精馏塔过程的控制
精馏塔的控制说明
一、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，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；（2）物料平衡控制；（3）能量平衡控制；（4）约束条件控制（液泛限、漏液限、压力限、临界温差限等）。
防止液泛和漏液，可以用塔压降或压差来监视气相速度。
二、精馏塔的主要干扰因素精馏塔的主要干扰因素为进料状态，即进料流量F、进料组分Z f、进料温度T f或热焓F E。
此外，冷剂与热剂的压力盒温度及环境温度等因素，也会影响精馏塔的平衡操作。
所以，在精馏塔的整体方案确定时，如果工艺允许，能把精馏塔进料量、进料温度或热焓加以定值控制，对精馏塔的操作平稳时极为有利的。
三、精馏塔控制变量的分析精馏塔的控制是为了保证精馏塔安全、平稳的运行，其目标是，是塔操作满足各种约束条件，保持塔的物料及能量的平衡，在较佳的工况下安全、平稳的运行，获得较大的产品回收率和较低的能耗及符合规定要求的产品。
在过程系统控制中所涉及的变量可分为以下几类。
（1）被控变量被控变量是通过改变调节其他相关变量使之维持在目标值的变量。
精馏塔的被控变量有5个：塔顶产品的浓度、塔底产品的浓度、塔内压力、塔釜及回流罐的液位。
（2）操纵变量操纵变量时通过改变调节阀的开度实施对介质的调节，该介质变量称为操纵变量。
控制系统是通过调节操纵变量来控制被控变量，而操纵变量通常是系统的流量。
如产品流量、塔回流量及加热剂、冷却剂量。
操纵变量也为5个。
（3）干扰变量精馏塔的环境参数及输入变量波动破坏塔的平衡，使产品质量发生变化，称这些变量为干扰变量，控制的目的就是克服干扰变量的扰动影响。
干扰变量有些可控，有些则不能控制。
a、可控干扰变量如塔的进料流量、温度或进料焓值或热状态。
b、不可控干扰变量如进料的成分、环境温度、冷却水温及大气压等。
四、精馏塔被控变量的选择精馏塔被控变量的选择，是指精馏塔产品质量控制中被控变量的确定，以及检测点的位置等问题。
13精馏过程的控制详解
精馏塔质量指标的选取
• 想象上，产品从塔顶和塔底产出，因此塔顶或塔底的温 度最能代表产品质量。 • 其实，当分离的产品较纯时，在邻近塔顶或塔底的塔板 之间温度差已经很小。这时，塔顶或塔底温度变化 0.5℃，都可能已超出产品质量的允许范围。 • 这样选择测温点，对温度检测仪表的灵敏度和控制系统 的精度都提出了很高的要求。 • 解决这一问题的方法是选择灵敏塔板的温度作为间接质 量指标。 • 用精馏段与提馏段的灵敏板温度TR与TS近似反映塔顶、 塔底产品质量xD、xB的变化。 • 对于精密精馏塔，可用精馏段与提馏段的温差来反映塔 顶与塔底产品纯度的变化。 17
22
灵敏塔板的温度控制
• 当塔的操作受到扰动（或改变工况）时，塔内 各板的浓度都将发生变化，各塔板的温度、压 力也将同时变化。当保持压力恒定，浓度成为 温度的单值函数。 • 精馏塔从一个稳态达到新的稳态后，温度变化 最大的塔板称为灵敏塔板。 • 灵敏塔板位置的可以通过逐板计算或通过静态 模型仿真计算，依据不同操作工况下各塔板温 度分布曲线比较得出。但是，塔板效率不易估 准，所以最后还须根据实际情况，予以确定。 23
3
精馏过程与精馏塔的构造
精馏过程由精馏塔、再 沸器、冷凝器、塔顶产 品储罐（回流罐）等组 成。 精馏塔中有一系列的带 溢流孔的平板，称为塔 板。 精馏塔以进料口为分界， 分成两个塔段，进料口 以上称精馏段，进料口 以下称提馏段。
4
精馏塔的构造
• 精馏过程是根据不同物质（组分）有不同的汽化点 （冷凝点）温度，通过在每一塔板上（组分间）的不 断汽化和冷凝的热交换过程，从而将物质提纯的过程。 • 原料从进料口进入塔内，在塔内温度的作用下，一部 分液态物料被汽化上升，同时有另一部分汽态物料凝 聚而下降。 • 所有塔板都是汽液两相的传热传质过程，因此每一层 塔板的温度都可用集中参数模型描述。 • 每一层塔板成为精馏塔的一个段。尽管过程性质相同 （方程结构相同），但每层塔板模型的参数不同。
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。
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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2019年2月22日星期五
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。
第3页 2019年2月22日星期五
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。
(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
精馏塔的原理及控制要求
精馏塔的原理及控制要求一、精馏原理精馏是化工生产中分离互溶液体混合物的典型单元操作，其实质是多级蒸馏，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，使轻组分（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，从而实现分离。
精馏过程的主要设备有：精馏塔、再沸器、冷凝器、回流罐和输送设备等。
精馏塔以进料板为界，上部为精馏段，下部为提馏段。
一定温度和压力的料液进入精馏塔后，轻组分在精馏段逐渐浓缩，离开塔顶后全部冷凝进入回流罐，一部分作为塔顶产品（也叫馏出液），另一部分被送入塔内作为回流液。
回流液的目的是补充塔板上的轻组分，使塔板上的液体组成保持稳定，保证精馏操作连续稳定地进行。
而重组分在提留段中浓缩后，一部分作为塔釜产品（也叫残液），一部分则经再沸器加热后送回塔中，为精馏操作提供一定量连续上升的蒸气气流。
精馏塔从结构上分，有板式塔和填料塔两大类。
而板式塔根据塔结构不同，又有泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、穿流板塔、浮喷塔、浮舌塔等等。
各种塔板的改进趋势是提高设备的生产能力，简化结构，降低造价，同时提高分离效率。
填科塔是另一类传质设备，它的主要特点是结构简单，易用耐蚀材料制作，阻力小等，一般适用于直径小的塔。
在实际生产过程中，精馏操作可分为间歇精馏和连续精馏两种。
对石油化工等大型生产过程，主要是采用连续精馏。
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。
而且从能耗的角度来看，精馏塔是三传一反典型单元操作中能耗最大的设备，因此，精馏塔的节能控制也是十分重要的。
二、精馏塔的主要干扰因素精馏塔的主要干扰因素为进料状态，即进料流量F、进料组分zf ,进料温度Tf或热焓FE.此外，冷剂与加热剂的压力和温度及环境温度等因素也会影响精馏塔的平衡操作。
「精馏塔常用的一些控制方案」
精馏塔常用的一些控制方案塔的作用是在同一个设备中进行质量和热量的交换，是石油化工装置非常重要的设备。
塔的型式有板式塔(泡罩塔、浮阀塔、栅板塔等)、填料塔（高效填料、常规填料、散装填料、规整填料等）、空塔。
塔由筒体和内件组成。
蒸馏塔由精馏段和提馏段组成，进料口以上是精馏段，进料口以下是提馏段。
精馏塔的控制方案主要从塔压、釜温、顶温、塔釜液面四个方面来说明：1．精馏操作中塔压的控制调节方法塔的压力是精馏塔主要的控制指标之一。
任何一个精馏塔的操作，都应当把塔压控制在规定的指标内,以相应地调节其它参数。
塔压波动过大，就会破坏全塔的物料平衡和气液平衡,使产品达不到所要求的质量。
所以,许多精馏塔都有其具体的措施,确保塔压稳定在适宜范周内。
对于加压塔的塔压,主要有以下三种调节方法（1)塔顶冷凝器为分凝器时,塔压一般是靠气相采出量来调节的，如图６－1所示。
在其它条件不变的情况下，气相采出量增大,塔压下降,气相采出量减小,塔压上升。
(2)塔顶冷凝器为全凝器时，塔压多是靠冷剂量的大小来调节,即相当于调节回流液温度，如图6-２所示。
在其它条件不变的前提下，加大冷剂量,则回流液的温度降低,塔压降低，若减少冷剂量,回流液温度上升，塔压上升。
（3)热旁通(浸没式)法调节塔压。
对于常压塔的压力控制，主要有以下三种方法（1)对塔顶压力在稳定性要求不高的情况下,无需安装压力控制系统，应当在精馏设备（冷凝器或回流罐）上设置一个通大气的管道，以保证塔内压力接近于大气压。
(2）对塔顶压力的稳定性要求较高或被分离的物料不能和空气接触时，塔顶压力的控制可采用加压塔塔压的控制方法,如图6-1、图6-2。
(3）用调节塔釜加热蒸汽量的方法来调节塔釜的气相压力,如图6－6所示。
2.精馏操作中塔釜温的控制调节方法釜温是由釜压和物料组成决定的。
精馏过程中，只有保持规定的釜温,才能确保产品质量。
因此釜温是精馏操作中重要的控制指标之一。
当釜温变化时,通常是用改变蒸发釜的加热蒸汽量,将釜温调节至正常,见图6-７a、图6－7ｂ。
精馏塔的自动控制
各组分挥发度的不同，将各组分进行分离以提取达到规定纯度要求的产品。
精馏过程是一个非常复杂的过程，其关键设备是精馏塔，。在精馏操作中，
被控变量多，可以选用的操作变量也多，它们之间又可以有多种不同组合。所以，
控制方案繁多。
一、工艺要求和约束条件
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
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。
精馏塔的控制方案
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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
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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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（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。
图10-43 精馏段温控的控制方案示意图
化工仪表及自动化
精馏塔的自动控制
精馏塔的自动控制 一、精馏对自动控制的要求 二、精馏塔的干扰因素 三、精馏塔的自动控制 被控变量的选择 操纵变量的选择 控制器正反作用的选择 过程选择、控制设备的选用
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一、精馏的工艺要求
精馏过程是现代化工生产中应用极为广泛的传质过 程，其目的是利用混合液中各组分挥发度不同将各组分 进行分离，并达到规定的纯度要求。
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Байду номын сангаас
精馏段温控的主要特点与使用场合：
① 采用了精馏段温度作为间接质量指标，因此它能 较直接地反映精馏段的产品情况。当塔顶产品纯度要 求比塔底严格时，一般宜采用精馏段温控方案。
精馏塔过程控制方案
（1）VCM低沸点塔
1扰动观测器的设计
为克服进料流量、组分及温度波动带来的扰动，取进料口附近塔板（灵敏板）的温度与塔釜上较稳定一块塔板的温度之差△T1作为扰动观测器。其原理是：当进料流量增大时，温差增大；轻组分增高时，温差增大；进料温度降低时，温差也增大。反之，则相反。同时，取此两点的温差又不易受到系统压组分及温度的变化。
为防止液泛和漏液现象，可以把约束条件加在再沸器上，这可以通过对加热流量或阀位设置上、下限幅来实现。
2产量与质量是相互矛盾的，这又与能耗相关联。精馏塔的选择性控制任务是，使塔尽量操作在约束条件内，即正常下的最大负荷生产，获得最多的合格产品。
在上述的控制方案中，可根据生产中的具体情况调整某些调节通道的系数或正反特性来满足实际生产的要求，甚至在塔盘加热能力充裕的条件下，低沸塔采用全回流操作。实际上,精馏塔的能耗比较小,精馏塔的操作在能耗上的权衡是有余地的。
4控制系统的效果
实际运行表明，该控制方案具有很强的适应能力，系统能够迅速地克服各种干扰带来的扰动，恢复平衡的能力特别强。产品纯度能够稳定地保证在99.99%以上。
②多变量解耦控制方案框图
③控制方案可行性分析
在高沸塔控制方案中，选择塔顶温度T2作为产品质量指标的道理同低沸塔，在此基础上同样采用解耦控制，协调加热量与回流量，有效解除各通道间的关联，并充分利用扰动观测器及时调整加热量与回流量，确保塔顶VCM的产品纯度。
（3）精馏塔的选择性控制
1塔不能出现液泛，某些类型的塔（如筛板塔等）也不应出现漏液现象。当塔出现液泛时，塔的压差将超过一个限值。当塔出现漏液时，塔的压差将降到一个下限值。
②多变量解耦控制方案框图
③控制方案可行性分析
在低沸塔控制方案中，选择塔顶温度T1和温度梯度△T1（后者起辅助作用）作为产品质量指标的依据是：在一定的压力下，沸点和产品成分之间有单独的函数关系。因此，如果压力恒定，塔板温度就反映了成分。塔顶压力P1的通道时间常数很小，采用单参数调节就能达到压力的恒定。
精馏塔操作与控制
精馏塔操作与控制1 概述石油化工生产常需将液体混合物分离以达到提纯或回收有用组分的目的。
分离互溶液体混合物有许多种方法，精馏是广泛应用的一种方法。
精馏过程是由精馏装置来实现的，精馏装置一般是由精馏塔、再沸器(重沸器)、冷凝冷却器、回流罐及回流泵等组成。
如图1所示。
图1 精馏装置结构示意图实际生产过程中，精馏操作可分为间歇精馏和连续精馏两种。
石油化工等大型生产过程主要采用的是连续精馏。
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。
1.1 精馏塔两个基本平衡关系式影响精馏操作的因素很多，这些影响因素都是通过物料平衡和能量平衡的形式来影响精馏操作的。
然而，一个塔的物料平衡与能量平衡之间又是相互影响的。
现以二元精馏过程为例，说明精馏塔的这两个基本关系。
1.1.1 物料平衡关系一个精馏塔，进料和出料应保持平衡，即总物料量及任一组分的量应符合物料平衡关系。
对图1所示精馏塔而言，其物料平衡关系如下。
就总物料平衡关系而言，平均进料量应等于塔顶和塔底的平均采出量，即F=D+B (1)对轻组分而言，进料中的轻组分量应等于塔顶和塔底轻组分量之和，即Fzf=DxD+BxB (2)由式(1)和式(2)可得xD=F/D(zf-xB)+xB (3)或D/F=(zf-xB)/(xD-xB) (4)式中 F—进料流量;D—塔顶采出量;B—塔底采出量;zf—进料轻组分含量;xD—塔顶采出轻组分含量;xB—塔底采出轻组分含量。
同样方法也可以求得B/F=(xD-zf)/(xD-xB) (5)从上述关系可以看出，当D/F增加时，塔顶、塔底采出液中轻组分含量将会减少，即xD及xB将下降。
而当B/F增加时，塔顶、塔底采出液中轻组分含量将会增大，即xD及xB将上升。
然而，在D/F(或B/F)一定，和zf也一定的条件下，却不能完全确定xD和xB，而只能确定xD和xB之间的一个比例关系。
过程控制工程-17精馏塔的控制ppt课件
精馏塔系统特点： MIMO系统、相互关联、机理复杂、动态响应迟缓 、能耗大 -〉控制要求高
17.1 概述
机理
F,zf
冷剂
LD L
D,xD V
热剂 二元精馏系统
LB 釜液,B,xB
17.1.1 精馏塔的基本关系
物料平衡、能量平衡 二元精馏系统
17.3 精馏塔被控变量的选择
压力补偿温度
温度控制恒定时，压力的微小波动，对产品的成分影 响很大
（1） 直接压力补偿
P Kp TT
KpO z=T-Kp+KpO
17.3 精馏塔被控变量的选择
（2） 温差控制 压力的变化，塔顶各板的温度同时变化，某两点温差控制， 可 消除压力影响，关键是温差的取值大小。
第17章
精馏塔的控制
17.1 概述 17.2 精馏塔的特性 17.3 精馏塔被控变量的选择 17.4 精馏塔的整体控制方案 17.5 精馏塔的新型控制方案
教学进程
17.1 概述
机理
利用混合物中各组分的挥发度（沸点）不同，或在 相同温度下，各组分的蒸汽分压不同，轻组分（液相 中）和重组分（汽相中）相互转移
● 间接指标——温差控制
在精密蒸馏时，要求产品纯度很高，组份之间的相对挥发度差异很小， 组份变化引起的温度变化有时比压力变化引起的温度变化还小，∴对 塔压控制要求很严格。
17.3 精馏塔被控变量的选择
温度点位置 ●塔顶分离物为产品时，温度放在塔顶——精馏段控制 ●塔底分离物为产品时，温度放在塔底——提馏段控制 ●有时为了兼顾塔顶、塔底产品，可以取进料板温度 ●塔顶温度受压力限制，变化很小，因而，有时取灵敏板温度
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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V F
?
?
ln S
?
?
ln????
xD xB
(1 (1
? ?
xB xD
) )
????
已知分离度S，
x D
?
1?
sx B
x (s
?
1)
B
x B
?
x
?
x D
s(1 ?
x)
D
D
结论：对于给定的进料，若 D/F和V/F 保持一 定，则该塔的分离结果 xD , xB就完全确定。
(3)内部物料平衡
实际上，精馏塔的操作完全由塔内部平衡关系决定，外部平衡关系 仅仅反映内部平衡关系的结果。
19.2.2 精馏塔的干扰因素
(1)进料流量 F的波动
①进料全部为液相
②进料全为气相
③进料为气相液相混合物
（2）进料组分 ZF变化
为不可控的干扰。 （3）进料温度TF及热焓 QF变化
F ZF TF QF
（4）蒸汽加入热量的变化 （5）回流量及冷剂量 蒸汽
q蒸
回流
精
q回
馏
塔
冷却剂 塔顶产品
19.3 精馏塔被控变量的选择
假定塔操作是在恒分子流、泡点回流回流罐和塔釜蓄存量一定和塔 压恒定下进行，忽略汽相蓄存量的变化，则塔有如下内部平衡关系：
① 加料板的物料平衡
F ? L ? V ? LS ? VR
泡点进料时： LS ? F ? L, 露点进料时： Vr ? F ? V,
V ? Vr L ? LS
② 精馏段任一塔板上的物料平衡
塔顶压力
P
精馏塔简化的控制问题
外部扰动 (进料的流量,组成与温度等)
操作变量/控制变量
被控变量
塔顶采出量 D 回流量 R
塔底采出量 B 再沸器上升蒸汽量 V
精馏塔
精馏段灵敏板温度 TD 回流罐液位 LR
提馏段灵敏板温度 TB
塔底液位
LB
* 考虑被控过程的静态与动态特性，结合就近原则， 可将控制问题分解简化为两个相对独立的子系统。
VR yi?1 ? LR xi ? DxD
或
V R
yi?1
?
LR VR
xi
?
D VR
xD
i
——精馏段的操作线方程
y x i?1 i
L? L R
D, x D
③提馏段任一塔板第 j块以下的物料平衡
VS y j ? LS xj?1 ? BxB
y x i?1 i V
S
或
yj
?
LS VS
xj?1
?
B VS
xB
②检测点的选取
塔板
52
65 ⅠⅡ Ⅲ ℃
苯-甲苯 -二甲苯分离
一个放在塔顶（或塔底）附近塔板上 一个放在灵敏板附近
③存在问题
两者之差△T 作为被控变量
（1）应用时应注意选点准确和温差给定合理。 （2）操作工况要稳定。
（3）不能克服进料组分变化和负荷变化引起的塔板压降变化。
例： 左侧为产品纯度高时， 温差随产品纯度增加而减小 右侧为产品不很纯时， 温差随纯度恶化而减小。
D
B
x D
?
F D
(x f
?
x)? B
x B
或D
?
x f
?
x B
F xD ? xB
F, xF
V
D, xD
同理有：
xB
?
xD
?
F B
(xD
?
xf )
B F
?
x? D
x?
x f
x
B, xB
D
B
FD,
B F
是决定塔顶和塔底产品中轻重组分含量的关键因素
进料成分zf对xD、xB的影响也很大。
(2)能量平衡
能耗与分离度S 的关系：
塔的操作压力、再沸器加热温差、加热蒸汽冷凝量和冷 凝器冷却温差等，都有一定的限制 ——良好的控制系统的必 备条件。
19.2 精馏塔的静态和动态特性
19.2 .1精馏塔的静态特性 (1)物料平衡
对总物料量，任一组分，进料与出料之间应满足物料平衡 :
｛
总物料： 轻组分：
F
Fx
? B?
? Dx
D
?
Bx
f
即温差选得过大或操作不平稳， 均会引起温差调节失常。
19 精馏过程 的控制
19.1 概述
19.2 精馏塔的静态和动态特性
19.3 精馏塔被控变量的选择 19.4 精馏塔的基本控制方案 19.5 精馏塔新型控制方案
工艺流程
冷凝器
塔顶产品 操作目的 ：
原料 精 馏 塔
回流罐
通过反复的部分汽化与部 分冷凝，将混合液中沸点 不同的各组分分离成产品。
回流泵
操作代价 ：
（4）温差控制
①目的：克服压力波动引起的温度变化，当压力波动 引起各板上温度方向一致时，两板间温差变化不大 对于双组分蒸馏，影响温度变化的因素——组成、塔压。
不同压力的情况如图
52和65块板上温度虽然变化，但温差 维持在2.8度左右。此时温差的变化 只受组分的纯度影响，消除了压力的 微小波动影响。
消耗能量，塔底需要
再 沸
加热使塔底液部分汽
器
化；塔顶需要冷却使
塔顶组分冷凝；
塔底产品19.1 概述源自结构板式塔 ｛填料塔
对象特点：变量多且有关联情况，通道多，反应缓慢，
内在机理复杂且控制要求较高。
19.1对控制系统的要求（控制目的）：
(1) 保证产品质量 (质量指标)
①保证塔顶或塔底产品之一合乎规定的纯度，另一种产 品成分亦应维持在规定范围内。
——提馏段的操作线方程
L S B, x B
精馏塔的控制问题
外部扰动 (进料的流量,组成与温度等)
操作变量/控制变量
被控变量
塔顶采出量 D 回流量 R
塔底采出量 B 再沸器上升蒸汽量 V
冷凝器冷却量 QC 塔顶汽相采出量 DV
精馏 过程
塔顶产品纯度 xD
回流罐液位 LR
塔底产品纯度 xB
塔底液位
LB
②塔顶和塔底产品均保证一定的纯度。
二元精馏质量指标： 塔顶产品中轻组分（或重组分）含 量或塔底产品中重组分（或轻组分）含量
多元精馏质量指标：塔顶产品或塔底产品中关键组分的含量 关键组分：对产品质量影响较大的组分
(2)平稳操作
（1）平均进料量=平均出料量 （2）塔压P应恒定
(3)约束条件
如：塔内汽液两相流速在一定范围内，不能过高，引起 泛液；也不能过低，引起塔板漏液，板效率大幅度下降。
（2）灵敏板温度控制
将检测点置灵敏板处，即可感受干扰进入最快，最大 幅度的温度变化，但灵敏板不易估准，故实际中是在 灵敏板及附近位置设若干检测点，然后在运行中选择， 且对前所述的压力等干扰不能克服。
灵敏板的位置：在进料板与塔顶（或塔底）之间。
（3）中温控制
检测点设在加料板或其稍上、下的塔板，可及时发现 由进料带来的温度变化，但分离纯度较高时不能正确 反映塔顶或塔底的成分。
最直接的质量指标——产品成分 成分分析仪表的特点： 周期长、反应慢、滞后大 最常用的间接质量指标 ——温度，原因：二元组分精馏 塔中，塔压恒定，塔板温度与产品成分之间为单值对应关系，
测温点的选择： （1）塔顶（或塔底）温度控制
简单易行，但产品纯度较高时，各塔板间温差很小， 故测温元件的灵敏度要求较高，且不能克服压力，杂质 的干扰。