第七章_精馏塔的控制
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%
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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。。
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
精馏塔的控制方式
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。
精馏塔的控制
精馏塔的控制12.1 概述•精馏是石油、化工等众多生产过程中广泛应用的一种传质过程，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（沸点不同），使液相中的轻组分（低沸点）和汽相中的重组分（高沸点）相互转移，从而实现分离。
•精馏装置由精馏塔、再沸器、冷凝冷却器、回流罐及回流泵等组成。
精馏塔的特点精馏塔是一个多输入多输出的多变量过程，内在机理较复杂，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。
而且从能耗的角度，精馏塔是三传一反典型单元操作中能耗最大的设备。
一、精馏塔的基本关系（1）物料平衡关系总物料平衡： F=D+B (12-1) 轻组分平衡：F z f =D x D +B x B (12-2) 联立（12-1）、（12-2）可得：（2）能量平衡关系 在建立能量平衡关系时，首先要了解分离度的概念。
所谓分离度s 可用下式表示：DB D f D BB f D x x x z F D x x z D Fx --=+-=)((12-3))1()1(D B B Dx x x x s --=(12-5)可见，随着s 的增大，x D 也增大，x B 而减小，说明塔系统的分离效果增大。
影响分离度s 的因素很多，如平均相对挥发度、理论塔板数、塔板效率、进料组分、进料板位置，以及塔内上升蒸汽量V 和进料F 的比值等。
对于一个既定的塔来说：式（12-6）的函数关系也可用一近似式表示： 或可表示为：式中β为塔的特性因子由上式可以看到，随着V /F 的增加，s 值提高，也就是x D 增加，x B 下降，分离效果提高了。
由于V 是由再沸器施加热量来提高的，所以该式实际是表示塔的能量对产品成分的影响，故称为能量平衡关系式。
由上分析可见，V /F 的增加，塔的分离效果提高，能耗也将增加。
精馏塔的控制方案(课堂PPT)
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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
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被控变量的选择：塔顶产品的成分要求比较高，二元系统精 馏时，p-t-x三者之间有一定的关系，考虑精馏塔工艺合理 性，塔压需要固定，气液平衡和挥发度才能稳定，t-x单值 对应关系才成立，所以以精馏段温度为被控变量，进行间 接指标控制；
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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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操纵变量的选择：影响精馏段温度的因素很多，从工艺角度 看，回流液量和蒸汽流量为可控因素，从两个因素对精馏 温度的影响看，回流量通道短，更及时、更显著，所以选 择回流液量为操纵变量。
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控制器正反作用的选择：
对象的作用：回流量增大，精馏塔温度降低，为反作用；
执行器作用：从安全考虑，当没有信号时，回流液量不 能过小，即没有信号时阀门要开，执行器采用气关式， 为反作用；
控制器作用：考虑整个控制系统为负反馈，控制器采用 反作用
当精馏塔温度偏高时，控制器是反作用，所以控制器 的控制作用减弱；执行器也是反作用，档控制作用减 弱时，执行器的阀门开度是增大的，使回流液量增大， 从而使精馏段的温度降低，达到控制目的。
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7
第七部分 精馏塔的控制new
7.2 精馏塔的特性
一、 物料平衡和内部物料平衡
1．物料平衡 *总物料平衡：F = D + B *轻组分物料平衡：FZF DxD BxB XD 、 分别是进料、塔顶和塔底出料中轻组分的轻组分含量 X ZF 和 B 。单位为摩尔分率。
由上两式子，得到：
D ZF X B B X D ZF ; ; F XD XB F XD XB
7.1
精馏塔的控制要求和扰动分析
一、 精馏塔的控制要求 1．质量指标 *塔顶或塔底产品的组分达到一定纯度指标 另一端产品在规定的范围内 *塔顶和塔底产品均达到一定的纯度指标 2．产品质量 *总物料平衡：进料量=塔顶馏出量+塔釜出料量 3．能量平衡和经济性指标 *输入和输出的能量应平衡 *塔压应维持恒定 4．约束条件：防止突变 液泛限和漏液限：气相速度的上限和下限 操作压力限：塔压得上限 临界温度限：再沸器两侧温度差值的下限
7.3 精馏塔被控变量的选择
灵敏板的温度控制 灵敏板： •静态：在扰动下，一个稳态到另一个稳态时塔板温度变化更大的塔板 •动态：灵敏板与上下塔板间的浓度差最大 注意事项： •灵敏板应在正反扰动下有相近的温度差变化，以使系统有线性关系 •对既定塔和操作条件，可计算出大致灵敏板位置，再实际调整 •工况变化时，板效率变化，灵敏板位置也会变化 中温控制： •检测点位置：进料板稍上或稍下塔板温度作为被控变量 •选用依据： 可较快的感受进料的变化，及时发现操作线的变化 •注意事项： •在北京有机化工厂有应用，日本也有较多应用 •进料浓度变化较大，分离要求较高时不宜采用 •不能及时反映塔顶和塔底的成分变化
s X D (1 X B ) ; X B (1 X D ) XD sX B ; 1 X B ( s 1) XB XD X D s(1 X D )
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。
精馏塔的自动控制
要对精馏塔实施有效的自动控制，必须首先了解精馏塔的控制目标。精馏塔
的控制目标一般从质量指标、产品产量和能量消耗三方面考虑。任何精馏塔的操
作情况同时受约束条件的制约，因此，在考虑精馏塔控制方案时一定要把这些因
素考虑进去。
1．质量指标
质量指标（即产品纯度）必须符合规定的要求。一般应使塔顶或塔底产品之
一达到规定的纯度，要求另一个产品也应该维持在规定的范围之内，或者塔项和
开的方法减少相关；或者采用解耦控制。需指出的是，此时不仅要考虑到系统的 静态特性，也需要考虑其动态影响。
（5）考虑整个工艺生产过程的平稳操作 由于精馏塔往往是生产过程中的一个环节，因此不仅前一工序的操作情况要 影响精馏塔的操作，而且它的产品产量和成分变化也要影响到后一工序的操作。 于是在设置精馏塔的控制方案时，必须协调前后工序的关系。在某些考虑前后工 序关系的整个生产过程的控制中可以采用逆流向物料平衡控制方案。这种控制方 案中，前一工序的调节是根据后一工序的需要而定的。例如在精馏塔中，可根据 后一工序对顶部产品量的需要改变产品馏出液量，而馏出液量的变化会引起回流 罐的液位变化，可通过液位调节改变塔的进料量来实现。这种逆流向方案，可使 整个生产过程稳定并可减少回流罐等中间容器的容积。 （6）塔压调节与浮动压力操作 在精馏塔的自动控制中，保持塔压恒定是稳定操作的条件。这主要是由两方 面的因素决定的，一是压力的变化将引起塔内气相流量和塔顶上汽液平衡条件的 变化，导致塔内物料平衡的变化。二是由于混合组分的沸点和压力间存在一定的 关系，而塔板的温度间接反映了物料的成分。因此，压力恒定是保证物料平衡和 产品质量的先决条件。在精馏塔的控制中，往往都设有压力调节系统，来保持塔 内压力的恒定。 而在采用成分分析用于产品质量控制的精馏塔控制方案中，则可以在可变压 力操作下用温度调节或对压力变化补偿的方法实现质量控制。其做法是让塔压浮 动于冷凝器的约束，而使冷凝器始终接近于满负荷操作。这样，当塔的处理量下 降而使热负荷降低或冷凝器冷却介质温度下降时，塔压将维持在比设计要求低的 数值。压力的降低可以使塔内被分离组分间的挥发度增加，这样使单位处理量所 需的再沸器加热量下降，节省能量，提高经济效益。同时塔压的下降使同一组分 的平衡温度下降，再沸器两侧的传热温度增加，提高了再沸器的加热能力，减轻 再沸器的结垢。浮动压力操作可以显著提高精馏生产的经济效益。但是由于塔压 的波动会产生精馏塔的不平稳扰动。因此在实际生产中，采用不多。 （7）根据热力学观点等选取节约能量的方案
精馏塔的控制课件
利用人工智能和大数据技术对精馏过程进行建模、预测和控制是未来的 研究热点之一。这将有助于实现更加精细和智能化的生产管理。
精馏塔的发展对工业应用的影响和意义
提高产品质量和收率
精馏技术的进步有助于提高产品的质量和收率，进而提高企业的 竞争力。
降低生产成本
通过高效节能技术和自动化智能化控制，精馏塔的发展可以降低生 产成本，提高企业的经济效益。
该企业采用了计算机模拟技术， 对乙烯/乙烷分离塔进行了模拟。 通过模拟，可以得出塔内各处 的温度、压力、组成等参数， 从而了解塔的性能和操作状况。
根据模拟结果，该企业采取了 一系列优化措施，包括改变进 料位置、调整操作参数等。这 些措施有效地提高了乙烯和乙 烷的分离效果，降低了能耗和 物耗。
案例三
诊断流程
按照“先易后难、先局部后整体”的 原则，逐步排查故障原因，并采取相 应的措施进行修复。
精馏塔的预防措施和安全注意事项
定期检查
防止堵塞
定期对精馏塔进行检查和维护，确保设备 正常运行。
定期清理塔内杂物，防止塔板和填料堵塞。
注意安全
严格控制工艺参数
在操作过程中要注意安全，避免发生泄漏、 火灾等事故。
特点
填料塔具有结构简单、压力降小、操作稳定等优点；板式塔具有分离效率高、操 作弹性大等优点；喷射精馏塔则具有处理能力大、节能效果显著等优点。不同类 型的精馏塔各有其优缺点，应根据实际需求选择合适的类型。
02
精馏塔的控制系统
精馏塔控制系统的组成和作用
组成
精馏塔控制系统通常由检测元件、控制元件、执行机构和被 控对象组成。
精馏塔的控制
contents
目录
• 精馏塔概述 • 精馏塔的控制系统 • 精馏塔的模拟和优化 • 精馏塔的故障诊断和预防措施 • 精馏塔的发展趋势和研究方向 • 精馏塔的应用案例分析
精馏塔的安全运行分析——精馏塔的温度控制
The earth is in motion all the time, and a person will not always be in an unlucky position.模板参考（页眉可删）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。
精馏塔的控制
精馏塔的分类——精馏操作按不同方法进行分类
❖ 根据混合物的组分数分——二元精馏、多元精馏 ❖ 根据是否在混合物中加入影响汽液平衡添加剂——普通精馏、
特殊精馏（共沸精馏、萃取精馏、加盐精馏） ❖ 根据塔的结构分——板式塔（泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、浮喷
塔等）、填料塔 ❖ 根据操作的方式分——连续精馏、间歇精馏
精馏塔的控制目标——约束条件
❖ 为确保精馏塔的正常、安全运行，必须使某些操作参 数限制在约束条件之内。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。
精馏塔的控制目标——约束条件
❖ 液泛限：气相速度过高，雾沫夹带现象严重时，液相从 下层塔板倒流到上层塔板，称为液泛。气相速度的上限 称为液泛限
例：脱乙烷塔 C2H6 挥发度较大——轻关键组分。 C3H6 挥发度较小——重关键组分。
多元塔的质量指标是控制塔顶总产品中 轻关键组分含量和底部产品中重关键组 分含量。
精馏塔的控制目标——收率、能耗
❖ 回收率 Ri=P/FZi 或
Ri
组分i的产品流量 进料中组分 i的流量
100％
Zi— 组分i在原料中的浓度。 P—产品产量（合格即可）（非纯组分）
分离结果X1, Y1就完全确定。
精馏塔的静态特性
（2）内部物料衡算
i)进料段的物料衡算 上升汽量： Vr Vs Fe
回流量： Ls Lr F 1 e
泡点进料， e=0，进料不产生上升汽。 露点进料， e=1，进料全部汽化。 两相进料，0< e <1 过冷液相进料， e<1 过热汽相进料： e >1. 可见，进料 e 变化，影响塔内汽液相流量，影响 分离效果。
❖ 漏液限：气相速度过低，塔板漏液，板效率下降。气相 速度的下限称为漏液限。
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。
浅谈精馏塔的控制方案
浅谈精馏塔的控制方案摘要：精馏过程是一个多变量的传质过程，对于不同工况，不同要求的精馏塔，其控制方案也是有差别的，因此，针对不同的工艺要求，根据工艺过程的特点，选择不同的控制方案，对于精馏塔的稳定操作以及产品质量的控制起着至关重要的作用。
关键字：精馏塔加压精馏减压精馏自动控制一、概述精馏过程是一个传质过程，在石油化工装置中的应用非常广泛，主要是利用混合液中各组分的相对挥发度的不同，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气相中，而使气相中的重组分转移到液相中去，从而达到组分分离的目的。
精馏多用于产品或半产品的分离，使之达到规定的纯度。
从工艺角度来讲，同是精馏塔，实际上是千差万别的，虽然都是传质过程，但对于分离物质物性、要求相差很多，因为精馏的操作压力与温度是由为建立适当的气液两相共存的条件所决定的，根据不通的混合物和特性，精馏过程一般可分为常压精馏、加压精馏和减压精馏（真空精馏）三类。
（1）常压精馏常压下，沸点在室温以上到150℃左右的混合物通常在常压下进行精馏，这样，无论在选择再沸器热剂（如水蒸气），还是在选择冷凝器冷剂（如水或空气）时，都是非常方便可行。
（2）加压精馏对于常压下沸点在室温以下的混合物，为了提高其沸点，同时使其能够使用室温的冷却剂，降低能耗，常采用加压精馏。
例如乙烯乙烷混合物分离。
（3）减压精馏（真空精馏）在常压下沸点较高，或者在较高温度下易发生分离、聚合等反映的热敏性物质的混合物，为了降低其沸点，尝尝采用减压操作，例如乙苯与苯乙烯的混合物的分离。
正是因为不同的精馏塔，工艺对控制要求也不尽相同，同时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，动态相应迟缓，变量之间相互关联，所以精馏塔的控制对于整个装置稳定操作、安全运行以及产品质量都起着至关重要的作用。
同时，精馏过程中存在着气液两相之间的相变过程，需要加热和冷却，能耗较大，随着现在人们对节能意识的提高，精馏塔的节能控制也是十分重要的。
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 )]
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气液平衡→气相中轻组分浓度高
液相中重组分浓度高
多层塔板连续的气液平衡→提高产品纯度
塔顶以气相形式抽出→轻组分浓度高 塔底以液相形式抽出→重组分浓度高
塔顶－塔底形成下高上低的温度梯度分布
梯度越大，则传质传热的过程越充分，分离效果越好
第一节 概 述
一、精馏
利用各组分挥发度的不同，进行混合物分离。如石油裂解气 含多种成分：甲烷、乙烷、乙烯、丙烯、丁二烯、丙二烯、 乙炔、丙炔等，耗能占40－50％
j LR x j
沸点低的为轻组分、沸点高的为重组分
气液平衡→气相中轻组分浓度高 液相中重组分浓度高
多层塔板连续的气液平衡→提高产品纯度 塔顶以气相形式抽出→轻组分浓度高 塔底以液相形式抽出→重组分浓度高
塔顶－塔底形成下高上低的温度梯度分布
梯度越大，则传质传热的过程液体混合物出现第一 露点：一定系统压力和液相组成下，液体混合物加热汽化
D 0.5 0.05 0.50 F 0.95 0.05
ZF变到0.4 时
F xD Z F 0 0.8 D
此时必须减小D才能够达到质量要求
2、内部物料平衡
精馏塔计算中的重要假设： 同一塔段（精馏段或提馏段）的上下塔板气相、液相摩尔流量相同：
Ln1 Ln Vn1 Vn
能量平衡影响因素：进料温度
再沸器加热量 冷凝器冷却器 环境温度
（4）可控扰动：进料温度，再沸器加热蒸汽量，冷凝器冷 却量，采出量。 不可控扰动：进料流量（主要扰动） ，进料组成（主 要扰动） ，环境温度
四、精馏塔控制的特点
多入多出过程
动态响应慢 变量间互相关联
第二节 精馏塔的特性
一、物料平衡和内部的物料平衡（静态）
全塔的物料、各组分 塔内部各段（进料板、精馏段、提馏段）总物料各组分——均应保持物 料平衡
1、全塔物料平衡 对于二元精馏： F D B FZF DxD BxB
F为进料流量（kmol/h）; D为塔顶馏出液采出量（kmol/h） B为塔底釡液采出量（kmol/h） ZF，xD，xB分别表示进料、馏出液、釡液中轻组分的摩尔分率。 解得： F D Z F xB （7-3）
n-1 n
n+1
（1）进料板物料平衡
提馏段各板：
V Vs , L LS
VR
R R
精馏段在回流液的温度为沸点的情况下 各板： V V , L L 从而进料板物料平衡：
↓LS ↑VS
F↓ ↓LR ↑VR
↑ VR y j+1
↓
F LR Vs VR LS
进料为液相，且为泡点，则：
8
产品回收率
V/F=2 4
6
产品纯度（对比）
三、精馏塔的扰动分析
（1）分析各种可能发生的扰动及其对生产指标的影响，可 以合理的设计控制方案。
（2）各种扰动对产品纯度、回收率、能耗的影响都是通过 物料平衡和能量平衡来影响的，并且物料平衡和能量平衡 之间又是相互影响的。 （3）物料平衡影响因素：进料流量 进料组成 塔顶，塔底产品采出量及组成
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。
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
多输入多输出，滞后大，变量之间相互关联，机理复杂，控 制要求高
3、约束条件
液泛限：气相速度过高，气相中夹带液体到上层塔板中， 称为“雾沫夹带”，雾沫夹带现象严重时，液相从下层塔板 倒流到上层塔板，称为液泛。气相速度的上限称为液泛限。 （另外液体量过大、溢流管堵塞等都会导致液泛） 漏液限：气相速度过低，塔板漏液，板效率下降。气相 速度的下限称为漏液限。 压力限：塔的操作压力的限制，操作压力过大，影响气 液平衡，分离效果变差。严重时会影响安全生产。 临界温差限：主要指再沸器两侧冷热流体的温度差。温 差越大，传热量越大，温差低于临界温差时，给热系数急剧 下降，不能保证正常传热。
二、控制要求
在保证产品质量合格的前提下，回收率最高，能耗最低 或总收益最大，或总成本最低
1、质量指标－产品的纯度：
二元组分精馏：
多元组分精馏塔：通常只能控制其中的关键组分的浓度
轻关键组分：挥发度较大而由塔顶镏出的关键组分 重关键组分：挥发度较小而由塔底镏出的关键组分
2、保证平稳操作
物料平衡：塔顶产品和塔底产品流量之和应等于进料量， 塔底液位、回流罐液位、各塔板持液量均保持不变。 能量平衡：进料热量＋塔底再沸器加热量＝塔顶产品热 量＋塔底产品热量＋塔顶冷凝器冷却热量＋热量损失 进料、冷剂、加热剂的控制
xD
D
Z F xB xB
F
xD xB
或
F B xD Z F xB xD xD Z F B F xD xB
（7-4）
表明：xD与xB之间的关系受F/D（或F/B）、ZF的影响。 进料在产品中的分配比一定，则顶、底两产品中轻组分组成关系一定。 xD↑则xB↓，反之， xB ↑， xD ↓。 例： ZF=0.5 要求xD＝0.95, xB=0.05
第七章 精馏塔的控制
第一节：概述 第二节：精馏塔的特性（动态和稳态） 第三节：精馏塔受控变量的选择 第四节：精馏塔的基本控制
第一节 概 述
一、精馏
利用各组分挥发度的不同，进行混合物分离如石油裂解气含多种成 分：甲烷、乙烷、乙烯、丙烯、丁二烯、丙二烯、乙炔、丙炔等耗 能占40－50％
沸点低的为轻组分、沸点高的为重组分