精馏塔的基本控制方案

22.10.2020
a
FC 103 FT 103
F
FC
101 Vs
FT 101
LR
分
TT 101
馏 TC 塔 101
LT 101
LT 102 LC 102
D
H
LC 101
B
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常压塔工艺流程及控制方案简图(中段回流未画出)
TC
FC
101
101
TT
FT
101
101
LR
FC 103
分
FT 103
馏
F
塔
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。
精馏塔的基本控制方案
精馏塔是多变量对象，在许多受控变量和操纵变量中，选择一 种白量配对就组成了一种精馏塔控制方案。但要确定一种比较合理 的方案则很棘手。60年代中期Shinskey以灵敏度和Bristol相对增益
概 念为基本依据提出解决精馏塔控制中的变量配对问题的新方法，概 括①为三当条仅准需则要：控制塔一端的产品质量时，应当选用物料平衡方式来控
制该产品的质量； ② 塔两端产品流量较小者，应作为操纵变量去控制塔的产品质量； ③ 当塔的两端产品均需要按质量控制时，一般对含纯产品较少、杂
质较多的一端的质量控制选用物料平衡控制，而含纯产品较多、杂质
较少的一端的质量控制选用能量平衡控制。
物料平衡控制：选用顶部产品馏出物流量D或底部采出液流量B作为操
纵变量控制产品质量； 能量平衡控制：选用顶部回流或再沸器加热剂量作为操纵变量控制产
品质量。
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a
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5.3.1 产品质量的开环控制
目的：使塔顶和塔底的产品满足要求
1、固定回流量LR和再沸器加热蒸汽量VS 当进料流量F、及状态恒定时,固定
FC 103
LR和Vs，D和B就确定了。 分别控制LR和VS
F
LT
101
LC 101
Vs
LR
分
FT
101
馏
FC 101
塔
LT 102
FC 102
Vs
塔
FT
102
LT 101
FT 101 FC 101
LC
LC 102
H
101
B
D优点：控制方案简单方便 缺点：完全按物料和能量平衡关系
进行控制，在存在干扰，特别是
H
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FT FC 103 103
B
进料成分ZF的变化时，很难保证
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：
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a
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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；
保证塔顶产品质量。
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。
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2、直接物料平衡控制
方案：按精馏段指标控制塔顶馏出液D，保持Vs不变。 优点：物料平衡与能量平衡关联小，内回流稳定 缺点：控制回路滞后较大——D的改变间接通过液位控制回路来
实现对温度的控制。回流罐容积较大时，反应更慢，
FC 103 FT 103
F
FC
102 Vs
FT 102
LR
分
TT 101
馏
LC 101
B
LT 102 LC 102
D
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2、固定馏出液流量D和再沸器加热蒸汽量VS
适用于回流比LR/D较大的场合，控
FC
制D要比控制VS更有利，保证D比较平稳。
103
LR
LT 102
3、固定塔底采出量B和回流量LR 塔底液位由加热蒸汽H控制
FT 103
F
分
LC 102
馏
D
FC 103
FT 103
FT 103
F
为平衡物料蓄存量，设两液位控制
克服进料流量干扰
进料量由上一工序规定时，可以进
Байду номын сангаас
料量为主动量，回流量和蒸汽流量的比
值控制
FT
103
K1
FC 101
FT 101
FC
102 Vs
FT 102
H
F
K2
FT FC
LR
102 102
H
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VS
a
LR
分
FT
101
馏
FC 101
塔
LT 101
FC
102 Vs
FT
102
H
LC LT 103 103
LC LT 104 104
LC LT 105 105
LT 101 LC 101
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a
LT 102 LC 102
FT FC 104 104
FT FC 105 105
FT FC 106 106
常一线 常二线 常三线 常四线
B 方案特点：塔顶温度控制回流
产品纯度。
a
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5.3.2 按精馏段指标控制
当：(1) 对塔顶馏出液的纯度要求比塔底产品较高 (2) 全部为汽相进料 (3) 塔底、提馏段塔板上的温度不能很好反映产品成分变化
按精馏段指标控制 受控变量：精馏段某点成分或温度 操纵变量：塔顶回流量LR、馏出液流量D、
再沸器加热蒸汽量VS 优点：保证塔顶产品成分；
1、间接物料平衡控制 以提馏段的塔板温度来控制加热蒸汽流量
FC 102 FT 102
F
TT 101 TC 101
H
LR
分
FT
馏
101 FC
塔 101
Vs
LT 101
LC 101
LT 102 LC 102
D
B
FC 103 FT 103
F
TT 101 TC 101
H
LC LT 102 102
LR
分
FT
馏
101
塔
K
Vs
LT 101
D
FT 102
FC 102
LC 101
B
回流定值控制，方案简单， 22.10.2020 对负荷的适应能力较差。 a
回流比定值控制，对负荷的适
应性较强。
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2、直接物料平衡控制 按提馏段温度控制塔底产品采出B，同时保持回流量LR恒定 塔顶产品馏出量D由回流罐的液位控制 加热蒸汽量的大小由塔底液位控制
塔
LT 102
H
LC 102
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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
a
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5.3.3按提馏段指标的控制方案
当(1) 对塔底馏出液的成分要求较高 (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。