精馏塔物料流量仿真设计新探索
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稳 态 时 ，Ｆ、 Ｗ、 Ｄ 三 个 量 之 间 的 关 系 是 这
ＦＷＤ ＝ ＋ 。在仿 真设计 中 ，进 料流量Ｆ 替代物 料— — 用 水 的流 量来模 拟 没有任 何 困难 ；但 是塔 釜 出料 流量 ｗ 和塔 顶 出料流量 Ｄ 就有 困难 了 ，因为 在仿真 设计 中 不允许 增加 原真 实系统 中没有 的 设备和 明管 ，而在
是 应用 半 实物冷 模仿 真化工 厂进行 高仿真 实 训， 因
此 ，开 发 高仿 真 冷 模 工 厂 成 了教 仪行 业 的热 门课 题 。在 半实 物冷 模仿 真化 工厂 的工 艺设 计 中，最大 的难题 是精馏 塔 气液物 料流 量 的仿 真设计 ，各设计 公司 为 了回避这 个难 题 ，普遍 的做 法是 精馏塔 不进 仿 真物 料 ， 也 就 是 说精 馏 塔 只 是 一 个 空 的硬 件 模 型 ，没 有替 代物 料在 精馏 单元 的设备 中流动 ，这样
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隐蔽 电磁三 通 阀的开度 ，模 拟； 顶冷凝 器后 被冷 经塔 凝 的冷凝 液流量 的大 小随冷 量供应 情况而 变 ，不 能
被冷凝 的那 部分 物料 就隐 蔽地 并入 冷却 回水系 统从
２ ｏ 中阌高新技 ． ２ ６ ２ 术企业 ０ ２０
冷模 的情 况下 ，物 料不能实 现汽化 ， 因此 也就 无法 将 从进料 管来 的物 流一部分 上行送 到塔 顶 ，另一部
分 下行送 到塔底 ，而且每部 分 的流 量大 小都 必须能
的难 题就轻 易解 决 了。 在实 际生产中 ，ｗ 是根 据塔釜液位 的高低来确定
精馏塔物料流量仿真设计新探索
郭 霞 飞
（ 江 中控科 教 仪 器设 备 有 限公 司 ， 江 杭 州 ３ ０ ５ ） 浙 浙 １０３
摘要 ： 某企 业运 用真 实流量控 制 与虚拟 流量控 制相 结合 的设计 新 思路 巧妙 地解 决精馏 塔 气液物料 流量仿 真难 题 ，使 半 实物化 工厂 冷模 特 性与 实 际生产的各 物料 流量特 性相 吻合 ，实现 半 实物化 工厂 的精馏 塔运 行特 性的 高真仿真 。 关键 词 ： 实物化 工厂 ； 半 精馏 塔 ；气液物料流量仿 真 ；冷模 特性 ； 高真仿真 中图分类 号 ： Ｑ０ ３ Ｔ ５ 文 献标识码 ： Ａ 文章编 号 ： ０ ９ ２ ７ ２ １ １ — ０ ２ ０ １ ０ — ３ ４（ ０ ２） ６ ０ ２ — ２
其 流量 的大 小的 ，为此在 隐蔽 管线 设计 中，将 回流
根据 系统 的热 量供应 情况实 现 自动 控制 。所 以在设 计 中必须 解 决三个难 题 ：一 是在不 增加 设备 的前提 下物 料 同时 实行上 行和下行 并各 自可控 ；二 是这三 个 物料流 之 间要 随时实现物 料平衡 ，并使流 量 的大
Ｆ Ｒ Ｄ ＝“ ”＋ ，如 下 图所 示 ：
大小 作放大 还原 处理 ，使物料 的流 量 、液位 等参数 的变化规律 符合实 际生产装置 的特 点 。 再 次 ，塔顶 冷凝器 里 隐蔽 的 电磁三 通 阀的 发计 开度 受 出塔 顶冷 凝器物 料 的温 度控 制 ，如 果塔顶 冷
凝器 的冷量 供应 不足 ，将根 据： 的供应 情况 调节 冷量
小 与实际相符 ；三是各物料 能实现 自动控制 。
管和 出料管作 断 开处理 ，这样塔 釜 液位也 能有 效模
拟 了。
其 次 ， 由于我 们对 系统 替代 物料 的流量通 道进 行 了 改造 ，使 实 际 的流 量 与 工 厂装 置 的流 量不 一 致 ，因此我 们在硬 件设计 时考 虑 了两者缩 微 比例 ， 软件仿 真设 计 中需要将 实测 的流量 根据缩 微 比例 的
２ 精馏塔各物 料流量 的特 点和设 计难点
一
座精 馏塔 涉及 的物 料流 量至 少有 三个 ：进 塔
物 料流 量Ｆ 、塔底 物 料流 量ｗ 、塔顶 物 料流 量Ｄ ，如
下 图所示 ：
参数是 依靠 仿真 软件计 算得 来 ，因此能保 证实 训环
境 的安全和 无毒无 害。 为 了使化 工类 学 员进行 有效 的职业 技 术培训 和 身 临其 境 的 实操 训 练 ， 目前 普 遍采 用 的培 训 手 段
１ 半实物 仿真化 工厂的概念
所谓 半实 物 仿真化 工厂 就是 采用软 硬件 结合 的 模式 设计 化工 专业 实训操 作系 统 。软 硬结 合 的实物 仿真 装 置 ，包 括静 设备 、动设 备 、各 种 阀门 以及 相
使精 馏塔 的仿 真度大 打折 扣 。我 公 司在 新近 的几 个
仿真 化 工厂 的工艺设计 中尝试运 用真 实流量 控制 与 虚拟 流量控 制相 结合 的设计 新思 路巧妙 地解 决 了精
馏塔 气液 物料 流量仿 真模拟 的设 计难题 ，大 大提 高
了精馏塔 的仿真度 。
关 仪表 、 联锁 、现场 数据 通 讯 以及真 实 的Ｄ Ｓ 作 Ｃ操
控 制系 统 （ 仿 Ｄ Ｓ 或 Ｃ 操作 控制 系 统 ）等 。高 仿真 化 工厂 ，允许 学员对 系统所 有动 设备和 各类 阀 门进 行 真实 地操 作 ，而且 动设备 运行 时会产 生与 实 际设 备 运行 时 相 同的运 行噪音 ，使培 训学 员有身 临其境 的 现场 真 实感 ， 因此有很 强 的 “ 现场操 作感 ”。半实 物仿 真化 工厂 不进 真实物 料 ，一般用 水和 空气代 替 实际原 料 ，也没 有热源 和冷媒 ，就 是所谓 的冷模 。 流 量 、液位等 参 数是 实测 的，而温 度 、压 力等状 态
３ 解 决精 馏 塔 气 液 各 物 料 流 量 的高 仿 真 模拟
运用 真实 流量 控制 与虚拟 流量 控制相 结合 的设
计 新思路 巧妙 地解 决精馏塔 气液 各物料 流量 的高仿 真模 拟 ，具体做 法如下 ： 首先 ，将 原来 稳态 时 的Ｆ Ｗ Ｄ ＝ ＋ 的流 量 关系 变成
ＦＷＤ ＝ ＋ 。在仿 真设计 中 ，进 料流量Ｆ 替代物 料— — 用 水 的流 量来模 拟 没有任 何 困难 ；但 是塔 釜 出料 流量 ｗ 和塔 顶 出料流量 Ｄ 就有 困难 了 ，因为 在仿真 设计 中 不允许 增加 原真 实系统 中没有 的 设备和 明管 ，而在
是 应用 半 实物冷 模仿 真化工 厂进行 高仿真 实 训， 因
此 ，开 发 高仿 真 冷 模 工 厂 成 了教 仪行 业 的热 门课 题 。在 半实 物冷 模仿 真化 工厂 的工 艺设 计 中，最大 的难题 是精馏 塔 气液物 料流 量 的仿 真设计 ，各设计 公司 为 了回避这 个难 题 ，普遍 的做 法是 精馏塔 不进 仿 真物 料 ， 也 就 是 说精 馏 塔 只 是 一 个 空 的硬 件 模 型 ，没 有替 代物 料在 精馏 单元 的设备 中流动 ，这样
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隐蔽 电磁三 通 阀的开度 ，模 拟； 顶冷凝 器后 被冷 经塔 凝 的冷凝 液流量 的大 小随冷 量供应 情况而 变 ，不 能
被冷凝 的那 部分 物料 就隐 蔽地 并入 冷却 回水系 统从
２ ｏ 中阌高新技 ． ２ ６ ２ 术企业 ０ ２０
冷模 的情 况下 ，物 料不能实 现汽化 ， 因此 也就 无法 将 从进料 管来 的物 流一部分 上行送 到塔 顶 ，另一部
分 下行送 到塔底 ，而且每部 分 的流 量大 小都 必须能
的难 题就轻 易解 决 了。 在实 际生产中 ，ｗ 是根 据塔釜液位 的高低来确定
精馏塔物料流量仿真设计新探索
郭 霞 飞
（ 江 中控科 教 仪 器设 备 有 限公 司 ， 江 杭 州 ３ ０ ５ ） 浙 浙 １０３
摘要 ： 某企 业运 用真 实流量控 制 与虚拟 流量控 制相 结合 的设计 新 思路 巧妙 地解 决精馏 塔 气液物料 流量仿 真难 题 ，使 半 实物化 工厂 冷模 特 性与 实 际生产的各 物料 流量特 性相 吻合 ，实现 半 实物化 工厂 的精馏 塔运 行特 性的 高真仿真 。 关键 词 ： 实物化 工厂 ； 半 精馏 塔 ；气液物料流量仿 真 ；冷模 特性 ； 高真仿真 中图分类 号 ： Ｑ０ ３ Ｔ ５ 文 献标识码 ： Ａ 文章编 号 ： ０ ９ ２ ７ ２ １ １ — ０ ２ ０ １ ０ — ３ ４（ ０ ２） ６ ０ ２ — ２
其 流量 的大 小的 ，为此在 隐蔽 管线 设计 中，将 回流
根据 系统 的热 量供应 情况实 现 自动 控制 。所 以在设 计 中必须 解 决三个难 题 ：一 是在不 增加 设备 的前提 下物 料 同时 实行上 行和下行 并各 自可控 ；二 是这三 个 物料流 之 间要 随时实现物 料平衡 ，并使流 量 的大
Ｆ Ｒ Ｄ ＝“ ”＋ ，如 下 图所 示 ：
大小 作放大 还原 处理 ，使物料 的流 量 、液位 等参数 的变化规律 符合实 际生产装置 的特 点 。 再 次 ，塔顶 冷凝器 里 隐蔽 的 电磁三 通 阀的 发计 开度 受 出塔 顶冷 凝器物 料 的温 度控 制 ，如 果塔顶 冷
凝器 的冷量 供应 不足 ，将根 据： 的供应 情况 调节 冷量
小 与实际相符 ；三是各物料 能实现 自动控制 。
管和 出料管作 断 开处理 ，这样塔 釜 液位也 能有 效模
拟 了。
其 次 ， 由于我 们对 系统 替代 物料 的流量通 道进 行 了 改造 ，使 实 际 的流 量 与 工 厂装 置 的流 量不 一 致 ，因此我 们在硬 件设计 时考 虑 了两者缩 微 比例 ， 软件仿 真设 计 中需要将 实测 的流量 根据缩 微 比例 的
２ 精馏塔各物 料流量 的特 点和设 计难点
一
座精 馏塔 涉及 的物 料流 量至 少有 三个 ：进 塔
物 料流 量Ｆ 、塔底 物 料流 量ｗ 、塔顶 物 料流 量Ｄ ，如
下 图所示 ：
参数是 依靠 仿真 软件计 算得 来 ，因此能保 证实 训环
境 的安全和 无毒无 害。 为 了使化 工类 学 员进行 有效 的职业 技 术培训 和 身 临其 境 的 实操 训 练 ， 目前 普 遍采 用 的培 训 手 段
１ 半实物 仿真化 工厂的概念
所谓 半实 物 仿真化 工厂 就是 采用软 硬件 结合 的 模式 设计 化工 专业 实训操 作系 统 。软 硬结 合 的实物 仿真 装 置 ，包 括静 设备 、动设 备 、各 种 阀门 以及 相
使精 馏塔 的仿 真度大 打折 扣 。我 公 司在 新近 的几 个
仿真 化 工厂 的工艺设计 中尝试运 用真 实流量 控制 与 虚拟 流量控 制相 结合 的设计 新思 路巧妙 地解 决 了精
馏塔 气液 物料 流量仿 真模拟 的设 计难题 ，大 大提 高
了精馏塔 的仿真度 。
关 仪表 、 联锁 、现场 数据 通 讯 以及真 实 的Ｄ Ｓ 作 Ｃ操
控 制系 统 （ 仿 Ｄ Ｓ 或 Ｃ 操作 控制 系 统 ）等 。高 仿真 化 工厂 ，允许 学员对 系统所 有动 设备和 各类 阀 门进 行 真实 地操 作 ，而且 动设备 运行 时会产 生与 实 际设 备 运行 时 相 同的运 行噪音 ，使培 训学 员有身 临其境 的 现场 真 实感 ， 因此有很 强 的 “ 现场操 作感 ”。半实 物仿 真化 工厂 不进 真实物 料 ，一般用 水和 空气代 替 实际原 料 ，也没 有热源 和冷媒 ，就 是所谓 的冷模 。 流 量 、液位等 参 数是 实测 的，而温 度 、压 力等状 态
３ 解 决精 馏 塔 气 液 各 物 料 流 量 的高 仿 真 模拟
运用 真实 流量 控制 与虚拟 流量 控制相 结合 的设
计 新思路 巧妙 地解 决精馏塔 气液 各物料 流量 的高仿 真模 拟 ，具体做 法如下 ： 首先 ，将 原来 稳态 时 的Ｆ Ｗ Ｄ ＝ ＋ 的流 量 关系 变成