精馏塔自动控制系统研究
精馏塔操作及自动控制系统的改进
圈 １ 精 馏塔控 圈
递很不均匀 ， 造成精馏塔气 ． 液不平衡 ， 使灵敏板温 度变化幅度加大 ， 影响产品质量。
维普资讯
陈
彦等
精 馏塔操 作及 自动控制 系统 的改进
经 验交流
量， 灵敏板温度会大幅度下降 ， 易挥发组分很容易带 人塔釜 ， 造成后序产 品质量下降 ； 另一方面 ． 为了保 证灵敏板温度 ， 回流量下降过快 ， 使回流 比降低， 影 响分离效果 ； 同样 ， 蒸发量太小 ， 上升蒸气速度降低 ， 塔内将产生漏液现象 ， 严重影响分离效果 。
襄 １ 改进前、 后工艺指标与质量比较 蒸 汽压 塔釜压 回流量 采出量 灵敏板 产 品 优 级 ／ Ｐ ／ Ｐ ／ ｈ ／ ｈ温度 ／Ｅ 品率 ／ ｋａ ｋａ ｍ ／ ｍ ／ ￣ ％
通过 调节 、 控制 ， 然有 一定 效果但 仍存 在许 多 虽
问题 。
（１ １ 在操 作过程 中表现 出 比较被 动 ， 作 频繁 ， 操 增 加 了劳动强 度 。 （） ２ 需要 特殊操 作技 能高 ， 但每个 操作 人员水 平 不同， 调节 幅度不一 ， 以避 免出现灵 敏 板温度 瞬 间 难
（） １ 当外 界蒸 汽压 力突然 升高 ， 釜难 挥发组 分 塔
蒸发量增加 ， 灵敏板温度上升 ， 必须采取加大回流量 来控制灵敏板温度 ， 保证塔顶产品质量 ； 但在实际操 作 中蒸 发量 过大 ， 造 成液 沫夹带 ， 果 造成气 液 则会 结 两相之问传质效果降低 ， 严重影响产品的质量； 严重 时还会产生液泛现象 ； 另外蒸汽压力变化是没有规 律的 ， 通过回流量控制灵敏板温度有滞后现象 ， 致使 产品中难挥发物含量增加 ，或使易挥发物带人后系 统， 影响后序产品质量 。 （） ２ 当外界蒸汽压 力突然下降 ， 塔釜难挥发组分 蒸发量减少 ，灵敏板温度下 降，若不及时减少回流
乙烯精馏塔自动控制系统简介
乙烯精馏塔自动控制系统简介精馏过程的实质，就是利用混合物中各组份具有不同的挥发度，即在同一温度下各组份的蒸汽压不同这一性质，使液相中的轻组份转移到汽相中，而汽相中的重组份转移到液相中，从而实现分离的目的。
乙烯精馏塔是乙烯装置分离系统的关键设备。
他的控制方案是否合理，先进，将直接影响乙烯产品的产量与质量。
因此，了解精馏塔的自动控制情况很有必要。
标签：乙烯精馏塔；自动控制系统乙烯精馏塔的主要作用是生产合格的乙烯产品，重要参数是侧线乙烯产品中乙烷含量，侧线液体乙烯产品合并直接送至储罐FB-401A-F，从储罐可分别送至高压乙烯产品系统和低压乙烯产品系统。
装置二期改造后，用并联的两台乙烯精馏塔EN-DA-402和ES-DA-2402进行乙烯精馏。
1 精镏塔的控制目的①质量指标：对于一个二元精镏塔，其质量指标是，在保证塔顶产品和侧线采出符合规定的纯度的同时，塔底应尽量少带塔顶轻组分，以减少损失；②物料平衡：塔顶馏出物+釜液采出量=进料量。
而且这两个采出量变化应比较平稳，以保证上下工序的平稳操作。
此外，塔内压力恒定与否对塔的物料平衡有很大影响；③热平衡：进入精馏塔各物料带进去的热量和离开系统带走的热量相等；④约束条件：为了使塔正常操作，必须满足一些约束条件，例如塔的操作压力必须稳定，否则将破坏物料平衡，为了系统的安全稳定运行，必须设置一些诸如联锁、超弛等保护系统。
2 精馏塔的压力控制系统每个精馏塔的操作均是在压力维持恒定的前提下进行的。
压力如果不恒定，会影响每块塔板上气液平衡条件和塔的物料平衡，会使塔的正常操作受到破坏，从而引起产品质量的恶化。
对于乙烯精馏塔来说，其塔压控制过程为：一般情况下，乙烯精馏塔的压力由压力控制器（PRCA-421），通过调整塔顶冷凝器EN-EA-405的丙烯冷剂流量，以改变气相冷凝速度来使塔压恒定；同时又和LC501组成高液位超弛控制系统，保证冷凝器液位不致过高，从而保证压缩单元的稳定操作。
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。
精馏塔的自动控制
2
1
2.保证平稳操作
第三节 精馏塔的自动控制
第三节 精馏塔的自动控制
为保证正常操作，需规定某些参数的极限值为约束条件。
第三节 精馏塔的自动控制
节能要求和经济性 在精馏操作中，质量指标、产品回收率和能量消耗均是要控制的目标。 其中质量指标是必要条件，在质量指标一定的前提下，应在控制过程中使产品产量尽量高一些，同时能量消耗尽可能低一些。
提馏段温控的主要特点与使用场合：
第三节 精馏塔的自动控制
2.精馏塔的精馏段温控
第三节 精馏塔的自动控制
以精馏段温度作为衡量产品质量的间接指标，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
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。
为了保证塔的平稳操作，必须把进塔之前的主要可控干扰尽可能预先克服，同时尽可能缓和一些不可控的主要干扰。
为了维持塔的物料平衡，必须控制塔顶馏出液和釜底采出量，使其之和等于进料量，而且两个采出量变化要缓慢，以保证塔的平稳操作。
塔内的持液量应保持在规定的范围内。控制塔内压力稳定，对塔的平稳操作是十分必要的。
第三节 精馏塔的自动控制
一、工艺要求
1.保证质量指标
对于一个正常操作的精馏塔，一般应当使塔顶或塔底产品中的一个产品达到规定的纯度要求，另一个产品的成分亦应保持在规定的范围内。为此，应当取塔顶或塔底的产品质量作被控变量，这样的控制系统称为质量控制系统。 质量控制系统需要能测出产品成分的分析仪表。
第三节 精馏塔的自动控制
图10-44 ΔT-x曲线
温差与产品纯度之间并非单值关系。
精馏塔控制系统设计
精馏塔控制系统设计精馏塔控制系统是指用于控制精馏装置运行的自动化系统。
精馏塔是化工过程中常用的一种分离设备，用于将混合物按照不同组分进行分离，并获得精馏产品。
精馏塔控制系统设计的目标是实现对塔内温度、压力、流量等参数的自动调节，以保持塔的稳定运行和达到设定的产品品质和产量要求。
1.系统的安全性：由于精馏塔操作涉及到高温高压的条件，系统的安全性是首要考虑因素。
安全系统应该能及时发现并处理可能的危险情况，如超压、超温等，确保塔内的操作条件始终处于安全范围内。
2.过程控制策略：根据塔的物料性质和操作要求，设计合理的控制策略。
常见的控制策略包括温度控制、压力控制、流量控制等。
需要根据塔内的反应动力学特性和传热传质特性来优化控制策略，比如采用多变量控制或者模型预测控制等。
3.仪表设备选型：根据控制策略选择合适的仪表设备，如温度传感器、压力传感器、流量计等。
仪表设备应具有高精度、稳定性好和耐高温高压等特点，以满足精馏塔操作的要求。
4.控制系统架构设计：根据控制策略和仪表设备的选择，设计控制系统的架构。
控制系统通常包括传感器、执行器、控制器和通信网络等部分。
传感器用于测量塔内的物理参数，执行器用于调节塔内的操作条件，控制器用于处理传感器的测量信号并确定下一步的控制策略，通信网络用于传输和共享数据。
5.监控系统设计：精馏塔的操作过程需要实时监控，及时发现和处理异常情况。
监控系统应能对塔内各项参数进行实时显示和记录，并提供报警、故障诊断和数据分析等功能。
监控系统可以采用人机界面、数据采集系统、故障诊断系统等多种形式。
在精馏塔控制系统的设计中，需要充分考虑各种可能的操作变量、工艺的稳定性、产量和能耗等方面的要求。
通过合理的控制系统设计，可以实现对精馏塔的准确控制，提高产品质量和产量，降低能耗和运行成本。
精馏塔控制和节能优化研究综述
173经济全球一体化以来，人们的生活质量以及生活水平逐渐提升，对石油化等工业需求越来越高，对产品纯度的需求也在逐渐提升，使精馏有了更加广泛的应用。
为了与绿色、节能理念相契合，给精馏过程带来了新的挑战，对精馏过程进行严格的控制以及优化是十分重要的。
但是，在对精馏塔进行控制以及节能优化之前，必须有效确保整个精馏过程中所生产的产品质量，只有产品达到了相关标准，才可以进行装置优化，从而降低能耗、有效提升回收率，做到将成本最大化的转变成经济效益。
1 精馏原理以及操作过程精馏就是将一定浓度的液体输送到精馏装置中，常见的精馏设备就是图1所示的连续精馏装置。
精馏装置主要分为五个大部分：一是精馏塔；二是冷凝器；三是再沸器；四是回流罐；五是回流罐。
连续精馏装置的工作原理是由进料泵将溶液供给到精馏塔，由于溶液中的液体沸点不同，就会将溶液分为低沸点组和高沸点组，低沸点组也就是易挥发组会因为汽化而向上升腾；高沸点组会因其难挥发而向下流淌，并与向上升腾的蒸汽在塔板之间发生接触，从而实现相际传质[1]。
在相对恒压的条件下，若对单组液体进行持续加热，温度并不会出现变化，但是，在对混合溶液进行沸腾后持续加热，其温度必然会发生变化。
在恒压的条件下，溶液的组分情况会与气相平衡有着密切的联系，其中组分的沸点与浓度成正比，沸点越高浓度就会越高，当然平衡温度也就会更高。
与纯物质相比，混合溶液中液相与气相均处于平衡状态下的温度是不一样的。
当沸点高的液体流到釜液泵后，就会成为塔底产品，而沸点低的液体就会成为塔顶产品，这两段操作的结合，可以将混合溶液中的液体分为两个部分，并进行分离，从而精馏出两种所需纯度的产品。
精馏可以将混合物液体进行分离，主要利用的就是液体的沸点不同，通过汽化以及冷凝的方式，经过精馏装置对其进行反复冷凝以及汽化，从而有效的不同组分的液体完全分离。
所以，整个精馏过程其实就是进行多次汽化、多次冷凝的过程，并且，溶液会在汽化以及冷凝的过程中会吸收和释放大量的热量，因此精馏装置必须具备冷凝器以及再沸器等装置给予辅助，从而实现整个精馏装置的完整运行，从而得到预期塔顶以及塔底的产品[2]。
精馏塔PID控制系统简介
精馏塔PID控制系统简介一、PID控制系统单回路控制系统通常是指由一个检测元件及一个变送器、一个控制器、一个执行器、一个被控对象所组成的一个闭合回路的控制系统，又称简单控制系统或单参数控制系统。
单回路控制系统是所有过程控制系统中最简单、最基本、应用最广泛和最成熟的一种，约占控制回路的80%以上，适用于被控对象滞后时间较小、负荷和干扰变化不大、控制质量要求不很高的场合。
控制器在冶金、石油、化工、电力等各种工业生产中应用极为广泛。
要实现生产过程自动控制，无论是简单的控制系统，还是复杂的控制系统，控制器都是必不可少的。
控制器是工业生产过程自动控制系统中的一个重要组成部分。
它把来自检测仪表的信号进行综合，按照预定的规律去控制执行器的动作，使生产过程中的各种被控参数，如温度、压力、流量、液位、成分等符合生产工艺要求。
主要介绍在工业控制中有一定影响力的DDZ-Ⅲ型控制器的控制规律、构成原理和使用方法。
二、控制器的控制规律：在自动控制系统中，由于扰动作用的结果使被控参数偏离给定值，从而产生偏差，控制器将偏差信号按一定的数学关系，转换为控制作用，将输出作用于被控过程，以校正扰动作用所造成的影响。
被控参数能否回到给定值上，以怎样的途径、经过多长时间回到给定值上来，即控制过程的品质如何，不仅与被控过程的特性有关，而且也与控制器的特性，即控制器的规律有关。
所谓控制器的控制规律，就是指控制器的输出信号与输入信号之间随时间变化的规律。
这种规律反映了控制器本身的特性。
控制器的基本控制规律由比例（P）、积分（I）、微分（D）三种。
这三种控制规律各有其特点。
三、精馏塔主要测量控制点的测控方法、装置和设备的报警连锁简介1、塔釜上升蒸汽量的控制：塔釜上升蒸汽量是由塔釜加热电压来决定的，控制塔釜加热电压即可控制塔釜上升蒸汽量执2、回流比控制：3、塔釜液位控制液位设置有上、下限报警功能：当塔釜液位超出上限报警值时，仪表输出报警信号给塔釜常闭电磁阀，电磁阀接收到信号后开启，塔釜排液；当塔釜液位降至上限报警值以下时，仪表停止输出信号，电磁阀关闭，塔釜停止排液。
甲醇精馏装置中先进控制的应用研究
甲醇精馏装置中先进控制的应用研究先进控制系统的成功实施有效克服了甲醇精馏生产过程中因管网蒸汽波动较大，塔釜热源关联性强等控制难题，提高了装置的自动化水平，降低了重点工艺参数的波动;同时解放了操作人员，降低了劳动强度，为岗位融合创造条件。
标签：甲醇精馏装置;先进控制;应用1先进控制系统的特点经过对先进控制实践应用的交流，万华化学（宁波）有限公司（以下简称万华化学）选用应用较为广泛的模型预测控制系统，其使用的PA VILION8控制软件系统是集合经验模型和机理模型的复合模型平台，该系统具有以下几方面的特点和内容。
（1）多變量、非线性优化控制算法的模型预测。
以预测模型、滚动优化和反馈校正3项基本原理为基础，其预测模型为对象的动态信息阶跃，经过一定的时域在单位阶跃控制作用产生阶跃响应的稳定值之间的算法;其滚动优化即通过对跟踪误差和控制量变化进行抑制，计算出优化后的控制增量作用于实际控制对象，到下一时刻，系统再次执行计算优化以作用于对象，如此反复在线进行实现滚动优化;其反馈校正即是下一时刻输入时，首先检查本时刻的计算输出和实际输出的误差，采用时间序列方法将预测误差修正到下一时刻的初始输入值，如此形成系统实际基础上的闭环控制算法[2]。
（2）系统由数据接口、数据服务器、控制器客户端和图形界面客户端4大部分组成：①数据接口负责完成底层控制系统和数据服务器之间的通讯工作，将软件应用中需处理的读入/写出数据通过各种驱动程序翻译成底层控制系统认可的方式;②数据服务器完成数据接口服务器与控制器客户端，及与图形界面客户端之间过程变量和参数的通信、缓存和传送功能，是控制系统与DCS之间的数据连接桥梁;③控制器客户端运行动态模型和控制器/优化器功能，其定义了被控变量（CV）、操纵变量（MV）和干扰变量（DV），通过有效的实时优化策略计算出操作变量的设定值和被控变量的预测值，使被控变量尽可能地接近目标值或者保持在约束条件内，以实时优化控制生产过程，称为主服务器;④图形界面客户端提供监控画面，可以管理应用程序，可让操作员或工程师设置控制参数等日常操作和维护，只与数据服务器通讯，可视化的界面更便于识别机遇，降低成本，提高决策的及时性和准确性。
(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DCS控制系统设计部分课程介绍及要求
精储塔DCS控制系统设计部分一、课程介绍及要求1硬件部分针对现有的水一乙静实验用精储塔，设计开发一套DCS控制系统，并完成后续的实验内容。
对硬件系统具体的要求包括：（I）针对现有实验用精储塔，统计信号点，进行硬件选型，设计控制站机柜；（2）,完成控制站内部卡件的组装、连接、配电；将实验用精储塔装置的输入输出信号正确接入控制站（10接入端口自主分配）；（3）完成DCS操作站和控制站的网络连接，实现控制系统的组态和监控。
2软件部分（1）根据DCS系统的拓扑结构完成控制系统的结构组态（设1个控制域、1个操作域）；（2）完成控制站的硬件、位号、流程图设计、用户程序的组态；（3）完成操作站监控程序的组态；（4）能正常运行监控程序完成相应实验。
3功能部分（1）操作站监控程序功能：能查看系统总貌、数据一览，能正确显示工艺流程，能完成实验的各项操作（控制参数设置、手自动切换、手动操作）以及趋势图显示等功能；（2）控制部分能够完成实验要求的内容（具体实验要求见后续的任务书）；二、分组安排本次实验一共可以安排60人进行实验。
实验分四大组，每一大组又分成3小组，每一小组设一个组长，负责分工协调，要求每个小组成员都要完成相应的工作量，在最后的答辩阶段要做相应的陈述。
每组每周在实验室的时间不少于2个整天（4个半天）。
三、实验预约及开放时间请在开学后第一周的第二天上午8:00后登陆“浙江大学实验管理系统”进行分组选择和实验预约。
周五上午&00实验预约截止。
实验前的大课时间及地点请随时关注控制学院实验中心网站O上的通知。
PLC控制系统设计部分一、课程介绍及要求主要结合CS4000型过程控制实验装置和电机，应用西门子S7-200和300系歹IJPLC组网通信，设计和开发一套较完整的自动控制系统，实现开关量顺序控制和模拟量输入输出及过程控制功能，主要控制任务包括（详见上课时下发的《实验任务书》：（1）电机控制功能：电机1：Y-△启动控制；电机2：变频器变频控制（2）水箱温度控制功能（单回路控制、串级控制）（3）水箱液位控制功能（单回路控制、串级控制）（4）其他相关控制要求1硬件部分设计一套PLC控制系统，完成以上实验内容的控制，硬件系统具体包括：①一个中央机架和一个扩展机架,接入所有控制所需IO信号（IO接入端口自主分配）；②一套PC操作站（兼工程师站），实现控制系统监控和组态；③一台触摸屏，实现控制系统的监控：④主控系统与一套S7200PLC通信，通过200PLC控制若干指示灯;主控系统与S7200集成方式可以是DP或GPRS可选。
过程控制课程设计
辽宁工业大学过程控制系统课程设计（论文）题目：精馏塔塔内压力控制系统设计院（系）：专业班级：学号：学生姓名：指导教师：起止时间：课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院教研室：测控技术与仪器注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘要精馏塔是石油、化学加工工业(CPI)中使用量最大、能耗最高、应用面极广的分离单元操作设备。
本设计采用单回路控制系统对塔内压力进行实时控制，采用PID算法的DTZ—2100控制器对HK-613系列通用型压力变送器采集到的塔内压力值进行处理，并将控制信号传递给ZXS型新系列气动薄膜角形单座调节阀，令其对冷却量进行控制，从而达到对塔内压力的控制。
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，或使总收益最大生产设备自动化程度的提高，有利于降低工厂成本、促进生产线的柔性化和集成化，有利于提高产品的产量、质量以及产品的竞争力。
从某种意义上说，高效的精馏塔控制技术为我们创造了不可忽视的经济效益和社会效益。
关键词：精馏塔；分离单元；PID算法目录第1章绪论研究背景及意义精馏是化工、石油化工、炼油生产过程中应用极为广泛的传质传热过程。
而石油化工是基础性产业，它为农业、能源、交通、机械、电子、纺织、轻工、建筑、建材等工农业和人民日常生活提供配套和服务，在国民经济中占有举足轻重的地位，在现代生活中，几乎随时随地都离不开化工产品，从衣、食、住、行等物质生活到文化艺术、娱乐等精神生活，都需要化工产品为之服务。
精馏的目的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的纯度要求。
精馏过程的实质是利用混合物中各组分具有不同的挥发度，即同一温度下各组分的蒸汽分压不同，使液相中轻组分转移到气相，气相中的重组分转移到液相，实现组分的分离。
1.精馏过程的核心在于回流，而回流必须消耗大量能量。
降低能耗是精馏过程发展的重大课题。
除了选择经济上合理的回流比外，主要的节能措施有：热泵精馏。
精馏塔自动控制系统设计
内蒙古化工职业学院毕业设计（论文、专题实验）任务书摘要精馏塔是石油化工、医药等领域常见的生产过程装备,是较为典型的单元生产过程,精馏塔的过程变量多,各变量之间关系复杂,本文通过对精馏塔工艺、生产过程中主要的扰动变量进行分析,引出提馏段温度控制方案、精馏段温度控制方案,为工程技术人员设计精馏塔过程控制系统提供参考蒸气由塔底进入。
蒸发出的气相与下降液进行逆流接触，两相接触中，下降液中的易挥发(低沸点)组分不断地向气相中转移，气相中的难挥发(高沸点)组分不断地向下降液中转移，气相愈接近塔顶，其易挥发组分浓度愈高，而下降液愈接近塔底，其难挥发组分则愈富集，从而达到组分分离的目的。
由塔顶上升的气相进入冷凝器，冷凝的液体的一部分作为回流液返回塔顶进入精馏塔中，其余的部分则作为馏出液取出。
塔底流出的液体，其中的一部分送入再沸器，加热蒸发成气相返回塔中，另一部分液体作为釜残液取出。
精馏的基本原理是将液体混合物多次部分气化和部分冷凝,利用其中各组份挥发度不同的特性，实现分离目的的单元操作。
蒸馏按照其操作方法可分为：简单蒸馏、闪蒸、精馏和特殊精馏等。
精馏的基本原理是将液体混合物部分气化,利用其中各组份挥发度不同（相对挥发度，α）的特性，实现分离目的的单元操作。
蒸馏按照其操作方法可分为：简单蒸馏、闪蒸、精馏和特殊精馏等。
本节以两组分的混合物系为研究对象，在分析简单蒸馏的基础上，通过比较和引申，讲解精馏的操作原理及其实现的方法，从而理解和掌握精馏与简单蒸馏的区别（包括：原理、操作、结果等方面）。
近年来出现的超重力精馏技术，使巨大的塔设备变为高度不到2米的超重力精馏机，达到增加效率、缩小体积的目的。
关键词：精馏原理，精馏塔，工艺，过程控制目录第一章精馏塔概述 (5)1.1精馏塔控制的研究背景及意义 (5)1.2精馏塔控制系统的目的 (5)第二章生产工艺 (8)2.1工艺流程的说明 (8)2.2精馏塔的控制要求及主要干扰 (11)2.3精馏塔的装置的工艺流程 (14)第三章自动装置的确定 (15)3.1PLC、DCS、FCS的发展 (15)3.2PLC、DCS、FCS的特点 (16)3.3PLC、DCS、FCS的差异 (17)第四章精馏塔控制方案设计 (20)4.1控制方案和回路的设计 (20)4.2精馏塔控制要求 (24)4.3精馏塔工艺因数影响及系统维护 (25)第五章检测仪表、执行机构和辅助仪表的选型 (27)5.1如何选择检测仪表和调节阀 (27)5.2变送器和流量仪表的选型 (27)5.3物位测量仪表的选择 (30)附录 (33)参考文献 (34)致谢 (35)第一章精馏塔概述1.1 精馏塔控制的研究背景及意义精馏操作是炼油、化工生产过程中的一个十分重要的环节。
精馏塔控制系统
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。
精馏过程是在一定约束条件下进行的。因此，精馏塔的控制要求可从质量指标、产品产量、能量消耗和约束条件四方面考虑设置必要的控制系统。
⑴、产品质量控制
精馏塔的产品质量是指塔顶或塔底产品的纯度。通常，满足一端的产品质量，即塔顶（或塔底）产品达到规定纯度，而另一端产品的纯度维持在规定范围内。
（3）冷凝器：它的作用是使塔顶蒸汽冷凝，以其部分冷凝液作为回流，以建立塔板间的内部回流，其作部分即为塔顶产品。
精馏塔都采取中部进料，进料板把全塔分成二段：进料板以上叫做精馏段；进料板以下称提馏段。在精馏段，上升蒸汽中的高沸点组分转变成液体，液体中的低沸点组分转变成蒸汽，完成上升蒸气低沸点组分的精制。在提馏段，下降液体中的低沸点组分转变成蒸汽，蒸汽中的高沸点组分转变成液体，完成下降液体高沸点组分的提浓。
⑤、连续精馏：多用于大批量工业生产中。
⑥、常压蒸馏：蒸馏在常压下进行。
⑦、减压蒸馏：常压下物系沸点较高或热敏性物质不能承受高温的情况
⑧、加压蒸馏：常压下为气体的物系精馏分离，加压提高混合物的沸点
⑨、多组分精馏：例如原油的分离。
⑩、双组分精馏：如乙醇-水体系,苯-甲苯体系等。
２、精馏-1所示：
⑵、物料平衡控制
进出物料平衡，即塔顶、塔底采出量应和进料量相平衡，维持塔的正常平稳操作，以及上下工序的协调工作。物料平衡的控制是以冷凝液罐（回流罐）与塔釜液位一定（介于规定的上、下限之间）为控制目标的。
⑶、能量平衡控制
输入、输出能量应平衡，使塔内操作压力维持稳定。
⑷、约束条件
精馏过程是复杂传质传热过程。为了满足稳定和安全运行，必须使某些参数限制在约束条件之内。常用的限制条件有液泛限、漏液限、操作压力限和临界温度限等。
精馏的自动控制方案
3.温差控制及双温差控制
产品纯度需要很高时，组分间相对挥发度差值很
小，组分变化不大，然而微小的压力变化波动会 造成明显的温度变化。就破坏了温度和组分的对 应关系。温度作为被控变量。提馏段温控得不到 很好的效果，应当采用温差控制。 每一温差有两个不同的组分浓度，最高点左侧部 分对应的塔底产品纯度较高，右侧偏高。
产品产量: 产品的回收率提高 能量消耗: 主要包括再沸器的加热两和冷
凝器的冷却量消耗，此外，塔和附属设 备及管线也要散失部分能量。
精馏塔生产约束条件
塔内气体流速过低时，对于某些筛板精馏
塔会产生漏夜现象，会影响塔板效率。塔 内气体流速过高时，易产生泛液，将完全 破坏塔的操作。 每个精馏塔都有一个最大操作压力限制。 超过这个压力，塔的安全就没有保障。
对于再沸器受塔压和再沸器中液相介质最
大汽化率的影响，其两侧温差不能超过临 界温差，否则传热量降低。
冷凝器冷却能力影响最大的是冷却介质的
温度
精馏塔的干扰因素
精馏塔中静态关系的分析 影响精馏塔操作质量指标的因素
阀前压力的变化 环境压力的变化 再沸器加热剂热量的变化 进料温度TF及进料热量QF的变化 进料成分ZF的变化 进料流量F的波动
2.精馏段指标的控制方案
前提条件：塔顶出料的成分要求高于釜底出料时，或者全
部为气相进料时，或塔底提馏段板上的温度不能很好地反 映产品组分变化时，则有采用精馏段控制。精馏段温度也 是衡量质量指标的间接指标，它是以改变回流量作为控制 手段的方案。 精馏段温控 （灵敏板是指塔的操作受扰动或控制作用时，物料组分和 温度变化最大的那块板。） 精馏段塔板温度的被控变量，回流量为操作变量。 对进料量，塔压，塔底采出量，塔顶馏出液的控制方案。
-精馏塔操作常见问题详解
1.精馏塔操作及自动控制系统的改进问：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.我们在讨论精馏塔的控制方式，主要分析的是工艺系统对塔的影响，公用工程几乎不对内部有制约。
实际上也是如此.举例分析：蒸汽系统的压力突然变化的系数要远远小于一个精馏塔内部压力变化的系数，也就是说蒸汽系统的压力对比塔压是更趋于稳定；基于这个原因塔压的控制才可以串级控制再沸器的进入蒸汽流量。
如果发现蒸汽系统的压力发生了变化，塔压基本没法和加热蒸汽流量串控了。
第二塔的压差基本只是一个参考数据，一般不对塔压差进行控制。
尽管塔压差过高我们要采取一定的措施。
DCS/SCS/APC等技术伴随着大容量的工业电脑的应用，投入成本逐渐下降，精馏塔的高级智能控制也成为可能,比如APC/SCS等技术，精馏产品纯度也得到保证。
可是这些系统其实很脆弱，由于影响这些先进控制的外来因素的影响,DCS操作工随时都可能摘除这些控制，回到DCS的水平，进行人工干预.问:个人认为首先蒸汽压力的波动可以直接影响釜温和塔釜压力的不稳定,同时造成塔内压差的波动，在锅炉补水或蒸汽温度变化的情况下如果不即时去调节蒸汽量来稳定塔内压差的话，很有可能造成反混和塔釜轻组分超标现象。
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2013年第5期精馏塔自动控制系统研究冯旭(中沙（天津）石化有限公司天津摘要：本文主要对板式精馏塔中的参数操作控制进行了研究。
本文首先分析了板式精馏塔的工作约束条件，对其中的主要参变量的属性特点及相互关系进行了讨论，然后就如何通过自动控制系统对板式精馏塔中各控制内容进行控制进行了详细讨论，最后就精馏塔相关技术和性能的优化方向做了简要介绍。
关键词：板式精馏塔；工作约束条件；自动控制；优化板式精馏塔具有生产能力大、操作稳定、清洗维修简单等优点，被广泛应用于化工生产中对混合物进行分离。
在石油精馏过程中，利用石油中不同成分挥发度不同的特点进行多级气化和冷凝可以将石油混合物中的多种组份进行分离。
实际应用中会涉及到较多的物质成分精馏和操作步骤处理，故在板式精馏塔的操作和控制过程中要根据实际操作环境和精馏要求采取适当的操作工艺，增强精馏控制效果，保证分离产品的纯度。
一、精馏原理概述精馏技术就是将需要进行组份分离的混合溶液利用特定的输入装置输入到精馏装置内如精馏塔。
在精馏塔内，混合物受到一定的压力、温度等的影响出现组份的分离，进而在精馏塔顶和精馏塔底分别出现含有不同组份的分离物，对塔底的分离物排出或利用回流泵让其重新回到蒸馏塔中进行组份分离、对塔顶的分离物冷凝等操作即可获得相应的生产产品。
在石油化工生产中精馏过程需要使用到精馏塔、再沸器、冷凝器、回流泵和回流罐等器材和设备。
用于对混合物进行精馏的精馏塔可以按照如下几种规则进行分类。
若根据塔的组成结构对现有精馏塔进行分类可以将其分为板式精馏塔和填充材料塔两种；若根据塔的功能实现对现有精馏塔进行分类可以将其分为二元精馏塔馏塔和多元精馏塔；若根据原料添加方式对现有精馏塔进行分类可以将其分为连续式精馏塔和间歇性精馏塔；若根据可精馏原料对现有精馏塔进行分类可以将其分为一般精馏塔和特殊精馏塔；若根据精馏塔工作压力对现有精馏塔进行分类可以将其分为负压精馏塔、常压精馏塔、高压精馏塔三种。
本文主要研究板式精馏塔工作中不同参数如进料方式、精馏压力、塔釜温度等对精馏操作和控制的要求和影响。
二、板式精馏塔工作约束条件分析２．１、塔釜温度通常情况下，当操作压力一定时，提升塔釜温度可以有效提升气化物质的上升速度，进而提高物质传输效率。
对塔釜温度控制的操作主要集中在平衡操作方面，无论所获得的产品由塔顶气体冷凝获得，还是由塔釜排出物获得，都应该尽量保证塔釜排出物中易挥发组份维持在较低水平，也就是保证精馏精度，减少物质损失。
特别是在塔釜温度的平衡操作过程中若突然出现温度升高等突变情况，而相应的压力未得到及时调整很容易导致塔釜液被蒸空，出现气液组份的变化，致使产品精度变差甚至不合格。
２．２、操作压力塔釜压力和温度是一对相互关联量，在操作温度确定时，适当的提升塔釜内压力可以有效促进混合物中易挥发物的挥发，进而提高精馏塔的生产效率。
但是需要注意的是，在精馏塔的操作过程中应该保证塔釜的压力与温度处于相对稳定的状态，避免出现对操作压力或操作温度额破坏，消除化工生产产品不合格情况的出现。
２．３、加料温度在对精馏塔进行加料时存在两种情况，分别为冷液进料和饱和蒸汽进料。
其中，冷液进料过程中由于加料温度低于加料板温度，一旦物料进入精馏塔便立即进入提馏段，使得提馏段内的负荷增加。
饱和蒸汽进料过程中加料温度高于加料板温度，一旦物料进入精馏塔便立即进入精馏段，使得精馏段的负荷增加。
在进行产品生产中需要根据生产要求选择和控制适当的加料温度。
２．４、加料量与组份变化影响精馏塔内蒸气压力、气化水平的另一个关键因素是精馏塔加料量。
加料量的不同会直接影响精馏塔内蒸气的含量。
若加料量过低，则会降低塔内蒸气速度，提升对塔釜操作的要求精度，操作不当容易使精馏效率下降，这种情况下为保证塔釜工作在正常状态，可适当增大回流比。
加料中的各组份的占比对精馏塔的操作方式以及产品质量同样具有重要影响。
若加料中重组份的浓度较高则会对精馏段带来较大的负荷，若加料中易挥发组份浓度较高则会对提馏段带来较大的负荷，在实际操作过程中需要根据各成分的占比制定适当的操作内容，如加料口调整，塔釜温度与压力调整等，保证精馏操作的稳定。
三、精馏塔的操作控制３．１、变量控制在精馏塔的操作过程中涉及的变量可被分为操纵变量、被控变量以及干扰变量。
其中，操纵变量包含塔底排出物流量、塔顶冷凝液流量、回流量、塔釜加热蒸汽量、冷却量等；被控变量包含塔底液位与产品浓度、塔顶蒸气浓度、塔内压力、贮罐液位等；干扰变量由可控的进料流量、温度与不可控的进料成分、大气压力、环境温度等构成。
三种变量的关系为：操纵变量与被控变量是主从关系，但是两者之间又是相互影响，相互作用的，可通过调节各变量因素使精馏塔处于适当的工作状态。
干扰变量则是上述两种变量的一种外部干扰因素，需要通过优化操作控制方式等降低其对整个精馏过程的影响，保证精馏控制系统处于最佳工作状态。
３．２、平衡控制在精馏过程中需要严格控制精馏塔的物料与能量的平衡，一方面通过控制物料的平衡促进进料中需要分离的产品按照要求得到分离，同时减少塔底排出物中含有需分离产品的浓度；另64一方面通过不断调整和干预塔釜内不同参数的状态来解决精馏塔操作过程中积累的多种问题或对塔内状态进行整定。
这种平衡控制通常是由自动控制系统完成的。
３．３、产品成分控制精馏塔工作效果的最主要衡量指标就是产品的纯度。
为保证各产品的纯度必须要通过自动控制系统对精馏过程中的产品流量、回流量、蒸发量等进行监测和控制。
常用的产品成分控制方法有温度控制法、分析仪器法和软测量推断控制法。
鉴于现代化信息技术在工业控制中得到了广泛应用，且其控制精度较高，实现成本较低，故软测量推断控制法得到了广泛的关注和应用。
３．４、冷凝器与精馏塔压力控制对于常压塔或负压塔，塔顶冷凝器有气体排出即可保证塔内压力与大气压相同状态或低于大气压，进而使混合物分离。
但是对于高压塔，需要设计和使用压力联锁控制回路来控制冷凝器降低精馏塔塔内压力，实现混合物的分离。
4、精馏塔节能优化与控制优化发展方向分析板式精馏塔虽然装置较为简单，但是在使用生产过程中的能量损耗较大，需要投入的精力和成本较高，不同变量之间存在复杂的相互关系，故必须考虑如何对板式精馏塔进行节能优化和控制优化，在保证产品质量的前提下降低生产运行成本提升经济效益。
在精馏塔的节能和控制优化研究方面，人们主要在工艺流程和操作参数两方面进行了研究。
在工艺流程优化方面有：使用高效规整填料替换普通板式填料；优化进料位置；改善冷凝器和再沸器工作状态和工作精度；使用特殊精馏或多效精馏技术替代传统精馏技术等。
在操作参数优化方面通常会根据实际精馏系统建立控制模型，进而制定多种离线优化算法对装置进行性能优化。
但是对于操作参数的优化复杂度较高，在线优化深度不够，考虑变量较少，优化效果有限。
综合来看，上述优化方案中大部分仍处于实验室或理论分析阶段，还未获得实质性的应用实践。
而工程实践中可应用的，对精馏塔的优化主要集中在如何降低精馏塔的能源消耗，提升控制精度和控制效果等内容。
如（1）根据实际工作环境和工作状态更加精确的对冷凝器与再沸器的换热效果进行制定，提升产品纯度和品质；（2）优化现有精馏工艺和精馏流程，添加更多更高效的技术到精馏塔精馏过程中；（3）分析板式塔在原料填充方面存在的缺陷和不足，使用更加高效的填充材料对其进行替换；（4）应用计算机技术和传感器技术对精馏塔进行自动化控制，提升各项操作和各平衡节点的精度，全面消除人为操作存在的误差影响。
总结市场竞争的加剧与现代信息技术特别是集成控制系统的发展使得石油化工生产过程中的精馏塔操作和控制过程引入了先进的计算机控制系统，现代化工业生产控制系统如DCS系统等可以有效提升精馏生产设备的工作效率，降低生产过程所需的能源消耗，控制产品精度和产品质量，推动先进精馏技术在化工精馏中得到应用，促使化工企业向更好更好的方向发展，实现经济效益的持久性提高。
参考文献[1]吴昌祥.板式精馏塔的操作[J].化学工程师,2007(9)[2]杨宇,张斌.在线板式精馏塔设计软件的开发[J].荆门职业技术学院学报,2008,23(3)[3]薛美盛,祁飞,吴刚,孙德敏.精馏塔控制与节能优化研究综述[J].化工自动化及仪表,2006,33(6)[4]董强.浅谈精馏塔控制系统及优化[J].中国石油和化工标准与质量,2012,33(9)[5]张伟.有关精馏塔技术的研究和应用[J].科技传播,2012,04 (16)标准样品GBW07221aGSBD310001GSBC31002 GSB03-1806-2005标准值(%)2.8410.660.883.15本法测定值(%)2.8610.620.873.12RSD%0.810.620.5690.421标准值(%)0.0140.5590.2580.073本法测定值(%)0.0130.5610.2600.074RSD%0.6850.4730.620.734w(SiO2)/%w(P)/%表1.分析结果对比试验680nm波长处，用3cm的比色皿，以水做参比，测定吸光度，以吸光度为纵坐标，硅含量为横坐标，绘制出标准曲线。
得标准工作曲线线性回归方程：y=0.807x+0.0032。
线性范围在0～1.0g/mL内，标准工作曲线的相关系数为r=0.9998。
扣除空白试验测得的吸光度后，从校准曲线上查得磷含量1.3.2样品的处理和测定准确称取0.2000g试料置于1.5～2.0g碳酸钠、硼酸和四硼酸钠混合熔剂中，放于25mL铂坩埚内；在1000℃熔融10～15min，取出冷却；将坩埚置于预先盛有40mL硝酸(1+3)的200mL烧杯中，加热浸取熔融物至溶液清亮，用水洗净坩埚；溶液冷却至室温后，移人250mL容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀。
移取5.00mL上述试液于100mL容量瓶中,加5mL硫酸(1+ 3)，摇匀；加5mL钼酸铵溶液,摇匀；放置15min,加入10mL草酸溶液,摇匀；立即加入10mL硫酸亚铁铵溶液,以水定容,混匀,放置10min。
分取部分试液于1cm吸收皿中,以随同试样的空白溶液为参比,在分光光度计上于700mm波长处测量吸光度,然后查工作曲线,得出试样的硅的含量。
移取5.00mL上述试液于50mL容量瓶中,煮沸，滴加高锰酸钾溶液至沉淀，然后用亚硝酸钠溶液滴至沉淀消失，过量一滴，煮沸30s；然后，依次分别加5mL硫酸(1+3)，5mL钼酸铵溶液，5mL硝酸铋溶液，10mL磷还原剂，稀释至刻度，摇匀放置3min；分取部分试液于3cm吸收皿中,以随同试样的空白溶液为参比,在分光光度计上于680mm波长处测量吸光度,然后查工作曲线,得出试样的磷的含量。
二、结果与讨论在化学分析中铋磷钼蓝法测磷和硅钼蓝法测硅均属经典的(上接第63页)技术创新管理（下转156页）65。