
xD xB
(1 (1
? ?
xB xD
) )
????
已知分离度S，
x D
?
1?
sx B
x (s
?
1)
B
x B
?
x
?
x D
s(1 ?
x)
D
D
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。
(3)内部物料平衡
实际上，精馏塔的操作完全由塔内部平衡关系决定，外部平衡关系 仅仅反映内部平衡关系的结果。
19.2.2 精馏塔的干扰因素
(1)进料流量 F的波动
①进料全部为液相
②进料全为气相
③进料为气相液相混合物
（2）进料组分 ZF变化
为不可控的干扰。 （3）进料温度TF及热焓 QF变化
F ZF TF QF
（4）蒸汽加入热量的变化 （5）回流量及冷剂量 蒸汽
q蒸
回流
精
q回
馏
塔
冷却剂 塔顶产品
19.3 精馏塔被控变量的选择
假定塔操作是在恒分子流、泡点回流回流罐和塔釜蓄存量一定和塔 压恒定下进行，忽略汽相蓄存量的变化，则塔有如下内部平衡关系：
① 加料板的物料平衡
F ? L ? V ? LS ? VR
泡点进料时： LS ? F ? L, 露点进料时： Vr ? F ? V,
V ? Vr L ? LS
② 精馏段任一塔板上的物料平衡
塔顶压力
P
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
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。
过程控制工程-17精馏塔的控制ppt课件
精馏塔系统特点： MIMO系统、相互关联、机理复杂、动态响应迟缓 、能耗大 -〉控制要求高
17.1 概述
机理
F,zf
冷剂
LD L
D,xD V
热剂 二元精馏系统
LB 釜液,B,xB
17.1.1 精馏塔的基本关系
物料平衡、能量平衡 二元精馏系统
17.3 精馏塔被控变量的选择
压力补偿温度
温度控制恒定时，压力的微小波动，对产品的成分影 响很大
（1） 直接压力补偿
P Kp TT
KpO z=T-Kp+KpO
17.3 精馏塔被控变量的选择
（2） 温差控制 压力的变化，塔顶各板的温度同时变化，某两点温差控制， 可 消除压力影响，关键是温差的取值大小。
第17章
精馏塔的控制
17.1 概述 17.2 精馏塔的特性 17.3 精馏塔被控变量的选择 17.4 精馏塔的整体控制方案 17.5 精馏塔的新型控制方案
教学进程
17.1 概述
机理
利用混合物中各组分的挥发度（沸点）不同，或在 相同温度下，各组分的蒸汽分压不同，轻组分（液相 中）和重组分（汽相中）相互转移
● 间接指标——温差控制
在精密蒸馏时，要求产品纯度很高，组份之间的相对挥发度差异很小， 组份变化引起的温度变化有时比压力变化引起的温度变化还小，∴对 塔压控制要求很严格。
17.3 精馏塔被控变量的选择
温度点位置 ●塔顶分离物为产品时，温度放在塔顶——精馏段控制 ●塔底分离物为产品时，温度放在塔底——提馏段控制 ●有时为了兼顾塔顶、塔底产品，可以取进料板温度 ●塔顶温度受压力限制，变化很小，因而，有时取灵敏板温度
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
精馏塔控制系统
精馏塔控制系统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。
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，操作成本的提高和产品的价格并不成比例增加，因此纯度要求应与使图1-1 精馏塔示意图用要求适应。
2．物料平衡控制进出物料平衡，即塔顶、塔底采出量应和进料量相平衡，维持塔的正常平稳操作，以及上下工序的协调工作。
物料平衡的控制是以冷凝罐（回流罐）与塔釜液位一定（介于规定的上、下限之间）为目标的。
3．能量平衡和经济平衡性指标要保证精馏塔产品质量、产品产量的同时，考虑降低能量的消耗，使能量平衡，实现较好的经济性。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
进料温度：一般可测可控，不控制或进料热焓控 制
再沸器加热蒸汽压力：一般可控可测，定值或串 级控制
冷却水压力和温度：塔压定值或浮动塔压控
环境温度：不控制或内回流控制
25.03.2020
过程控制 青海大学
15
精馏塔的静态特性
物料平衡和内部的物料平衡 能量平衡 进料浓度Zf和进料流量F对产品 质量的影响
D F 和 B 是F 影响 、x D 的x关B 键因素
Z F 是通过 D 和F B影F响组分变化
25.03.2020
过程控制 青海大学
17
能量平衡
分离度
s = xD(1 xB ) xB (1 xD)
影响分离度的因素： s=f(α,n,V/F,ZF,E,nF)
s f (V ) F
V = ln s
25.03.2020
过程控制 青海大学
12
25.03.2020
过程控制 青海大学
13
精馏塔的扰动分析
进料流量和进料成分 进料温度或进料热焓 再沸器加热蒸汽压力 冷却水压力和温度 环境温度
25.03.2020
过程控制 青海大学
14
精馏塔的扰动分析
进料流量：可测不可控，基本恒定，采用均匀或 前馈控制
VS Ls
FLRVS=LSVR
泡点进料：
LS=FLR V S=V R
露点进料：
V R=V SFL R=L S
25.03.2020
过程控制 青海大学
21
精馏塔的内部物料平衡
——精馏段和提馏段的物料平衡
VR LR=L i
yi+1 xi
D, xD
V =Vs
yj xj-1 j
VRyi1=LRxiD xD
Ls
F
V = ln xD(1 xB)
F
xB (1 xD)
25.03.2020
过程控制 青海大学
18
结论
XB、 XD可采用D/F 或B/F来控制 当ZF 一定时，如V/F和 B/F(或D/F)一定 ，则XB和XD 也就确定 当 ZF变化时， ZF ↑，则XB和XD↑，可用 增加D/F(或减小B/F)来补偿
B, xB
VSyj =LSxj1BxB
25.03.2020
过程控制 青海大学
22
动态影响分析
▪上升蒸汽和回流的影响
——除了顶部塔板外，再沸器加热量对汽液比的影响比回流 量快
▪组分滞后的影响
——组分滞后随着塔板上液相蓄存量和塔板数的增加而增加
▪回流罐蓄液量和塔釜液量引起的滞后影响
——回流罐和塔釜液位必须保持一定，否则会影响控制品质
25.03.2020
过程控制 青海大学
10
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
60
40
20
0 80 90 95 98 99 99.5 99.8
产品纯度*100%
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； 能耗指标：
25.03.2020
过程控制 青海大学
24
精馏塔的压力控制
PC
PC
L L
F
D
F
D
塔顶汽相采出量 DV — 塔压 P
冷凝器冷却量 QC — 塔压 P
25.03.2020
过程控制 青海大学
25
精馏塔的简化控制问题
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 L
过程控制 青海大学
38
精馏塔物料平衡控制问题
D L B QH
25.03.2020
F
W
精 馏 塔
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。
LD
适应场合： （1）对产品质量要求不高；
（2）处理量与进料性质变
LB 化不频繁或变化幅度小。
25.03.2020
过程控制 青海大学
28
塔顶（或塔底）的温度控制
使用场合： 当塔顶馏出物是产品时，采用塔顶温度控制 当塔底馏出物是产品时，采用塔底温度控制
注意事项 ：
该方案易受塔压影响，微量杂质会影响沸点， 从而影响产品质量控制时，为保证另一产品的 质量，要有一定的操作裕度由于温度检测装置 灵敏度和监测点温度不灵敏，分离高纯产品有 困难
120
100
V =2
80 F
4
68
60
40
20
0 80 90 95 98 99 99.5 99.8
产品纯度*100%
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； 能耗指标：
用单位进料的塔底上升蒸 气量V/F来表示；
若能耗一定，随着产品纯度提高，回收率迅速下降；
若产品纯度一定，在一定范围内随着能耗提高，回收率也明显提 高；到一定程度后，增加能耗的效果就不显著了。
分离度S一定时，调节D/F或B/F可控制 XB和XD，两者有关联
25.03.2020
过程控制 青海大学
19
精馏塔的内部物料平衡
假设条件： 加料板物料平衡 精馏塔精馏段的物料平衡 精馏塔提馏段的物料平衡
25.03.2020
过程控制 青海大学
20
精馏塔的内部物料平衡
——进料板的物料平衡
VR LR F
25.03.2020
过程控制 青海大学
23
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 L
塔底采出量B 再沸器加热量QH
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 LD 塔底产品纯度xB 塔底液位 LB
塔顶压力 P
用单位进料的塔底上升蒸 气量V/F来表示；
若能耗一定，随着产品纯度提高，回收率迅速下降；
若产品纯度一定，在一定范围内随着能耗提高，回收率也明显提 高；到一定程度后，增加能耗的效果就不显著了。
25.03.2020
过程控制 青海大学
11
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%
注意事项： •对分离要求较高的精馏塔可采用温差控制 •温度检测点位置要选择合适，温差的设定值要 合适，操作工况要稳定 •也可直接用压力进行补偿的控制方案 •主要用于消除塔压变化的影响，即压力变化时 ，温差不变
25.03.2020
过程控制 青海大学
34
双温差控制
应用场合：当温度差与成分之间不是单值对应关系 即进料负荷变化引起温度差的变化与引起 的压力差变化不一致…..
2
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 ，例如，非线性、时变、关联；控制方 案多样，例如，同一被控变量可以采用 不同的控制方案，控制方案的适应面广 等。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。
25.03.2020
要保证精馏塔产品质量、产品产量的同时， 考虑降低能量的消耗，使能量平衡，实现较好 的经济性。
25.03.2020
过程控制 青海大学
9
约束条件
✓精馏过程是复杂传质传热过程。为了满足稳定 和安 全操作的要求，对精馏塔操作参数有一定 的约束条件
✓气相速度限，出现液泛现象。 ✓最小气相速度限，造成漏液。 ✓操作压力限。 ✓临界温度限
精馏塔的控制
25.03.2020
过程控制 青海大学
1
精馏工艺
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，实现组分的分离。 按组分(二元精馏和多元精馏)； 按挥发度分(一般精馏和特殊精馏); 按结构分(板式塔、填料塔)。 按操作的连续性分类(连续精馏和间歇精 馏)。
25.03.2020
过程控制 青海大学
（2）温差信息，与灵敏板温度相比，可减 弱压力波动对温度的影响；
（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 。
25.03.2020
过程控制 青海大学
27
精馏塔被控变量的选择
➢直接质量指标：产品成分：价格贵，
可靠性差，滞后大
➢间接质量指标：温度：二元物系：塔
压固定时，与成分一一对应
过程控制 青海大学
3
精馏塔的控制分析
精馏过程通过精馏塔、
冷凝器
再沸器、冷凝器等设备
完成。再沸器为混合物
塔顶产品
液相中轻组分的转移提 原料
精
回流罐
供能量；冷凝器将塔顶
馏 塔
来的上升蒸气冷凝为液
回流泵
相，并提供精馏所需的
回流。精馏塔是实现混
再 沸
合物组分分离的主要设
器
备。
塔底产品
25.03.2020
过程控制 青海大学
25.03.2020
过程控制 青海大学
32
采用压力补偿的温度作为间接 质量指标
温差控制 双温差控制 根据压力补偿计算温度设定值的控制
25.03.2020
过程控制 青海大学
33
温差控制
设计依据： •塔压变化对两个塔板温度都有影响，用温差控制 可减少压力变化的影响…. •通常选一个温度变化较小，如塔顶或稍下几板， 另一个选用灵敏板温度
25.03.2020
– TS 是产品所需成分在塔压时对应的温度
设定值；
– p是塔压测量值； – p0是设计的塔压值；