第八章 典型工业过程控制解剖

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工艺简介
精馏过程---将组分复杂的混合物
通过传热、传质分离成纯度相对
较高的单一化工产品的过程
F，zf
原理-----利用混合物中各组分相对挥 进料
发度不同，在一定的温度、压力下
通过蒸发与冷凝，使液相中的轻组 蒸汽
分和气相中的重组分互相转移，从
而实现分离。
L
回流
冷剂
D，xD 馏出液
v
B，xB
釜液
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过程控制及仪表
第八章 典型工业过程控制
第八章 典型工业过程控制 ❖学习目标
熟悉精馏过程控制系统
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了解DCS控制系统基本概念
熟练掌握球磨机控制一般方法
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本章内容
❖8.1 精馏过程控制系统 ❖8.2 水泥生产过程自动控制系统 ❖8.3 磨机的控制
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8.1 精馏过程控制系统
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8.1 精馏过程控制系统
根据精馏段质量指标控制馏出液 流量，保持再沸器加热量恒定
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D TC
LC L
FC F FC
B
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❖ 根据精馏段质量指标控制馏出液流量，保持再沸 器加热量恒定
❖ 为这种控制方案，此方案的优点是：塔内回 流基本不变，有利于精馏塔的平稳操作，若采用 有积分作用的控制，当塔顶产品质量不合格时， 塔顶馏出液会自动停止馏出，进行全回流，保证 产品合格；缺点是：控制回路滞后大，反应慢。 此方案适用于回流比较大的场合。
F，zf 进料
蒸汽
L
回流
冷剂
D，xD 馏出液
v
B，xB
釜液
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8.1 精馏过程控制系统
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精馏过程的控制要求
精馏过程控制的目标是：在保证安全的前提下，满足工艺 提出的质量指标，并尽可能降低原材料和能源消耗，提高 效率，保证生产安全、平稳运行。
产品质量要求
约束条件要求
平稳运行要求
节能要求
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L TC
D LC
FC F FC
基本控制方案 按精馏段指标的控制方案
根据精馏段质量指标控制回流量， 保持再沸器加热量恒定
塔顶馏出液为主要产品， 或塔的进料全部为气相 此时进料量、成分和温度 的波动对精馏段影响较大
B LC
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❖ 根据精馏段质量指标控制回流量，保持再沸器加 热量恒定
❖ 这种控制方案优点是：控制回路滞后小，反应迅速， 利于克服进入精馏段的扰动，保证塔顶产品质量，是精馏 过程控制中最为常见的控制方案；缺点是：以回流量作为 操纵变量，对精馏塔的平稳操作有影响。所以在调节参数 整定时，采用PI控制，不必加入微分控制。此方案适用于 回流比小于0.8和某些需要减小滞后的场合。
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❖约束条件要求
❖
常用的精馏塔约束条件有：液泛限、漏液限、压力
限和临界温差限。液泛限和漏液限最大和最小气相速度限，
当塔内气相速度过高时，将可能导致下层塔板的液相倒流
到上层塔，产生液泛现象，影响正常操作；当塔内气相速
度过低时，将产生塔板漏液，使得传热传质效率下降。压
力限是塔的操作压力限制，一般是最大压力限，因为塔内
❖
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❖ 板式塔精馏装置的工艺过程为： 原料液加入精馏塔中部的某一 层塔板，该层塔板称为加料板。 加料板将分成两部分：上部进 行着蒸汽中易挥发组分的增浓， 称为精馏段；下部（包括加料 板）进行着液体中难挥发组分 的提浓，称为提馏段。提馏段 底部液体一部分被不断排出， 作为塔底产品收集，一部分经 再沸器加热汽化后重新送入塔 中。塔顶蒸汽经冷凝器冷凝后， 一部分作为塔顶产品排出，一 部分回流入塔。显然，精馏塔 的作用是使塔中上升汽流与下 降液流充分逆流接触，并多次 进行热量和质量交换，最终在 塔顶和塔底得到组分浓度符合 质量要求的合格产品。
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❖ 精馏过程广泛应用于石油加工、化工、精细化工 和轻工生产过程中。随着工业生产的不断发展， 对产品质量的要求越来越高，对精馏过程而言就 是对产品的纯度要求不断提高，这就对控制精度 提出了更高的要求，由于精馏过程为多输入、多 输出对象，被控参数之间有着比较复杂的关联关 系，需要从系统工程的角度相互协调，统一考虑， 因此控制系统较为复杂。由于精馏过程的自动控 制极为重要且有一定难度，国内外许多专家都在 从事这方面的研究。
压力不能过大，否则会影响塔内的汽液平衡，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的温
差，当这一温差低于临界温差时，给热系数急剧下降，不
能保证塔的正常传热需要。
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❖节能要求
❖ 节能的主要要求是再沸器的加热量和冷凝器的冷 却量消耗应符合一定的要求。
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8.1 精馏过程控制系统
❖产品质量要求
❖ 塔顶或塔底产品之一应保证达到质量指 标规定的纯度要求，另一产品纯度应稳定 在规定的范围内；或者塔顶、塔底产品均 保证一定的纯度。对于二元组分精馏过程 的质量通常用塔顶的轻组分产品和塔底重 组分产品纯度进行控制。
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平稳运行要求
为保证精馏过程的平稳运行，应当保持精馏 过程的总产品输出量（塔顶馏出液和塔底 釜液的总采出量）与进料量平衡，即保证物料 平衡；同时应当保证精馏过程输入输出总 能量的平衡，即保证能量平衡，使塔内的操作 压力保持稳定。
（DCS），实现分散控制和集中管理的功能。
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8.2 水泥生产过程自动控制系统
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8.1 精馏过程控制系统
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FC L
按提馏段指标的控制方案
根据提馏段质量指标控制加热量，保持回流量恒定 当塔底产品为主要产品 或进料为液相时，常采 用此类控制方案。 此时进料量、成分和温 度的波动对精馏段影响 较大。
Baidu NhomakorabeaD TC
TC F FC
B LC
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❖ 根据提馏段质量指标控制加热量，保持回流量恒 定
❖ 这种控制方案的优点是：滞后小，反应迅速， 有利于克服进入提留段的扰动，保证塔底产品质 量，应用广泛。缺点是：物料平衡与能量平衡之 间有一定关联。该方案由于回流量恒定，故应保 证回流量足够大，以便当塔的负荷最大时保证产 品质量。
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8.2 水泥生产过程自动控制系统
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水泥生产过程自动化为企业带来的诸多好处以被 企业的管理者广泛认同。但为了降低投资，企业一般都 不选用从国外引进的传统性DCS系统，尤其在中小型水 泥厂大多采用由原装的可编程序控制器（PLC）作为现 场控制站（下位机），用通用工控机作操做站（上位 机），配以标准的控制网络组态而成的分布式控制系统