精馏塔均匀控制研究
11 均匀控制系统
5
图5 简单均匀控制系统
6
均匀控制系统:以控制方案所起作用而 言,因为从结构上无法看出它与简单控制系 统和串级控制系统的区别。 均匀控制系统应具有如下特点: (1)允许表征前后供求矛盾的两个变量在 一定范围内变化。 (2)又要保证它们的变化不过于剧烈。 均匀控制系统是通过控制器的参数整定 来实现。
12
一.比值控制系统的类型
F1
1. 开环比值控制系统
这种方案的优点
是结构简单,只需 一台纯比例控制器,
FT
FC
F2
其比例度可以根据
比值要求来设定。
缺点是如主物料Fl稳定不变,从物料的流量F2将受控制阀
前后压差变化影响而改变。
13
2. 单闭环比值控制系统
当主动流量F1变化 时,经变送器送至比值
FT
F1
FC
控制器FC。FC按预先
设置好的比值使输出成 比例地变化,也就是成 比例地改变从动流量控 制器FC的给定值.
F2
FT
FC
此时从动流量控制系统为一个随动控制系统,从而F2
跟随F1变化,使流量比值K保持不变。
14
3. 双闭环比值控制系统
双闭环比值控制系 统的优点是提降负荷比 较方便,只要缓慢地改 变主动流量控制器的给 定值,就可以提降主动
7
如图5所示。从结构上看,该控制系统与 简单控制一样。“均匀”主要体现在控制器 参数整定时,要按照均匀控制思想进行。通 常采用纯比例控制器,且比例度放在较大的 数值上,同时观察两个被控变量的过渡过程 来调整比例度。为了防止液位超限,可以引 入弱积分作用,但微分作用与均匀控制思想 矛盾,不能采用。
8
均匀控制系统 一.串联精馏塔
• 图1
均匀控制系统
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11
部分资料从网络收集整 理而来,供大家参考,
感谢您的关注!
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三.控制系统的参数整定
整定的主要规则是一个“慢”字,即过渡过程不允许出现明显的振荡,可以采用看曲 线调参数的方法来进行。它的具体整定规则和方法如下:
(1)先保证液位不会超过允许波动范围设置控制器参数;
(2)修正控制器参数,使液位最大波动接近允许范围,使流量尽量平稳(均匀控制系统一般
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2.串级均匀控制系统
甲塔
LT
LC
FT
FC
乙塔
E-3
E-4
阀V门-3 2
如图所示构成精馏塔塔釜液位与出口流量串级均匀控制系统.增
加一个副回路的目的是为了消除控制阀前后的压力波动及对象
的自衡作用的影响。
串级均匀控制方案能克服较大的干扰,适用于系统前后压力波
20动21/6较/4 大的场合。
7
3.双冲量均匀控制系统
LT
IS IO
+
IL
FC
IF
双冲量均匀控制系统是串级均匀控制系统的变形,它用一个加法器 来代替串级控制系统中的主调节器,把液位与流量的两个测量信号 通过加法运算后作为调节器的测量值。以塔釜液位与输出流量信号 之差为被控参数,通过均匀控制使两者能均匀缓慢变化。
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采用P或PI控制规律。) (3)根据工艺对流量和液位两个参数的要求,适当调整控制器的参数 方法步骤: ①纯比例控制 a.先将比例度放置在估计液位不会越限的数值,例如δ=100%。 b.观察记录曲线,若液位的最大波动小于允许的范围,可增加比例度,比例的的 增加必将使液位的“质量”降低,而使流量过程曲线变好。 c.如发现液位超过允许的范围,则减小比例度。 d.这样反复调整比例度。直到液位,流量的曲线都满足工艺提出的均匀要求为止
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。
均匀控制系统
串级均匀控制方案能克服较大的干扰,适用于系统前后压力波
动较大的场合。
3.双冲量均匀控制系统
I
LT
S
I
+
L
I
O
I
FC
F
双冲量均匀控制系统是串级均匀控制系统的变形,它用一个加法器 来代替串级控制系统中的主调节器,把液位与流量的两个测量信号 通过加法运算后作为调节器的测量值。以塔釜液位与输出流量信号 之差为被控参数,通过均匀控制使两者能均匀缓慢变化。
三.控制系统的参数整定
整定的主要规则是一个“慢”字,即过渡过程不允许出现明显的振荡,可以采用看曲 线调参数的方法来进行。它的具体整定规则和方法如下:
(1)先保证液位不会超过允许波动范围设置控制器参数; (2)修正控制器参数,使液位最大波动接近允许范围,使流量尽量平稳(均匀控制系统一般 采用P或PI控制规律。) (3)根据工艺对流量和液位两个参数的要求,适当调整控制器的参数
IS
G s G s C O2 G s
m2
F G s L O1
Gm1s
图 6.精馏塔液位与出料量的双冲量均匀控制系统方框图 可以清楚的看出,它具有串级的优点。其主调节器可看成是k=1的 纯比例调节器。副环是流量回路,对于直接进入流量回路的干扰 F (如控制阀前后的压力干扰等)通过副环的快速作用,可以得到很 快克服。因此控制器参数整定可按串级副控制器原则进行。很显 然,由于主调节器(即液位调节器)的放大倍数不能调整,所以要 求液位和流量变送范围选择合适。
3.概念
在有扰动时,两个变量都有变化,而且变化幅度均匀 协调,共同来克服扰动,只要对控制器的参数进行调
整,延缓控制速度和力度,这种控制系统统称为均匀
精馏塔的过程控制
第2页
2019年2月22日星期五
第3 章
精馏塔的过程控制
一般情况下,塔的进料流量QF是不可控制的, 如分离裂解气的乙烯塔,它的进料流量受前 一工序决定;而在有些情况下,进料流量也可 以控制,如炼油厂初馏塔的原油流量就可控 制为恒定值;进料成分AF的变动是无法控制 的,它由上一工序决定,但多数情况变化是 缓慢的。总之,大多数情况下,进料流量QF 及进料成分AF的变化是精馏过程中的主要扰 动。
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第3 章
精馏塔的过程控制
2.仪器性能优越智能仪器中通过微处理器进行数据 存储和运算处理,很容易实现多种自动补偿、自动校 正、多次测量平均等技术,使测量精度大大提高。通 过执行适当和巧妙的算法,常常可以克服或弥补仪器 硬件本身的缺陷或弱点,改善仪器的性能。智能仪器 中,对随机误差通常用求平均值的方法来克服,对系 统误差,则根据误差产生的原因采用适当的方法处理。 例如:HP3455型数字电压表的实时自动校正是先进行 三次不同方式的测量,然后由微处理器自动把测量数 据代入自校准方程进行计算,以消除由漂移及放大器 增益不稳定所带来的误差。借助于微处理器,不仅能 校正由漂移、增益不稳定等引起的误差,还能校正由 各种传感器、变换器及电路引起的非线性或频率响 应等误差。
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第3 章
精馏塔的过程控制
为克服扰动的影响以及从对精馏塔实行控制的目的出 发,在众多的参数关系中,选出关键 的参数作为被控制量,它们是:塔顶产品成分A1,塔 底产品成分A2,回流罐液位h1和塔底液位 h2。为控制这四个被控变量可供采用的操作变量(控 制量)也有四个,它们是塔顶产品流量Q1、 塔底产品流量Q2,回流量QL及再沸器加热用蒸汽量QS。 由此可知,在精馏塔控制中,变量间的配对关系有4! =24种的可能。
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。
(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
精馏塔典型控制方案
FC 103
FT 103
F
LT
101
LC 101
Vs
H
LR
分
FT
101
馏
FC 101
塔
LT 102 LC 102
D
FT FC 103 103
B
3 按精馏段指标控制方案
当符合以下条件时,可选择按精馏段指标控制: (1) 对塔顶馏出液的纯度要求比塔底产品较高; (2) 全部为汽相进料; (3) 塔底、提馏段塔板上的温度不能很好反映产品成分变化。
被控变量:精馏段某点成分或温度 操纵变量:塔顶回流量LR、塔顶馏出液流量D、 再沸器加热蒸汽量VS 优点: ➢ 保证塔顶产品成分; ➢ 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。常采用以下两种控制 方案:
FC
罐容积适当。
102 Vs
FT
102
LR
分
TT 101
馏
塔
LT 102
H
LC 102
LT LC 101 101
D
TC 101
B
4 按提馏段指标控制方案
当符合以下条件时,可选择按提馏段指标控制: (1) 塔底馏出液的成分要求较高; (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。 (4) 实际操作回流比较最小回流比大好多倍。
被控变量:提馏段塔板温度 操纵变量:塔顶回流量LR、塔顶馏出液流量D、 再沸器加热蒸汽量VS
4 按提馏段指标控制方案
1、间接物料平衡控制
过程控制系统—均匀控制系统(工业仪表自动化)
课程导入
阀2
阀1 图1 前后精馏塔的供求关系
均匀控制原理
1.两个变量在控制过程中都应该是缓慢变化的。 2.前后互相联系又互相矛盾的两个变量应保持在所允许的范围内波动。
均匀控制原理
图2 前一设备的液位和后一设备的进料量之关系 1—液位变化曲线;2—流量变化曲线
简单均匀控制系统
目的
为了协调液位与排出流量之间的关 系,允许它们都在各自许可的范围内 作缓慢的变化。 满足均匀控制要求的方法
通过控制器的参数整定来实现。
图3 简单均匀控制
串级均匀控制系统
可在简单均匀控制方案基础上 增加一个流量副回路,即构成串 级均匀控制。
图4 串级均匀控制
串级均匀控制系统
特点
由于增加了副回路,可以及时克服由于塔内或排出端压力改 变所引起的流量变化。
串级均匀控制系统协调两个变量间的关系是通过控制器参数 整定来实现的。
在串级均匀控制系统中,参数整定的目的不是使变量尽快地 回到给定值,而是要求变量在允许的范围内作缓慢的变化。
串级均匀控制系统
参数整定的方法
由小到大地进行调整。 串级均匀控制系统的主、副控制器一般都采用纯比例作用的。 只在要求较高时,为了防止偏差过大而超过允许范围,才引入 适当的积分作用。
小结
均匀控 制系统
均匀控制系统。 简单均匀控制系统。 复杂均匀控制系统。
思考
什么是均匀控制系统?
基于均匀控制的精馏控制系统
基于均匀控制的精馏控制系统【摘要】石油化工生产过程是一个连续生产过程,随着生产的进一步强化,使得前后生产过程的关系更加紧密,往往出现前一设备的出料直接作为后一设备的进料,而后者的出料又连续输送给其他设备作为进料[1],但生产过程中每个设备都希望维持自身平衡,这就必须打破前一设备或后一设备的平衡,以至整个多塔系统不能保持稳定。
为解决这一矛盾,以往靠增加缓冲罐的办法来解决,通过缓冲物料累积量的变化,以达到两塔或多塔操作平稳。
从控制方案上看,为解决这些矛盾,使生产过程统筹兼顾,我们在精馏控制系统中引入均匀控制,该控制方案能有效解决以上矛盾,表现出了很好的控制效果。
【关键词】均匀控制;精馏;单回路;串级;双冲量1.精馏系统概述在典型的有机硅精馏系统中,高沸物裂解产品将被通过精馏的方法,将其中的一甲基二氯氢硅烷、三甲基一氯硅烷、一甲基三氯硅烷和二甲基二氯硅烷单独分离出来[2]。
系统一般主要包括脱低塔、一甲塔、二甲塔和脱高塔等几个串联塔和一个间歇精馏塔[3]。
主要分离过程为:高沸物裂解产物由泵送入脱低塔,在该塔完成低沸点组分(包括三甲基氯硅烷及沸点比三甲基氯硅烷低的组分)与沸点较高的组分(包括一甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷及高沸物)的分离。
在该塔的进料口以上设置有两个侧线采出口,第一侧线采出口采出一甲含氢产品,其纯度在99%以上,第二侧线采出口采出粗三甲馏分,粗三甲馏分进入间歇精馏塔,回收少量的三甲基一氯硅烷。
脱低塔塔顶气相为以氯甲烷为主的轻组分,可以过进一步用冷冻盐水冷凝回收少量的四甲基硅烷、三氯氢硅和二甲基一氯氢硅。
沸点更低的氯甲烷排放进入吸收系统,脱低后的塔釜产品进入一甲塔。
一甲塔塔顶采出合格的一甲基三氯硅烷产品,其纯度大于99%,塔釜产物进入二甲塔。
二甲塔塔釜产品进入脱高塔,二甲塔塔顶产品返回一甲塔。
脱高塔主要完成二甲基二氯硅烷与高沸物的分离,塔顶采出合格的二甲基二氯硅烷产品,纯度在99%以上,塔釜为高沸物产品[4]。
均匀控制系统
位控制系统(只关心液位的
平稳,而不关注控制变量的
变化情况),而要求液位与 出料 同时“均匀”地变化。
一、 均匀控制问题的提出及概念
均匀控制(调节)系统是在连续生产过程中,各种设备前 后紧密联系着的情况下提出来。
这种生产过程的前一设备的出料往往是后一设备的进料, 而后者的出料又源源不断地输送给其他设备。生产工艺要 求上有一定的矛盾需要权衡,如分别独立设计多个简单的 单回路调节系统时,往往控制系统的工作相互之间存在矛 盾,不能满足要求。
为了将石油裂解气分离成甲烷、乙烷、丙烷、乙烯、丙烯 等,前后串联了八个塔,除了产品塔将产品送至储罐外, 其余各塔都是物料连续送往下一个塔进行再分离。为了保 证精馏塔生产过程稳定地进行,总是要求每个塔的塔底液 位稳定,不超过允许范围,同时进料量保持平稳。
如果以单回路的方式进行控制…
• 精馏塔I为了保证分馏过 程的正常进行,要求塔I的 LT1 液位稳定在一定的范围内, 这可通过设置一液位调节系 统,调节塔底的液体排出量 来达到。液位的平稳是靠排 LC1 出流量的剧烈变动维持的。 • 精馏塔II希望进料平稳, 所以设有流量调节系统。
LT1 LC1
调节器I用来反映液位的变化,其输出 作为给定值送进调节器II。
由流量测量、变送器、调节器II、调 节阀和管道组成的闭环系统,其功能 是使流量Q2既要跟随给定值变化,又 要克服扰动的作用。
+ Pd +
FT2 LT1
Q2 + +
Q1
FT2
FC2 V1
SVH
+ -
LC1
SVQ 2
+ -
FC2
(1) 简单均匀控制 一般采用P作用,有时也可采用PI控制规律。 (2)串级均匀控制
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 )]
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。
精馏塔均匀控制研究
1 导论本文主要是对精馏塔进出料进行控制,使得进料量与出料量达到平衡,以此来实现物料液位均衡状态,以避免物料过多溢出造成浪费,或者物料不足延误生产的问题,从而能够达到提高生产效率的目的。
因此,首先针对精馏塔原理、均匀控制的由来和目的做一简单的介绍和说明。
1.1 精馏塔控制系统介绍1.1 .1 精馏塔控制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。
有板式塔与填料塔两种主要类型。
根据操作方式又可分为连续精馏塔与间歇精馏塔。
蒸汽由塔底进入,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)组分不断地向蒸汽中转移,蒸汽中的难挥发(高沸点)组分不断地向下降液中转移,蒸汽愈接近塔顶,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,达到组分分离的目的。
由塔顶上升的蒸汽进入冷凝器,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,热蒸发后,蒸汽返回塔中,另一部分液体则作为釜残液取出。
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。
1.1.2控制要求及干扰因素为了保证精馏生产工序安全、高效持续进行,改造生产工艺提出如下控制要求:(1) 保证产品质量。
以塔顶产品的纯度作为质量参数进行控制,构建质量控制系统。
(2) 保证平稳生产。
首先要使精馏塔的进料参数保持稳定;其次为了维持塔的物料平衡,要控制塔顶和塔底产品采出量,使其和等于进料量;再次塔内的储液量应保持在限定的范围内;最后要控制塔内压力稳定。
(3) 满足约束条件。
系统必须满足一些参数的极限值所限定的约束条件,如塔内气体流速的上下限、塔内压力极限值等。
(4) 节能要求及经济性。
主要是再沸器的加热量和冷凝器的冷却能量消耗。
影响产品质量指标和平稳生产的主要干扰因素有: ①进料流量( F) 的波动;②进料成分( Z F) 的变化; ③进料温度( T F) 和进料热焓值( Q F) 的变化;④再沸器加热剂输入热量的变化; ⑤冷却剂在冷凝器内吸收热量的变化; ⑥环境温度的变化。
精馏塔的控制方案
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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人有了知识,就会具备各种分析能力, 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书,广泛阅读, 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍,我们能丰富知识, 培养逻辑思维能力; 通过阅读文学作品,我们能提高文学鉴赏水平, 培养文学情趣; 通过阅读报刊,我们能增长见识,扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操, 给我们巨大的精神力量, 鼓舞我们前进。
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。
保证质量指标 保证平稳操作 约束条件 节能要求和经济性 安全要求
为了保证精馏塔正常操作,塔底再沸器的液 位不能过低,塔顶回流液的量不能太小。
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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 (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。
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1 导论本文主要是对精馏塔进出料进行控制,使得进料量与出料量达到平衡,以此来实现物料液位均衡状态,以避免物料过多溢出造成浪费,或者物料不足延误生产的问题,从而能够达到提高生产效率的目的。
因此,首先针对精馏塔原理、均匀控制的由来和目的做一简单的介绍和说明。
1.1 精馏塔控制系统介绍1.1 .1 精馏塔控制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。
有板式塔与填料塔两种主要类型。
根据操作方式又可分为连续精馏塔与间歇精馏塔。
蒸汽由塔底进入,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)组分不断地向蒸汽中转移,蒸汽中的难挥发(高沸点)组分不断地向下降液中转移,蒸汽愈接近塔顶,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,达到组分分离的目的。
由塔顶上升的蒸汽进入冷凝器,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,热蒸发后,蒸汽返回塔中,另一部分液体则作为釜残液取出。
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。
1.1.2控制要求及干扰因素为了保证精馏生产工序安全、高效持续进行,改造生产工艺提出如下控制要求:(1) 保证产品质量。
以塔顶产品的纯度作为质量参数进行控制,构建质量控制系统。
(2) 保证平稳生产。
首先要使精馏塔的进料参数保持稳定;其次为了维持塔的物料平衡,要控制塔顶和塔底产品采出量,使其和等于进料量;再次塔内的储液量应保持在限定的范围内;最后要控制塔内压力稳定。
(3) 满足约束条件。
系统必须满足一些参数的极限值所限定的约束条件,如塔内气体流速的上下限、塔内压力极限值等。
(4) 节能要求及经济性。
主要是再沸器的加热量和冷凝器的冷却能量消耗。
影响产品质量指标和平稳生产的主要干扰因素有: ①进料流量( F) 的波动; ②进料成分( Z F) 的变化; ③进料温度( T F) 和进料热焓值( Q F) 的变化;④再沸器加热剂输入热量的变化; ⑤冷却剂在冷凝器内吸收热量的变化; ⑥环境温度均匀控制动态特性分析与仿真研究的变化。
1.2 均匀控制的由来均匀控制是指一种控制方案所起的作用而言,因为就方案的结构看,有时像一个简单液位(或压力)定值控制系统,有时又像一个液位与流量(或压力与流量)的串级控制系统。
所以要识别一些方案是否起均匀控制作用,或者在怎样的情况下应该设计均匀控制方案,从本质上去认识他们是非常重要的[1]。
石油化工生产过程是一个连续生产过程,随着生产的进一步强化,使得前后生产过程的关系更加紧密了,往往出现前一设备的出料直接作为后一设备的进料,而后者的出料又连续输送给其他设备作进料。
现以连续精馏的多塔分离过程为例,如图2.2-1所示。
图1-1 前后精馏塔的供求关系Fig 1-1 Before and after the distillation column of the relationship between supply and demand显然作为单个精馏塔,都希望自身操作平衡。
对甲塔来说,塔釜液位往往是一个重要参数,因为它与塔釜的传热和汽化有较大关系(釜内有溢流用的隔板者除外),影响分离效果,为此装有液位控制系统。
当液位由于某种干扰而变化时,液位控制器就通过改变出料量来维持液位稳定。
而甲塔出料的波动对乙塔来说是一个进料扰动,使乙塔的平衡操作受到破坏,这种影响一直会继续下去,以至整个多塔系统的操作不能稳定。
对乙塔来说,他从自身的平衡操作要求出发,希望进料稳定,会提出设置进料流量控制系统。
显然,这是与甲塔的液位控制系统的工作是相互矛盾的,以致两个系统都无法正常工作。
为解决这一矛盾,以往靠增加缓冲罐的办法来解决。
通过缓冲物料累积量的变化,以达到两塔操作平稳。
但这要增加设备投资和扩大装置占地面积,并且有些化工中间产品经缓冲罐后有可能产生其他化学反应,因此也不是一种理想的办法。
现在从控制方案上去寻找出路,这要着眼于物料平衡控制,让供求矛盾限制在一定条件下进行渐变,以满足前后两塔的不同要求。
对这个例子来说,就是要将前塔塔釜看成一个缓冲罐,利用控制系统充分发挥它的缓冲作用。
也就是说,在进料量(前塔)变化时,让塔釜液位在最大允许的限度内平缓变化,从而使输出流量的到平缓(平稳缓变)。
因为:出入Q Q dt dH A -= (1.1-1) 要起缓冲作用,就要借助于dt dH 的变化。
例如,入Q 变化2,可以调节使H 变化1,Q 出变化1,这样来发挥贮罐的缓冲作用。
由此可见,后塔的进料平缓变化是以前塔液位的波动为代价的。
这种能充分发挥贮罐缓冲作用的控制系统,被称为均匀控制。
因此,均匀控制不是指控制系统的结构,而是指控制目的而言。
是为了使前后设备(或容器)在物料供求上达到相互协调,统筹兼顾。
1.3 均匀控制的目的在连续生产过程中,生产设备是紧密联系在一起的,前一设备的出料往往是后一设备的进料,特别是石油化工生产过程中,前后塔器之间操作密切,互相关联,前一精馏塔的出料就是后面塔的进料,为了保证塔器的正常运行,要求进入塔的流量变化平缓,同时要求塔釜液位稳定。
如果对前面精馏塔采取液位控制,对后面塔采取流量控制,其调节参数都是塔底出料量,显然,这两个控制系统工作时是有矛盾的,因为当前面塔的液位由于干扰作用而升高时,液位调节器输出信号使调节阀开大,塔底出料量增大(即送入后面塔的进料量增大)。
为了保持后面塔进料量的稳定,流量调节器输出信号使流量调节阀关小,这样串联在同一管道上的前后两个流量调节阀动作方向相反,发生矛盾。
因此这种不协调的控制方案是不可取的。
为了解决前后两塔供求之间的矛盾,可在两塔之间设置一个中间贮槽,这样既满足了前面塔液位调节的要求,又缓冲了后面塔进料量的波动,但增加了设备和投资,而且遇有化合物易于分解或聚合时,不宜在贮槽内贮存时间过长,于是企图设法采用自动调节来模拟中间贮槽的缓冲作用,力图使液位和流量能均匀地变化,组成所谓均匀控制系统。
由此可知均匀控制是指控制目的,而不是指控制系统的结构。
均匀控制系统的过渡过程控制质量指标要求服从于控制目的,塔釜液位和塔底出料量之间的动态联系密切,往往两个参数的调节质量都要照顾,只要两个参数在某一范围内作缓慢变化,前后工序维持正常就达到了目的[2]。
均匀控制动态特性分析与仿真研究2.均匀控制的动态特性分析2.1 均匀控制的特点⑴表征前后供求矛盾的两个变量都应该是变化的,且变化缓慢。
图2-1所示是反映液位与流量的几种不同变化情况。
①是单纯的液位定值控制;②是单纯的流量定值控制;③是实现均匀控制以后,液位与流量都渐变的波动情况,但波动比较缓慢。
那种试图把液位和流量都调整成直线的想法是不可能实现的。
(a)只有液位控制(b)只有流量控制(c)均匀控制图2-1 前一设备的液位与后一设备的进料量关系1——液位变化曲线;2——流量变化曲线Fig 2-1 Feed rate relationship of the device level and the latter device1——Level change curve; 2——Flow curve⑵前后互相联系又互相矛盾的两个变量应保持在所允许的范围内。
均匀控制要求在最大干扰作用下,液位在贮罐的上下限内波动,而流量应在一定范围内平稳渐变,避免对后工序产生较大的干扰。
2.2 均匀控制方案的分析2.2.1 简单均匀控制图2-2所示为精馏塔塔底液位与出料流量的均匀控制系统。
从方案外表上看,它像一个单回路液位定值控制系统,并且确实常被误解。
所不同的主要在于控制器的控制规律选择及参数整定问题上。
在所有均匀控制系统中都不需要,也不应该加正微分作用,恰恰相反有时需要加反微分作用,一般采用纯比例控制,有时可用比例积分控制作用。
而且在参数整定上,一般比例度要大于100%,且积分时间也要放的相当大,这样才能满足均匀控制要求。
图2-2 简单均匀控制方案Fig 2-2 Simple and uniform control program图2-2方案结构简单,但他对于克服阀前后压力变化的影响及液位贮罐自衡作用的影响效果较差。
简单均匀控制系统适用于:进料量为主干扰,流量波动大,自衡能力弱的对象。
(自衡能力弱指:当流量变化很激烈,而液位变化很小)2.2.2 串级均匀控制图2-3所示是蒸馏塔塔底液位与采出流量的串级均匀控制,从外貌看与典型的串级控制系统完全一样,但他的目的是实现均匀控制,增加一个副环流量控制系统的目的是为了消除阀前后压力干扰及自衡作用对流量的影响。
因此副环与串级控制中的副环一样,副控制器参数整定的要求与前面所讨论的串级控制对副环的要求相同。
而主控制器(即液位控制器)则与简单均匀控制的情况作相同处理。
图2-3串级均匀控制系统Fig 2-3 Cascade control system需要指出,在有些容器里,液位是通过进料阀来控制的,用液位调节器对进料的流量作调节同样可以设计均匀控制系统[3]。
还需要指出,当物料为气体时,前后设备间物料的均匀控制不是液位和流量之间的均匀,是指前设备的气体压力与后设备的进气流量之间的协调。
例如,脱乙烷塔塔顶分力气内压力是用来稳定精馏塔压力的,而从分离器出来的气体是加氢反应器的进料,两者都要求平稳,因此设计了如图2-4所示的压力与流量串级均匀控制系统。
均匀控制动态特性分析与仿真研究这种气相物料的压力与流量的均匀控制和液相物料的液位与流量均匀控制是极为相似的,但需要注意的是压力对象比液位对象的自衡作用要强得多,故一般采用简单均匀控制方案不易满足要求,而往往采用如图2-4所示的串级均匀控制方案。
图2-4分离器压力与出口气体流量串级均匀控制系统Fig 2-4 Separator pressure and outlet gas flow cascade control system串级均匀控制系统所用的仪表较多,适用与控制阀前后压力干扰和自衡作用较显著而且对流量的平稳要求又高的场合[4]。
2.2.3 双冲量均匀控制双冲量均匀控制是以液位和流量两信号之差(或和)为被控变量来达到均匀控制目的的系统。
图2-5就是双冲量均匀控制的一个实例。
它以塔底液位与采出流量两个信号之差(若流量为进料时,则取两信号之和)为被控变量,通过控制,使两者都能按均匀控制的要求变化。
其控制过程大体上可这样来描述:在稳定状态下,加法器的输出为S Q L p p p p +-=0 (2.2-1) 式中:S Q L p p p p ,,,0分别表示加法器输出、液位测量信号、流量测量信号和偏置信号。