精馏塔控制系统设计
精馏塔温度控制系统设计
精馏塔温度控制系统设计精馏塔是一种常见的化工设备，用于分离液体混合物中的成分。
精馏塔温度控制系统的设计是确保精馏塔能够稳定运行，提高产品质量和产量的关键。
下面将详细介绍精馏塔温度控制系统的设计原理和步骤。
精馏塔温度控制系统的设计原理是根据精馏塔内部的物料性质和工艺要求，通过控制介质的流量和温度来实现温度的稳定控制。
精馏塔内部通常分为多个段落，每个段落都有一个特定的温度要求。
温度的控制涉及到对塔釜的加热和冷却以及介质的流量调节。
1.确定控制目标：根据工艺要求和产品规格，确定需要控制的温度范围和偏差，以及控制精度要求。
2.确定控制方法：根据工艺特点和实际情况，选择适合的控制方法。
常见的控制方法包括比例控制、比例积分控制、比例积分微分控制等。
3.确定传感器：选择合适的温度传感器，用于测量精馏塔内部的温度。
常见的温度传感器包括热电偶、热敏电阻等。
4.确定执行器：根据控制目标和方法，选择合适的执行器。
常见的执行器包括电动调节阀、蒸汽控制阀等。
5.设计控制回路：根据控制方法和控制器的性能，设计控制回路。
控制回路包括传感器、控制器和执行器。
6.参数整定：根据实际情况和反馈调整，优化控制回路的参数。
参数整定通常包括比例增益、积分时间和微分时间等。
7.验证和优化：通过实际运行验证控制系统的性能，并根据实际情况进行反馈调整和优化。
总之，精馏塔温度控制系统的设计是确保精馏塔能够稳定运行，提高产品质量和产量的关键。
设计步骤包括确定控制目标、控制方法、传感器和执行器的选择、设计控制回路、参数整定以及验证和优化。
合理的设计能够使温度控制更加稳定和可靠。
精馏塔回流罐液位控制系统设计
精馏塔回流罐液位控制系统设计
系统结构设计：
精馏塔回流罐液位控制系统的结构设计通常包括液位传感器、液位控
制器、执行器以及控制回路。
其中，液位传感器用于实时测量液位，并将
测量值传输给液位控制器；液位控制器通过对接收到的液位信号进行处理，并输出控制信号给执行器，以调节回流液流入罐内的流量。
传感器选择：
在液位传感器的选择上，可以考虑使用压力传感器、雷达传感器、超
声波传感器等。
不同的传感器具有不同的测量原理和特性，选择合适的传
感器需要考虑到系统的要求，例如精度、可靠性、响应速度等。
液位控制器选择：
液位控制器的选择可以根据控制要求和技术特性进行。
常见的液位控
制器包括PID控制器、模糊控制器、自适应控制器等。
选择合适的液位控
制器需要考虑到系统的动态性能、抗干扰能力、稳态误差等因素。
控制策略设计：
控制参数调整：
控制参数调整是液位控制系统设计中一个重要的环节。
通过对液位控
制器的参数进行调整，可以提高系统的响应速度、稳定性和抗干扰能力。
常用的方法包括试验法、数学建模法、自整定法等。
系统性能评估：
对于设计好的精馏塔回流罐液位控制系统，需要进行系统性能评估。
评估指标通常包括系统的稳态误差、调节时间、超调量等。
通过对系统性能的评估，可以判断设计的优劣，并进行优化改进。
总结：
精馏塔回流罐液位控制系统设计是一个综合性的工程项目，需要考虑多个因素的综合影响。
通过合理的系统结构设计、传感器选择、液位控制器选择、控制策略设计、参数调整和系统性能评估，可以设计出一个性能优良的精馏塔回流罐液位控制系统。
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。
基于经典控制的精馏塔温度控制系统设计
基于经典控制的精馏塔温度控制系统设计
精馏塔温度控制系统是用于控制精馏塔内的温度，以确保塔内的操作温度保持在期望的设定值上的一种系统。
在这个系统中，温度传感器测量塔内的温度，并将测量值反馈给控制器。
控制器根据测量值与设定值之间的误差，通过调节加热或冷却装置的输出来控制塔内的温度。
设计一个基于经典控制的精馏塔温度控制系统需要以下几个步骤：
1. 系统建模：首先，需要对精馏塔温度控制系统进行建模，以了解系统的动态特性和行为。
这可以通过分析物理方程和系统传递函数来完成。
2. 控制器选择：根据系统的特性和要求，选择合适的经典控制器。
常见的经典控制器包括比例（P）、积分（I）和微分（D）控制器，以及它们的组合形式，如PID控制器。
3. 控制器参数调整：对选择的控制器进行参数调整，以确保系统的稳定性和性能。
参数调整的目标是使系统的响应快速而稳定，同时尽量减小超调和振荡。
4. 控制器实现：将调整好的控制器实现在硬件或软件上，使其能够读取温度传感器的测量值，并根据设定值和测量值之间的误差来控制加热或冷却装置的输出。
5. 系统测试和优化：对控制系统进行实际测试，并根据测试结果进行优化。
通过观察系统的响应，调整控制器的参数，以达到更好的控制效果。
总结起来，设计一个基于经典控制的精馏塔温度控制系统需要进行系统建模、控制器选择、参数调整、实现和系统测试等步骤。
通过这些步骤，可以设计出一个能够准确控制精馏塔温度的控制系统，并满足系统性能要求。
精馏塔塔顶组分质量控制系统设计
二、控制任务分析及方案确定
根据欣斯基提出的精馏塔控制中变量配对的 准则：当仅需要控制塔的一端产品时，应选用 物料平衡方式控制该端产品的质量。当为了生 产塔顶合格产品，而没有侧线产品时，常用的 控制方案是：利用回流量来控制顶部塔板的温 度，改变通往再沸器加热蒸汽量来控制底部塔 板的温度。精馏塔为了保证塔顶产品符合质量 要求，要求精馏段温度恒定，控制精度较高。 控制方案可选择：单回路控制,控制器选用 PLC 控制
三、仪 表 选 型
• 3.2.1.液位检测仪表的选择
•
• •
常见液位检测仪表：差压式液位计，超声波式液位计，电气式液位计，霍 尔式液位计和核辐射式液位计。 根据控制介质的工艺条件，选用差压式液位计 差压式液位传感器是基于流体静力学原理，通过液柱静压的方法对液位进 行测量。液位—压力转换的方式主要有压力式和差压式
二、控制任务分析及方案确定
2.1控制方案的选择 以精馏段灵敏板温度温度T为被控变量，塔顶冷回流量R为操 纵变量组成温度控制系统。由于回流变化后再影响馏出量， 因此是间接物料平衡控制。主要扰动为进料量与泵出口压力
图2-1. 精馏塔顶温度控制流程图
二、控制任务分析及方案确定
2.1控制方案的选择 该控制方案的优点是控制作用及时，温度稍有变化就可通过回流 量进行控制，动态响应快，对克服扰动影响有利。主要适用于回流比 小于0.8及动态响应快速的精馏操作，是精馏塔常用的控制方案。 本项目中，乙醇和水的分离要求不高，较易实现，回流量较小，故 采用简单控制系统中的单回路控制系统较为适合 。 在塔顶温度控制系统中，灵敏塔板温度作为被控变量，选用回流量 R为操纵变量。 此外，需要控制回流量，以回流量为被控变量，回流罐液位为操纵 变量构成单回路控制系统。
精馏塔典型控制方案
FC 103
FT 103
F
LT
101
LC 101
Vs
H
LR
分
FT
101
馏
FC 101
塔
LT 102 LC 102
D
FT FC 103 103
B
3 按精馏段指标控制方案
当符合以下条件时，可选择按精馏段指标控制： (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。
被控变量：精馏段某点成分或温度 操纵变量：塔顶回流量LR、塔顶馏出液流量D、 再沸器加热蒸汽量VS 优点： ➢ 保证塔顶产品成分； ➢ 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。常采用以下两种控制 方案：
FC
罐容积适当。
102 Vs
FT
102
LR
分
TT 101
馏
塔
LT 102
H
LC 102
LT LC 101 101
D
TC 101
B
4 按提馏段指标控制方案
当符合以下条件时，可选择按提馏段指标控制： (1) 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。 (4) 实际操作回流比较最小回流比大好多倍。
被控变量：提馏段塔板温度 操纵变量：塔顶回流量LR、塔顶馏出液流量D、 再沸器加热蒸汽量VS
4 按提馏段指标控制方案
1、间接物料平衡控制
精馏塔物料平衡控制DCS系统设计
第五章精馏塔物料平衡控制DCS系统设计5.1 DCS系统硬件设计JX-300X DCS系统的硬件配置包括：①通信系统：通信系统是选择DCS系统的关键环节之一。
随着计算机网络通信技术的发展和市场的需求，大多数DCS系统都以开放系统为标准来设计其通信系统。
②人-机接口：人-机接口是DCS系统的操作站部分。
③接口单元：这里的接口单元是指DCS系统与本系统之外产品的接口单元。
主要有DCS系统与上位计算机的接口，与气相工业色谱的接口及与可编程控制器的接口。
高可靠性是过程控制系统的第一要求。
冗余技术是计算机系统可靠性设计中常采用的一种技术，是提高计算机系统可靠性的最有效方法之一。
控制系统从结构上充分地采用了冗余技术。
本系统对于主控卡XP243X、数据转发卡XP233、重要I/O点对应的I/O卡件、网络通讯等都设计了1:1冗余，采用冗余结构不仅能避免控制系统的局部故障扩大事故，保证机组安全稳定运行，同时也保证设备故障的在线排除，从而消除事故隐患。
本系统的卡件备用硬件实时监听工作硬件信息，内部数据实时与工作硬件保持一致，一旦工作硬件出现故障，备用硬件即可随时参与工作，不存在切换问题，也就避免了切换时对系统造成的扰动。
本系统配置如图4.1所示。
系统安装完成后可使用ping指令进行调试，使其设备间彼此都实现通讯。
脱丁烷塔测点不是很多，经过整理得到实际测点15个，其中AI点6个，AO 点7个,DI点1个，DO点1个，据此得出系统硬件配置，如表5.1所示。
表5.1 系统硬件配置5.2 DCS系统的组态设计5.2.1 I/O组态确定了系统的硬件配置，这样可以开始进行主机设置。
该系统测点较少，需要一个控制站，一个操作站、工程师站，分别命名为OS130、ES130。
图5.1 主机设置主机设置完成以后，可以进行控制站的I/O 组态，I/O 组态主要包括下面的一些内容：1. 数据转发卡设置2. I/O 卡件设置3. 信号点设置数据转发卡组态是对某一控制站内部的数据转发卡在SBUS-S2 网络上的地址以及卡件的冗余情况等参数进行组态。
精馏塔控制系统课程设计
精馏塔控制系统课程设计精馏塔控制系统课程设计一、概述精馏塔是化学工业中重要的分离设备之一，广泛应用于化工、石油、食品等领域。
精馏塔的主要功能是将混合液进行分离，得到高纯度的产品。
在生产过程中，精馏塔的控制系统对于保证产品质量、降低能耗、提高生产效率等方面具有重要作用。
因此，本课程设计旨在设计一个精馏塔的控制系统，以实现对混合液的分离过程进行精确控制。
二、设计要求1.了解精馏塔的工作原理及流程；2.分析精馏塔的工艺参数和控制要求；3.设计精馏塔的控制系统方案；4.选择合适的控制仪表和设备；5.完成控制系统的硬件和软件设计；6.进行系统调试和性能评估。
三、工作原理及流程精馏塔是一种基于蒸馏原理的分离设备。
在蒸馏过程中，混合液在精馏塔内被加热和冷却，使得不同成分的液体在特定温度下达到气液平衡状态。
通过这种方式，高纯度的产品可以从混合液中分离出来。
精馏塔的主要组成部分包括：原料液进料口、蒸汽加热器、分离器、冷凝器、产品收集器等。
四、工艺参数和控制要求精馏塔的主要工艺参数包括：进料流量、蒸汽流量、回流比、塔顶温度、塔底温度等。
控制要求包括：1.稳定进料流量，以保证原料液的供应；2.控制蒸汽流量，以维持所需的加热温度；3.调节回流比，以改变产品的纯度和产量；4.控制塔顶和塔底温度，以保证产品的质量和分离效果。
五、控制系统方案设计根据工艺参数和控制要求，可以采用以下控制系统方案：1.进料流量控制：采用流量计测量进料流量，通过调节阀控制进料流量；2.蒸汽流量控制：采用蒸汽压力传感器测量蒸汽压力，通过调节阀控制蒸汽流量；3.回流比控制：采用流量计测量回流比，通过调节阀控制回流比；4.塔顶温度控制：采用温度传感器测量塔顶温度，通过调节阀控制蒸汽流量，以维持温度稳定；5.塔底温度控制：采用温度传感器测量塔底温度，通过调节阀控制加热器的加热功率，以维持温度稳定。
六、控制仪表和设备选择根据控制系统方案，可以选择以下控制仪表和设备：1.流量计：用于测量进料流量和回流比；2.压力传感器：用于测量蒸汽压力；3.温度传感器：用于测量塔顶和塔底温度；4.调节阀：用于控制进料流量、蒸汽流量和回流比；5.加热器：用于加热原料液；6.PLC控制器：用于实现控制逻辑和数据处理。
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Hefei University
《化工仪表及自动化》过程考核之三——设计
题目：精馏塔控制系统设计，
系别：
班级：
姓名：
学号：
教师：
日期：
目录
Hefei University (1)
化工班：《化工仪表及自动化》 (1)
过程考核之三——设计 (1)
一、概述 (3)
二、内容 (3)
三、说明 (3)
1、工作要求 (3)
2、物料 (3)
3、精馏过程的控制方案设计 (4)
四、设备选型 (5)
1、测控仪表选型 (5)
2、执行机构选型 (5)
五、总结 (5)
六、参考文献 (5)
精馏塔控制系统设计
一、概述
精馏塔是化工生产中分离互溶液体混合物的典型分离设备。
它是依据精馏原理对液体进行分离，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，使轻组份（即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，从而实现分离的目的，满足化工连续化生产的需要。
精馏塔塔釜温度控制的稳定与否直接决定了精馏塔的分离质量和分离效果，控制精馏塔的塔釜温度是保证产品高效分离，进一步得到高纯度产品的重要手段。
维持正常的塔釜温度，可以避免轻组分流失，提高物料的回收率，也可减少残余物料的污染作用。
影响精馏塔温度不稳定的因素主要是来自外界来的干扰。
二、内容
蒸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）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。
本文主要内容是结合课本所学仪表自动化知识，掌握测控仪表，了解二元精馏系统流程仪表的位号和特点，仔细研究二元精馏的工艺流程图，熟悉工艺流程依次设计一套完整的控制方案，使系统能对二元精馏的工艺过程进行有效地控制。
三、说明
1、工作要求
精馏塔控制系统主要分为三部分控制：塔釜温度控制精馏塔塔釜温度是产品成分的间接质量指标,要求温度检测点在系统受到干扰时温度变化灵敏,因此塔内测温点设置在灵敏板上,通过控制再沸器蒸汽流量来实现温度的稳定。
2、物料
进料为117.5℃的丁醇，经丁醇塔分馏得到正一异丁醇。
易挥发组分的物料衡算：Fx F=Dx D+Wx W
F---原料液量，kmol/h D---馏出液量kmol/h W---釜残液kmol/h x F---原液组成，摩尔分数x D---塔顶产品组成，摩尔分数x W---塔底产品组成，摩尔分数3、精馏过程的控制方案设计
1）精馏塔塔压力控制方案设计
(a)正反作用的确定
精馏塔塔顶的压力控制系统，精馏塔塔顶是对象，冷却介质的流量是操纵变量，塔顶的压力是被控变量。
当操纵变量冷却介质的流量增加时，被控变量是减小的，因此对象是“反”作用方向。
这样由对象、执行器与控制器所组成的系统是负反馈的。
(b)控制规律的选择
在精馏塔中通过改变冷却水的流量来影响蒸汽冷凝而间接控制塔压选用PID控制
(c)操纵变量的选择
从提高产品质量来说，压力越高，沸点越接近，气液两相越难分离，显然降低压力有利于提高产品的质量。
但降低操作压力是以增加冷却介质的量或降低冷却介质温度为前提的。
一般情况下冷却介质，加热介质的温度压力流量都会影响到压力的平稳。
(2)精馏塔精馏段温度控制设计方案
精馏塔精馏段温度控制的目的是为了使塔温保持恒定，现选用精馏段的温度和回流量来构成串级随动控制。
主控回路的输出作为副控回路设定值修正的依据，副控回路的输出作为真正的控制量作用于被控对象，液位一旦变化，副控回路及时地控制阀门的开度位置，较快地克服了液位变化对出料温度的影响。
如果液位是恒定的，只需测量实际温度，并使其与温度设定值相比较，利用二者的偏差控制管道上的阀门就能保持温度的恒定。
(3) 此设计方案采用PID控制规律，因为微分作用使控制器的输出与输入偏差的变化速度成正比，它对克服对象的滞后有显著地效果，可以使控制系统获得较高的控制质量。
四、设备选型
1、测控仪表选型
（1）压力变送器BPK－ZK智能型压力变送器，压力范围-0.1~0~60Mpa （2）流量传感器LUGB系列漩涡传感器，测量介质：液体、气体、过热饱和蒸汽，测量范围:正常工作范围，工作压力为2.5 Mpa
（3）温度测量仪表热电偶温度计，使用环境温度—20~70℃
2、执行机构选型
(1)RQ672气动球阀
(2) 控制器选型
本次设计选用的控制器选用SWP-ND405-22-12HL型PID自整定控制仪，SWP-ND-405系列过程控制器
五、总结
此次针对精馏塔塔釜采出量的简单的控制系统的设计，不仅使我对本门课所学的重点知识有个巩固，对本专业有了更多、更深的了解，而且也培养了我克服困难，分析设计的能力，这将是我今后工作学习中的一个良好的基础。
在设计过程中，从拿到题目，方案的设计到方案的确定，我都经过了严谨的思考，回路的设计，调节器的正反作用，被控参数的选择，使系统能达到设计目的。
通过这次设计，我对过程控制系统在工业中的运用有了深入的认识，对过程系统设计步骤，思路有了一定的了解和认识。
六、参考文献
[1] 厉玉鸣，化工仪表及自动化，化学工业出版社，2013
[2] 薛弘晔等编，计算机控制技术，西安电子科技大学出版社，2003
[3] 何离庆等，过程控制系统与装置，重庆大学出版社，2003。