精馏塔控制

6.1.2 控制目标
——收率、能耗
回收率: Ri=P/FZi Zi— 组分i在原料中的浓度。 P—产品产量（合格即可）（非纯组分） （注意： Ri只与合格的产品产量P有关，与产品组成没 有严格关系，故回收率Ri可能大于100%） 例: Zi=50%=0.5，P/F=0.7 ∴Ri=0.7/0.5=140% 产品合格条件下，P愈大愈好，但能耗将相应增大。 实际上，产品纯度和能耗间有相当复杂的密切关系， 当进料热焓一定时，可用V/F代表能耗。V—再沸器产 生的上升蒸汽量。
内容提要



精馏塔的控制目标 精馏塔的静态特性 精馏塔质量指标的选取 精馏塔的基本控制方案
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教学重点
1、掌握简单精馏塔的控制问题与分解方法； 2、熟悉精馏塔的静态特性；
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；
3
回流泵
再 沸 器
塔底产品
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6.1.2 控制目标

控制总目标：
保证产品质量合格的前提下，使总效益最大（或 成本小，或能耗小），所以就考虑三方面： (1)质量指标（纯度） (2)产量指标（收率） (3)能耗指标（成本）
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精馏塔产品纯度、产品回收率和能耗之间 的相互关系
120
产品回收率*100%
100 80 60 40 20 0
V =2 F
4
6
8
产品回收率： 进料中每单位产品组分所能 得到的可售产品的数量； 能耗指标： 用单位进料的塔底上升蒸气 量V/F来表示；
4
6.1.2 控制目标
——质量指标
要求馏出物达到规定的质量指标。 例：二元塔 使塔顶轻组分纯度或塔底重组分纯度符合要求。
F —进料流量 Z1 —组分1在原料中的浓度 D —馏出液 Y1—组分1在馏出液中的浓度 B —釜底采出液 X1—组分1在釜液中的浓度
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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。
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6.1精馏塔的控制目标
6.1.1工艺流程
冷凝器
塔顶产品
原料 精 馏 塔
回流罐
操作目的： 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。 操作代价： 消耗能量，塔底需要 加热使塔底液部分汽 化；塔顶需要冷却使 塔顶组分冷凝。
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6.2.1 精馏塔的静态特性
——全塔物料衡算及能量衡算
总物料衡算： F=D+B 轻组分1衡算：FZ1=DY1+BX1
F, Z1
V
D, Y1
B, X1
D Z1 X 1 = F Y1 X 1
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或
B Z1 Y1 = F X 1 Y1
①改变 D/F或 B/F，X1 、Y1 随之改变。 ②若保持X1 、Y1一定，当Z1不变时，则D就随F成比例变化 （这是FFC根据）（保持D/F, B/F 不变） ③若F不变，则Z1 ↑，D应随之↑， X1 、Y1 可不变。
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6.2.1 精馏塔的静态特性
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6.2.1 精馏塔的静态特性
——内部物料衡算
ii)对精馏段，第n层以上部分作衡算
VrYn1 = Lr X n DX D
Vr = Lr D
Ln D Xn XD 或 Vr Vr
Yn 1 =
Yn1 =
Lr D R 1 Xn XD = Xn XD Lr D Lr D R 1 R 1
Lr R= 式中： 回流比 D
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6.1.2 控制目标
——质量指标
多元精馏塔： 采用“关键组分”的概念，选择某二组分。 以它在D、B中的浓度作为指标。 例：脱乙烷塔 C2H6 挥发度较大——轻关键组分。
C3H6 挥发度较小——重关键组分。 多元塔的质量指标是控制塔顶总产 品中轻关键组分含量和底部产品中重 关键组分含量。
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——全塔物料衡算及能量衡算
热衡算： H FHF = E DHD BHB 能耗与分离度S的关系：
Y1 (1 X 1 ) = ln S = ln F X 1 (1 Y1 )
看不出X1, Y1的关系。
Y1 1 X 1 定义分离度： S = X 1 1 Y1
V
: 塔的特性因子（塔结构、进料等有关）
D Z1 X 1 = F Y1 X 1
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X1, Y1就完全确定。
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6.2.1 精馏塔的静态特性
——内部物料衡算
i)进料段的物料衡算 上升汽量： Vr = Vs Fe 回流汽量： Ls = Lr F 1 e 泡点进料， e=0，进料不产生上升汽。 露点进料， e=1，进料全部汽化。 两相进料，0< e <1 过冷液相进料， e<1 过热汽相进料： e >1. 可见，进料 e 变化，影响塔内汽液相流 量，影响分离效果。
80 90 95 98 99 99.5 99.8
产品纯度*100%
定性规律：若能耗指标一定，产品纯度越高，其回收 率越低；若产品纯度一定，在一定范围内能耗指标越 高，其回收率越高。
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6.2 精馏塔的静态特性及表态影响因素
精馏塔操作的影响因素： （1）进料量 （2）进料浓度 （3）进料温度和状态 （4）塔顶采出量D （5）塔底采出量B （6）再沸器加热量 （7）冷凝器冷却量 （8）回流量温度、流量 （9）塔顶压力