精馏塔精馏段温度比值控制方案设计

目录

1. 精馏塔控制系统介绍 (1)

1.1精馏塔原理 (1)

2. 精馏塔精馏段控制分析 (2)

2.1精馏塔精馏段的控制要求 (2)

2.2精馏塔精馏段的扰动分析 (3)

2.3精馏塔被控变量的选择 (6)

3. 比值控制系统 (7)

3.1 比值控制系统简介 (7)

3.2 比值控制系统的设计 (7)

4. 精馏塔精馏段温度比值控制系统设计 (9)

4.1精馏塔精馏段比值控制系统参数的选择 (9)

4.2控制参数的确定 (9)

4.3现场仪表选型，编制有关仪表信息的设计文件 (9)

4.4系统方块图 (10)

5. 分析被控对象特性，选择控制算法（调节器控制规律的确定） (11)

5.1比值系数的确定 (11)

6. 精馏塔精馏段温度控制分析 (12)

7. 系统仿真与参数整定 (14)

7.1 控制系统的Simulink仿真框图 (14)

7.2 PID参数整定 (14)

8. 课程设计总结 (18)

9. 参考文献 (19)

1.精馏塔控制系统介绍

1.1精馏塔原理

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。有板式塔和填料塔两种主要类型。根据操作方式又可分为连续精馏塔和间歇精馏塔。

蒸汽由塔底进入，与下降液进行逆流接触，两相接触中，下降液中的易挥发组分不断地向蒸汽中转移，蒸汽中的难会发组分不断地向下降液中转移，蒸汽越接近塔顶，其易挥发组分浓度越高，而下降液越接近塔底，其难挥发组分则越富集，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，利用其中各组分挥发度不同的特性，实现分离目的的单元操作。蒸馏按照其操作方式可分为：简单蒸馏，闪蒸，精馏，特殊精馏等。

1.2精馏装置的作用

（1）精馏段的作用

加料版以上的塔段为精馏段，其作用是逐板增加上升气相中的易挥发组分的浓度。

（2）提馏段的作用

包括加料版在内的以下塔板为提馏段，其作用是逐板提取下降的液相中易挥发组分。

（3）塔板的作用

塔板是供气液两相进行传质和传热的场所。每一块塔板上气液两相进行双向传质，只要有足够的塔板数，就可以将混合液分离成两个较纯净的组分。

（4）再沸器的作用

其作用是提供一定流量的上升蒸气流。

（5）冷凝器的作用

其作用是提供塔顶液相产品并保证有适当的液相回流。回流主要补充塔板上易挥发组分的浓度，是精馏连续定态进行的必要条件。精馏是一种利用回流使混合液得到高纯度分离的蒸馏方法。

2.精馏塔精馏段控制分析

2.1精馏塔精馏段的控制要求

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

塔顶产品合乎规定的纯度，塔底成品维持在规定的范围内。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（或重组分）含量和塔底产品中重组分（轻组分）含分，塔顶产品的关键组分是易挥发的，称为轻关键组分，塔底产品是不易挥发的关键组分，称为重关键组分。

（2）物料平衡控制

进出物料平衡，即塔顶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回流罐与介于规定的上、下限之间为目标的。

（3）能量平衡控制

精馏塔精馏段的输入、输出能量应平衡，使塔内的操作压力维持稳定。

（4）约束条件控制

为保证精馏塔的正常、安全操作，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。所谓液泛限，也称气相速度限，即塔内气相速度过高时，雾沫夹带十分严重，实际上液相将从下面塔板倒流到上面塔板，产生液泛，破坏正常操作。漏液限也称最小气相速度限，当气相速度小于某一值时，将产生塔板漏液，板效率下降。防止液泛和漏液，可以塔压降和压差来监视气相速度。压力限是指塔的操作压力的限制，一般是最大操作压力限，即塔操作压力不能过大，否则会影响塔内的气液平衡，严重越限甚至会影响安全生产。临界温差限主要是指再沸器两侧间的温差，当这一温差低于临界温差时，给热系数急剧下降，传热量也随之下降，不能保证塔的正常传热的需要。

2.2精馏塔精馏段的扰动分析

精馏塔精馏段的操作就是按照塔顶产品的组成要求来对这几个影响因素进行调节。精馏操作过程的影响因素有以下几方面：1.塔的温度和压力；2.进料量；

3.进料组分；

4.进料温度；

5.回流量；

6.塔顶冷剂量；

7.塔顶采出量等.在精馏塔精馏段操作过程中要克服各种影响因素的变化，防止对塔顶产品的数量和组成的影响。

（1）精馏塔操作压力的变化对精馏塔精馏段操作的影响

塔的设计和操作都是基于一定的塔压下进行的，因此一般精馏塔总是首先要保持压力的恒定。塔压波动对塔的操作将产生如下的影响。

①影响产品质量和物料平衡

改变操作压力，将使每块塔板上汽液平衡的组成发生改变。压力升高，则气相中重组分减少，相应地提高了气相中轻组分的浓度；液相中轻组分含量较前增加，同时也改变了气液相的重量比，使液相量增加，气相量减少。总的结果是：塔顶馏分中轻组分浓度增加，但数量却相对减少；釜液中的轻组分浓度增加，釜液量增加。同理，压力降低，塔顶馏分的数量增加，轻组分浓度降低；釜液量减少，轻组分浓度减少。正常操作中，应保持恒定的压力，但若因操作不正常，引起塔顶产品中重组分浓度增加时，则可采用适当提高压力的办法，使产品质量合格，但此时釜液中的轻组分损失增加。

②改变组份间的相对挥发度

压力增加，组份间的相对挥发度降低，分离效率下降，反之，组份间的相对挥发度增加，分离效率提高。

③改变塔的生产能力

压力增加，组份的重度增大，塔的处理能力增大。

④塔压的波动

这将引起温度和组成间对应关系的混乱。我们在操作中经常以温度作为衡量产品质量的间接标准，但这只有在塔压恒定的前提下才是正确的。当塔压改变时，混合物的泡点、露点发生变化，引起全塔的温度发生改变，温度和产品质量的对应关系也将发生改变。从以上分析可看出，改变操作压力，将改变整个塔的操作情况，因此在正常操作中应维持恒定的压力（工艺指标），只有在塔的正常