精馏塔提馏段的温度控制系统知识分享
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。
精馏塔塔釜温度控制系统
摘要在石油、轻工、化工等生产过程中，常常需要将原料、中间产物或粗产品中的组成部分进行分离，而精馏是最常用的方法。
精馏是石油、化工等众多生产过程中广泛应用的传质过程，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。
精馏塔是一个多输入多输出的多变量过程，内在机理较为复杂、动态响应迟缓、变量之间相互关联，不同的塔结构差别很大，而工艺对控制的要求又较高，所以确定精馏塔的控制方案是一个极为重要的课题。
我们此次设计就是要设计一个精馏塔温度的控制系统。
要求当物料进入精馏塔时，塔釜的温度可控并且温度恒定，保证生产的连续性。
关键词：精馏、多输入多输出、动态响应。
第1章绪论精馏塔是化工生产中分离互溶液体混合物的典型分离设备。
它是依据精馏原理对液体进行分离，即在一定压力下，利用互溶液体混合物各组分的沸点或饱和蒸汽压不同，使轻组份（即沸点较低或饱和蒸汽压较高的组分）汽化。
经多次部分液相汽化和部分气相冷凝，使气相中的轻组分和液相中的重组分浓度逐渐升高，也就是说在提馏段上升的轻组分的易挥发组分逐渐增多，难挥发组分逐渐减少，而下降液相中易挥发组分逐渐减少，难挥发组分逐渐增多，从而实现分离的目的，满足化工连续化生产的需要。
精馏塔塔釜温度控制的稳定与否直接决定了精馏塔的分离质量和分离效果，控制精馏塔的塔釜温度是保证产品高效分离，进一步得到高纯度产品的重要手段。
维持正常的塔釜温度，可以避免轻约分流失，提高物料的回收率；也可减少残余物料的污染作用。
影响精馏塔温度不稳定的因素主要是来自外界来的干扰（如进料流量，温度及成分等的变化对温度的影响）。
一般情况下精馏塔塔釜的温度，我们是通过控制精馏塔釜内灵敏板的温度来控制的。
灵敏板是当外界条件或负荷改变时精馏塔内温度变化最灵敏的一块塔板。
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。
精馏塔的温度控制
辽宁工业大学过程控制系统课程设计（论文）题目：精馏塔温度控制系统设计院（系）：专业班级：学号：学生姓名：指导教师：（签字）起止时间：摘要随着石油化工的迅速发展，精馏操作的应用越来越广，分流物料的组分越来越多，分离的产品纯度越来越高。
采用提馏段温度作为间接质量指标，它能够较直接地反映提馏段产品的情况。
将提馏段温度恒定后，就能较好地确保塔底产品的质量达到规定值。
所以，在以塔底采出为主要产品、对塔釜成分要求比对馏出液高时，常采用提馏段温度控制方案。
由于精馏塔操作受物料平衡和能量平衡的制约，鉴于单回路控制系统无法满足精馏塔这一复杂的、综合性的控制要求，设计了基于串级控制的精馏塔提馏段温度控制系统。
影响物料平衡因素包括进料量和进料成分变化，顶部馏出物及底部出料变化；影响能量平衡因素主要包括进料温度或热焓变化，再沸器加热量和冷凝器冷却量变化，及塔的环境温度变化。
采用串级控制系统能有效地去除蒸汽压强的波动对温度的影响。
使用超驰控制系统控制釜液输出端，在塔釜温度较低时，塔底不出料只有当温度达到低线以上，液位控制器取代温度控制器以后，才有出料排出。
关键词：提馏段;温度;串级控制;超驰控制目录第1章绪论 .................................................................................... 错误!未定义书签。
第2章课程设计的方案 ................................................................ 错误!未定义书签。
概述......................................................................................... 错误!未定义书签。
物料平衡关系 ................................................................. 错误!未定义书签。
常用串级和分程控制(介绍)
概述
解决办法：再加入一个蒸汽流量控制系统，可控制 流量稳定。
FC
TC
问题：两套控制系统不能协调，甚至出现矛盾
温度控制系统要求增加或减小蒸汽流量，而流量控制 系统却只能根据事先的流量设定值进行定值控制。
概述
串级控制系统：两套控制系统的协调控制
FC
TC
特点：两个控制器，一个调节阀
- PID正反作用确定 . 先确定副控制器 调节阀选为气开型(故障关FC),特性为正作用; 流
量偏大时,阀门流通量应少, 对象特性为反作用; 所以 PID控制器应选正作用;
调节阀选为气关型(故障关FO),特性为反作用, PID控制器应选反作用;
串级控制系统
. 再确定主控制器 主控制器PID特性,不再需要考虑阀门特性和
一个控制器（主控制器）的输出送到另一个控制器 （副控制器）的给定，副控制器的输出送到控制阀ຫໍສະໝຸດ 述温度控制器流量控制器
控制阀
流量变送器
温度变送器
流量对象
温度对象
特点：两个闭环环路，内环和外环 内环：副环，副控制器、副对象、副变送器 （流量） 外环：主环，主控制器、主对象、主变送器 （温度）
概述
主环，定值控制系统，给定值由工艺设定，主控制
例：精馏塔提馏段温度控制系统 1）副环干扰 2）主环干扰
串级控制系统的特点
串级系统具有一定的自适应能力
自适应问题：控制器的参数往往是根据一定的控制对象设置的， 当控制对象特性发生变化时（非线性特性，操作条件变化、负 荷变化），原来好的控制器参数就变得不好了（不适应了） 串级系统中，副控制系统是随动系统，主控制器可根据操作条 件的变化，不断修改副控制器的给定值——自适应能力 “能力有限”，自适应控制（现代控制技术）
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。
江南大学过控常考题总结
知识点：1.过程控制系统的重要术语被控变量/受控变量/过程变量（Controlled Variable - CV, Process Variable - PV ） 设定值/给定值(Setpoint - SP , Setpoint Value - SV ) 操纵变量/操作变量(Manipulated Variable, MV) 扰动/扰动变量 (Disturbance Variable, DV)对控制器而言，测量/测量信号(Measurement ) ，控制/控制信号/控制变量（Control Variable ） 2.被控对象动态建模方法⏹ 机理建模 原理：根据过程的工艺机理，写出各种有关的平衡方程，如物料平衡、能量平衡等，以及反映流体流动、传热、传质等基本规律的运动方程，由此获得被控对象的动态数学模型。
特点：概念明确、适用范围宽，要求对该过程机理明了。
⏹ 测试建模原理：对过程的输入（包括控制变量与扰动变量）施加一定形式的激励信号，如阶跃、脉冲信号等，同时记录相关的输入输出数据，再对这些数据进行处理，由此获得对象的动态模型。
特点：无需深入了解过程机理，但适用范围小，模型准确性有限。
3.气开阀与气关阀的选择原则若无气源时，希望阀全关，则应选择气开阀，如加热炉瓦斯气调节阀；若无气源时，希望阀全开，则应选择气关阀，如加热炉进风蝶阀。
练习题：1.对于如图所示的压力控制系统，假设贮罐温度不变，主要干扰为P 1、P 2。
试指出该系统中的被控变量、操纵变量、扰动变量与被控对象，并画出该系统的方块图。
答案：被控对象：压力罐。
被控变量：储罐内的压力。
操纵变量：进料流量。
扰动变量：进料压力，出料流量，等。
P sp2.(1) 列写过程微分方程组； (2) 画出方框图；(3) 求传递函数)()()(12s Q s H s G p =答案：物料平衡方程:31222122111,Q Q dtdh C Q Q Q dt dh C -=--=122112323212,,R h h Q R h Q R h Q -===将流量方程代入物料平衡方程,即得到过程状态方程()())()(1)(,)()()(1)(31222122111s Q s Q sC s H s Qs Q s Q s C s H -=--=122112323212)()()(,)()(,)()(R s H s H s Q R s H s Q R s H s Q -===由以上传递函数方程,可画出相应的方框图.利用方框图等效变换;直接用传递函数计算公式;通过求解传递函数方程组.()()()()()32122312121223213222132123212R R R S C R R C R R C R R C R R SC C R R R R R s Q s H s W o +++++++==3.对于如图所示的加热炉温度控制系统，试 (1)指出该系统中的被控变量、操纵变量、扰动变量与控制目标;(2)画出该系统的方块图；(3)选择控制阀的“气开-气关”形式;(4)指出该控制系统的“广义对象”及物理意义。
精馏塔自动控制
精馏塔自动控制作者：张良来源：《现代装饰·理论》2013年第01期摘要：在化工领域里，精馏塔是一种常见的用来分离提纯相关组分的设备，随着科技的不断进步以及质量体系促使的工艺技术日益严格精细化，传统的操作方式已经变得越来越无法满足现今行业要求的高效率与高质量。
而计算机技术的应用使得精馏塔的控制实现自动化，促进了工艺的优化。
关键字：精馏塔；控制；自动化精馏分离的工序里，蒸汽向上流动以及液体的不断回流下降使得相应的精馏塔中物质以及热量实现转移互换。
实际操作里，一般将塔底的再沸器里的液相导走。
精馏塔顶部的蒸汽进入冷凝体系后继续回流，此部分一方面先把部分回流收集的体系通过动力重新转移到塔的顶端，然后另一部分的体系被视为馏分通过冷凝体系导走。
纵观化工工艺过程，整个冷凝体系的温度控制很难实现精细化。
这会造成部分物质以及杂质表现出来的物化性质难以区分。
即需要体系中不可避免的混入了其他杂质的，无疑整个精馏分离过程的目的大打折扣。
针对这种情况，实际生产中往往采取提升系统温度的办法来解决，但另一方面温度越高时则一些有用物质会呈现难以完全冷凝回流的状况，进而分离效果的产量下降。
一研究开发及应用为解决上述缺陷，实现精细有效化的对体系温度的掌控，采用计算机来实现的自动化温度控制系统，经过相应的改装调试后运用到精馏分离的过程中。
在化工行业的日常生产中，精馏是一个相当常见的工艺步骤。
理论基础各物质恒常的沸点差异化可以加以利用温度来实现高效率的分离，本质上整个微观化的过程相当繁琐，主要用到的装置为精馏塔。
在实际生产的实施过程，可变因子以及影响因子都客观存在。
而且需要操作控制的变量亦多，各种变量的相互组合都可能导致偏离所需要目标的结果，因此精细准确的自动化系统条件控制无论是在工艺效率实现还是整个的质量体系都扮演相当重要的角色。
精馏塔顶部的冷凝体系温度由温控制系统监测，体系里安装有灵敏的温度传感器，随着精馏塔顶端组分的变化而改变。
精馏塔提馏段温度控制系统.doc
University of South China过程控制仪表课程设计设计题目：精馏塔提馏段温度控制系统**：***班级：自动化073班学号：***********指导教师：高飞燕唐耀庚2 0 1 0年12 月31日1、系统简介精馏操作是炼油、化工生产过程中的一个十分重要的环节。
精馏塔的控制直接影响到工厂的产品的质量、产量和能量的消耗，因此精馏塔的自动控制长期以来一直受到人们的高度重视。
精馏塔是一个多输入多输出的对象，它由很多级塔板组成，内在机理复杂，对控制要求又大多较高。
这些都给自动控制带来一定的困难。
同时各塔工艺结构特点有千差万别，这需要深入分析特性，结合具体塔的特点，进行自动控制方案设计和研究。
精馏塔的控制最终目标是：在保证产品质量的前提下，使回收率最高，能耗最小，或使总收益最大。
在这个情况为了更好实现精馏的目标就有了提馏段温度控制系统的产生。
按提馏段指标的控制方案：当塔釜液为主要产品时，常常按提馏段指标控制。
如果是液相进料，也常采用这类方案。
这是因为在液位相进料时，进料量的变化，首先影响到塔底产品浓度，塔顶或精馏段塔板上的温度不能很好地反映浓度的变化，所以采用提馏段控制温度比较及时。
另外如果对釜底出料的成分要求高于塔顶出料，塔顶或精馏段板上温度不能很好反映组分变化和实际操作回流比大于几倍最小回流比时，可采用提馏段控制。
提馏段温度是衡量质量指标的间接指标，而以改变再沸器加热量作为控手段的方案，就是提馏段温控。
2、设计方案及仪表选型2.1控制方案的确定图2-1是精馏塔底部示意图，在再沸器中，用蒸汽加热塔釜液产生蒸汽，然后在塔釜中与下降物料进行传热传质。
为了保证生产过程顺利进行，需要把提馏段温度θ。
保持恒定。
为此在蒸汽管路上装上一个调节阀，用它来控制加热蒸汽流量。
从调节阀的做到温度θ发生变化，需要相继通过很多热容积。
实践证明，加热蒸汽压力的波动对θ的影响很大。
此外，还有来自液相加料方面的各种干扰，包括它的流量、温度和组分等，它们通过提馏段的传质过程，以及再沸器中传热条件（塔釜温度、再沸器液面等），最后也影响到温度θ。
精馏塔控制系统
第6章精馏塔控制系统6、1 概述精馏就是化工、石油化工、炼油生产过程中应用极为广泛得传质传热过程。
精馏得目得就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得纯度要求、精馏过程得实质就是利用混合物中各组分具有不同得挥发度,即同一温度下各组分得蒸汽分压不同,使液相中轻组分转移到气相,气相中得重组分转移到液相,实现组分得分离、轻组分得转移提供能量;冷凝器将塔顶来得上升蒸汽冷凝为液相,并提供精馏所需得回流。
精馏过程就是一个复杂得传质传热过程、表现为:过程变量多,被控变量多,可操纵得变量也多;过程动态与机理复杂、因此,熟悉工艺过程与内在特性,对控制系统得设计十分重要。
６。
1.1 精馏塔得控制要求精馏塔得控制目标就是:在保证产品质量合格得前提下,使塔得回收率最高、能耗最低,即使总收益最大,成本最小。
精馏过程就是在一定约束条件下进行得、因此,精馏塔得控制要求可从质量指标、产品产量、能量消耗与约束条件四方面考虑。
1．质量指标精馏塔得质量指标就是指塔顶或塔底产品得纯度、通常,满足一端得产品质量,即塔顶或塔底产品之一达到规定纯度,而另一端产品得纯度维持在规定范围内、所谓产品得纯度,就二元精馏来说,其质量指标就是指塔顶产品中轻组分含量与塔底产品中重组分含量。
对于多元精馏而言,则以关键组分得含量来表示、关键组分就是指对产品质量影响较大得组分,塔顶产品得关键组分就是易挥发得,称为轻关键组分;塔底产品得关键组分就是不易挥发得,称为重关键组分、产品组分含量并非越纯越好,原因就是,纯度越高,对控制系统得偏离度要求就越高,操作成本得提高与产品得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、塔底采出量应与进料量相平衡,维持塔得正常平稳操作,以及上下工序得协调工作、物料平衡得控制就是以冷凝罐(回流罐)与塔釜液位一定(介于规定得上、下限之间)为目标得、3.能量平衡与经济平衡性指标要保证精馏塔产品质量、产品产量得同时,考虑降低能量得消耗,使能量平衡,实现较好得经济性。
精馏塔的安全运行分析——精馏塔的温度控制
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。
精馏塔的基本控制方案解析
缺点：环境温度改变时，内回流变化，且物料与能量之间关联较大
适用场合：回流比<0.8，需要减少滞后的塔
炼油厂中的常压塔和减压塔都是只有 精馏段的塔是按精馏段指标控制的例子。 特点是都有侧线产品，并在每一侧线有汽 提装置（吹送蒸汽进行蒸汽蒸馏，把较轻 的组分蒸向上面的塔板）。进料是来自加 热炉的两相汇合物，其温度和流量都预先 控制。常用控制方案是按塔顶温度控制回 流量，并保持各侧线流量恒定。
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。
常用的控制方案有两类：
2024/7/18
4
1、间接物料平衡控制 按精馏段指标来控制回流量——最常用 由于回流量LR变化后再影响到馏出液D——间接物料平衡控制 保持加热蒸汽的流量恒定 优点：控制作用滞后小，反应迅速；有利于克服进入精馏段的扰动；
2024/7/18
LT LC 101 101
D
TC 101
使用场合：溜出液D很小，或回流比 较大，回流罐容积适当
B
7
5.3.3按提馏段指标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 ⑷ 实际操作回流比较最小回流比大好多倍。
优点：物料平衡与能量平衡之间关联最小，当B少时，较平稳；当B不 符合质量要求时，会自行暂停出料。
缺点：滞后较大，液位控制回路存在反向特性
实用场合：B少，且B<20%VS的塔
FC 102 FT 102
F
LT 101 LC 101
LR
常用串级和分程控制(的介绍)
PC
TC
串级控制系统的实施
副控制器： 控制阀选“气开”式——正 副对象，压力对象，阀门开大，负，反作用 压力上升——正 变送器一般均为正
主控制器： 副环——正 主对象，温度对象， 燃料压力增大时，燃料量增加，负，反作用 出口温度上升——正
串级控制系统的实施
例2
精馏塔提馏段温度与再沸器加热蒸汽流量串级控制系统
（3）安全生产的防护措施
放空 B
A
氮
PC
B
A
图7-6 油品储罐氮封分程控制
加氮阀A、放空阀B，控制两个阀，共同保持储罐氮封压力 为了防止在分程点两个阀频繁动作，可以设置一个死区
知识回顾 Knowledge Review
50%
0% 4
A 气开 B 气关
100% 50%
A 气关
B 气开
0%
12
20
4
12
20
分程控制系统 概述
一个控制器控制几个控制阀——输出信号分段“分程控制” 如，控制两个阀A、B A阀控制信号:0.02~0.06Mpa B阀控制信号:0.06~0.1Mpa
控制器输出在0.06Mpa以下，只有阀A动作，在0.06Mpa 以上，只有阀B动作
结果：温度控制不稳定
概述
解决办法：再加入一个蒸汽流量控制系统，可控制 流量稳定。
FC
TC
问题：两套控制系统不能协调，甚至出现矛盾
温度控制系统要求增加或减小蒸汽流量，而流量控制 系统却只能根据事先的流量设定值进行定值控制。
概述
串级控制系统：两套控制系统的协调控制
FC
TC
特点：两个控制器，一个调节阀
→提馏段温度缓慢上升→（温度控制器正偏差，温 度控制器输出减小，输出到流量控制器的设定值减小） →流量控制器设定值减小，流量控制阀开度进一步减 小。
精馏塔提馏段的温度控制设计
、成绩过程控制仪表课程设计设计题目精馏塔提馏段的温度控制系统学生姓名 XX ,专业班级自动化X X X X班学号 XXXXXXXXXXX指导老师 XXX2019年XX月XX日{《过程控制仪表》课程设计评分标准表姓名：XX 学号：XXXXXXXXX课程设计的最终成绩采取“优秀”、“良好”、“中等”、“及格”和“不及格”五级记分。
100-90分（优秀）、89-80（良好）、79-70（中等）、69-60（及格）、低于60（不及格）《过程控制仪表课程设计》任务书目录1.设计任务与要求 (1)设计任务 (1)设计要求 (1)2.系统简介 (1)3.设计方案及仪表选型 (2)控制方案的确定 (2)系统原理及方框图 (3)仪表选型 (4)4.系统仿真分析 (10)5.控制系统仪表配接图及说明 (13)6.仪表型号清单 (13)7.总结 (13)参考文献 (14)1.设计任务与要求设计任务过程控制仪表课程设计，是《自动化仪表与装置》课程中的后续课程，实践教学环节，也是一次全面的专业知识的运用和实践。
⑴巩固和深化所学课程的知识：通过课程设计，要求学生初步学会运用本门课程和其它相关课程的基本知识和方法，来解决工程实际中的具体的设计问题，检验学生对本门课程及相关课程内容的掌握的程度，以进一步巩固和深化所学课程的知识。
⑵培养学生的设计、实践能力：通过课程设计，从方案选择、设计计算到绘制图纸、编写设计说明书，可以培养学生对工程设计的独立工作能力，树立正确的设计思想，掌握自动控制系统中各环节使用仪表的基本方法和步骤，为以后从事工程设计打下良好的基础。
⑶使学生能熟悉和运用设计资料，学会查阅相关文献，如有关国家标准、手册、图册等，以完成作为工程技术人员在工程设计方面所必须的基本训练。
设计要求（1）编写过程控制仪表设计说明书。
内容包括：控制系统的简单介绍，工艺流程分析；各环节仪表的选型、仪表的工作原理及性能指标；控制系统的仿真分析；仪表间的配接说明。
(完整版)精馏操作基础知识
精馏操作基本知识1、何为相和相平衡：答：相就是指在系统中具有相同物理性质和化学性质的均匀部分，不同相之间往往有一个相界面，把不同的相分别开。
系统中相数的多少与物质的数量无关。
如水和冰混合在一起，水为液相，冰为固相。
一般情况下，物料在精馏塔内是气、液两相。
在一定的温度和压力下，如果物料系统中存在两个或两个以上的相，物料在各相的相对量以及物料中各组分在各个相中的浓度不随时间变化，我们称系统处于平衡状态。
平衡时，物质还是在不停地运动，但是，各个相的量和各组分在各项的浓度不随时间变化，当条件改变时，将建立起新的相平衡，因此相平衡是运动的、相对的，而不是静止的、绝对的。
比如：在精馏系统中，精馏塔板上温度较高的气体和温度较低的液体相互接触时，要进行传热、传质，其结果是气体部分冷凝，形成的液相中高沸点组分的浓度不断增加。
塔板上的液体部分气化，形成的气相中低沸点组分的浓度不断增加。
但是这个传热、传质过程并不是无止境的，当气液两相达到平衡时，其各组分的两相的组成就不再随时间变化了。
2、何为饱和蒸汽压？答：在一定的温度下，与同种物质的液态（或固态）处于平衡状态的蒸汽所产生的压强叫饱和蒸汽压，它随温度的升高而增加。
众所周知，放在杯子里的水，会因不断蒸发变得愈来愈少。
如果把纯水放在一个密闭容器里，并抽走上方的空气，当水不断蒸发时，水面上方气相的压力，即水的蒸汽所具有的压力就不断增加。
但是，当温度一定时，气相压力最中将稳定在一个固定的数值上，这时的压力称为水在该温度下的饱和蒸汽压。
应当注意的是，当气相压力的数值达到饱和蒸汽压力的数值是，液相的水分子仍然不断地气化，气相中的水分子也不断地冷凝成液体，只是由于水的气化速度等于水蒸汽的冷凝速度，液体量才没有减少，气体量也没有增加，气体和液体达到平衡状态。
所以，液态纯物质蒸汽所具有的压力为其饱和蒸汽压时，气液两相即达到了相平衡。
3、何为精馏，精馏的原理是什么？答：把液体混合物进行多次部分汽化，同时又把产生的蒸汽多次部分冷凝，使混合物分离为所要求组分的操作过程称为精馏。
精馏塔提馏段温度控制方案
精馏塔提馏段温度控制方案
精馏塔的提馏段温度控制方案可以通过以下几个步骤实施：
1. 设置目标温度：根据产品的蒸汽化温度和沸点等物理性质，确定塔顶的目标温度。
这个温度应该足够高，使得目标组分能够从原料中蒸发出来。
2. 监测温度：在塔顶和其他关键位置安装温度传感器，监测塔内各个位置的温度变化，并将数据传输给温度控制系统。
3. 确定控制策略：根据温度传感器的监测数据，控制系统分析和计算，确定合适的控制策略。
常见的策略包括比例控制、比例积分控制和比例积分微分控制等。
4. 调节操作：根据控制策略的结果，控制系统会输出相应的控制信号，调节塔顶的加热或降温装置，以达到目标温度。
5. 反馈调整：监测实际温度和目标温度之间的偏差，并根据调整的结果进行反馈调整，进一步优化控制策略。
需要注意的是，精馏塔提馏段温度控制方案还需要考虑其他因素，如进料流量、冷却介质温度等。
此外，不同的塔设计和操作条件可能需要不同的控制策略，因此具体的温度控制方案应根据具体情况进行定制。
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
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精馏塔提馏段的温度控制系统南华大学过程控制仪表课程设计设计题目精馏塔提馏段的温度控制系统学生姓名 XXX专业班级自动化X X X学号 XXXXXXXXXX指导老师 XXX 2012年6月25日目录1. 系统简介与设计目的 (2)2.控制系统工艺流程及控制要求 (3)3．设计方案及仪表选型 (4)3.1控制方案的确定 (4)3.2控制系统图、方框图 (5)4.各个环节仪表的选型，仪表的工作原理以及性能指标 (7)4.1检测元件 (7)4.1.1铠装热电偶特点 (7)4.1.2铠装热电偶主要技术参数 (7)4.2变送器 (7)4.2.1变送器主要技术指标 (7)4.3调节器 (8)4.4执行器 (8)4.4.1电／气阀门定位器作用 (8)5.绘制仪表盘电气接线图，端子接线图 (10)6.仪表型号清单 (11)7. 设计总结 (12)参考文献 (13)1.系统简介与设计目的精馏操作是炼油、化工生产过程中的一个十分重要的环节。
精馏塔的控制直接影响到工厂的产品的质量、产量和能量的消耗，因此精馏塔的自动控制长期以来一直受到人们的高度重视。
精馏塔是一个多输入多输出的对象，它由很多级塔板组成，内在机理复杂，对控制要求又大多较高。
这些都给自动控制带来一定的困难。
同时各塔工艺结构特点有千差万别，这需要深入分析特性，结合具体塔的特点，进行自动控制方案设计和研究。
精馏塔的控制最终目标是，在保证产品质量的前提下，使回收率最高，能耗最小，或使总收益最大。
在这个情况为了更好实现精馏的目标就有了提馏段温度控制系统的产生。
按提馏段指标的控制方案，当塔釜液为主要产品时，常常按提馏段指标控制。
如果是液相进料，也常采用这类方案。
这是因为在液位相进料时，进料量的变化，首先影响到塔底产品浓度，塔顶或精馏段塔板上的温度不能很好地反映浓度的变化，所以采用提馏段控制温度比较及时。
另外如果对釜底出料的成分要求高于塔顶出料，塔顶或精馏段板上温度不能很好反映组分变化和实际操作回流比大于几倍最小回流比时，可采用提馏段控制。
提馏段温度是衡量质量指标的间接指标，而以改变再沸器加热量作为控手段的方案，就是提馏段温控。
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。
2. 控制系统工艺流程及控制要求(1)控制系统的简单介绍，工艺流程分析；(2)各环节仪表的选型、仪表的工作原理及性能指标；(3)仪表间的配接说明；(4)绘制工艺流程原理框图；(5)给出仪表型号清单；(6)绘制仪表盘电气接线图，端子接线图。
3．设计方案及仪表选型3.1控制方案的确定图3-1是精馏塔底部示意图，在再沸器中，用蒸汽加热塔釜液产生蒸汽，然后在塔釜中与下降物料进行传热传质。
为了保证生产过程顺利进行，需要把提馏段温度θ。
保持恒定。
为此在蒸汽管路上装上一个调节阀，用它来控制加热蒸汽流量。
从调节阀的做到温度θ发生变化，需要相继通过很多热容积。
实践证明加热蒸汽压力的波动对θ的影响很大。
此外，还有来自液相加料方面的各种干扰包括它的流量、温度和组分等，它们通过提馏段的传质过程，以及再沸器中传热条件（塔釜温度、再沸器液面等），最后也影响到温度θ。
很明显当加热蒸汽压力波动较大时，如果采用如图3-1所示的简单单回路温度控制系统，调节品质一般不能满足生产要求。
由于存在这些扰动故考虑串级控制系统。
图3-1精馏塔提馏段单回路温度控制方案串级控制系统（如图3-2），与单回路控制系统相比有一个显著的区别，即其在结构上多了一个副回路，形成了两个闭环----双闭环或称双环。
串级控制系统在结构上与电力传动自动控制系统中的双环系统相同，就其主回路外环来看是一个定值控制系统，而副回路内环则为一个随动系统。
以加热炉串级控制系统为例，在控制过程中，副回路起着对炉出口温度的“粗调”作用，而主回路则完成对炉出口温度的“细调”任务。
与单回路控制系统相比，串级控制系统多用了一个测量变送器与一个控制器（调节器），增加的投资并不多（对计算机控制系统来说仅增加了一个测量变送器），但控制效果却有显著的提高。
其原因是在串级控制系统中增加了一个包含二次扰动的副回路，使系统有如下几点的改善：①改善了被控过程的动态特性提高了系统的工作频率。
②对二次扰动有很强的克服能力。
③提高了对一次扰动的克服能力和对回路参数变化的自适应能力 。
综上所述根据系统工艺要求决定在系统设计中采用闭环串级控制方式。
副对象执行器副调节器+-副变送器x 2z 2e 2+-x 1e 1主调节器主变送器主对象z 1y 2y 1图3-2一般闭环串级控制系统3.2控制系统图、方框图本系统为了较好的达到控制目标采，用如图2-3所示的提馏段温度串级控制系统。
副调节器QC2根据加热蒸汽流量信号控制调节阀，这样就可以在加热蒸汽压力波动的情况下，仍能保持蒸汽流量稳定。
但副调节器QC2的给定值则受主调节器θC1的控制，后者根据温度θ改变蒸汽流量给定值Qr ，从而保证在发生进料方面的扰动的情况下仍能保持温度θ满足要求。
用这个方法以非常有效地克服蒸汽压力波动对于温度θ的影响，因为流量自稳定系统的动作很快，蒸汽压力变化所引起的流量波动在2至3s 以内就消除了，而这样短暂时间的蒸汽流量波动对于温度θ的影响是很微小的。
进料加热蒸汽图2-3精馏塔提馏段温度控制串级控制系统图串级控制系统方块图如图2-4所示，它有俩个闭环系统：副环是流量自稳定系统，主环是温度控制系统。
图3-4提馏段温度串级控制系统框图主参数：塔底物料温度θ副参数：加热蒸汽流量Q控制量：蒸汽阀开度一次扰动D1：加热蒸汽压力的波动对θ的扰动。
二次扰动D2：来自液相加料方面的各种干扰；包括它的流量、温度和组分等，它们通过提馏段的传质过程以及再沸器中传热条件（塔釜温度、再沸器液面等）。
4.各个环节仪表的选型，仪表的工作原理以及性能指标4.1检测元件本系统选择铠装热电偶4.1.1铠装热电偶特点：1.热响应时间小，减少动态误差2.可弯曲安装使用3.测量范围大4.机械强度高，耐压性能好4.1.2铠装热电偶主要技术参数：1.精度等级：I级或II级2.公称直径：Φ13.弯曲直径：R≥5D4.公称压力：常压测量500℃以上的高温，它可以直接测量各种生产过程中从0℃~800℃范围内的液体、蒸汽和其气体介质以及固体表面的温度，铠装热电偶响应时间τ0.5（秒）。
4.2变送器本系统的变送器用于温度的变送，故选择温度变送器。
其中较为常用的有模拟式温度变送器，一体化温度变送器以及智能式温度变送器三种。
本系统采用典型的模拟式温度变送器中的DDZ-III型热电偶温度变送器，属安全火花型防爆仪表。
还可以与检测元件热电偶相匹配。
将温度信号线性转换为统一标准信号。
本系统选择KBW-1121热电偶温度变送器4.2.1主要技术指标：1、输入信号：最小量程≥3mV最大量程<80mV（根据配用热电偶而定）2、输出信号：1～5V d.c 或4～20mA d.c3、负载电阻：0～500Ω4、精度：±0.5%（量程范围≥5mV）±1.0%(5mV量程范围≥3mV5、工作条件：环境温度：5～40℃相对湿度：10%-75%供电电源：24V±10%周围空气中不含有腐蚀性气体6、功耗：2W4.3调节器用DDZ-III型PID调节器TDM-400。
原理：调节器的正，反作用的选择要根据控制系统所包括的各个环节的情况而定，这样只要根据被控参数与变送器放大倍数的符号及整个控制回路开环放大倍数的符号为“负“的要求，就可以确定调节器的正，反作用，本系统，调节器因选反作用。
性能指标：输入信号：1-5V直流电压，外给定信号：4-20ma直流电流，负载电阻：250欧-750欧。
4.4执行器本系统使用电／气阀门定位器。
4.4.1电／气阀门定位器作用：1.将4～20mA或0～10mA转换为气信号，用以控制气动调节阀2.它还能够起到阀门定位的作用图4.4气源压力对应阀门开度实验图当输入I O→对主杠杆2产生向左的力F1→主杠杆绕支点反时针偏转→挡板13靠近喷嘴15→P a↑→使阀杆向下移动→并带动反馈杆9绕支点4偏转→凸轮5也跟着逆时针偏转→从而使反馈弹簧11拉伸→最终使阀门定位器达到平衡状态。
此时，一定的信号压力就对应于一定的阀杆位移，即对应于一定的阀门开度。
本系统选用M52286系列电子式电动执行器主要技术参数：电源：AC220±50%，50HZ。
耗电功率（额定负载时）：规格A型执行器 50VA；规格B型执行器 150VA；规格C型执行器 220VA。
输入信号：DC4～20mA或DC1～5V输出信号：DC4～20mA（负载电阻500Ω以下）。
控制精度：基本误差：±1% 回差≤1% 死区≤1%工作行程调整范围：“零点”±25%“行程”20%～100%阀的选择：本系统选择电/气阀门定位器：YT-1050输入信号：4~20mA DC阻抗：250 +/- 15 Ohm供给压力：1.4~7.0kgf/cm2(20~100 psi)行程：直行程：10~150mm, 角行程：0~900 5.绘制仪表盘电气接线图，端子接线图图5.1 电器接线图6给出仪表型号清单：表6-1 仪表清单7.设计总结在为期一个多星期的课程设计中，遇到过很多很多的问题，但我通过很多有效地途径，例如上网查相关资料，问身边的同学与朋友，或者请教本专业的老师，都得到了解决。
在设计过程中，从拿到题目，方案的设计到方案的确定，都经过了严谨的思考，回路的设计调节器的正反作用的确定，被控参数的选择，使系统能够达到设计目的。
通过这次设计，我对过程控制系统在工业中的运用有了深入的认识，对过程控制系统设计步骤、思路有一定的了解与认识。
我学到了控制系统的设计方法和步骤，拓展了知识面，了解了工业工程中控制系统起到的重要作用。
与此同时，在团队的协作中使我们在与人共事之中学会交流学会合作。
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