精馏塔的控制-精馏塔pid控制
精馏塔塔底温度控制方案
精馏塔塔底温度控制方案精馏塔是化工生产中常用的一种分离设备，主要用于将混合物中的各组分按照其沸点的不同进行分离。
在精馏过程中，塔底温度的控制是非常重要的，因为它直接影响到产品的纯度和收率。
本文将对精馏塔塔底温度控制方案进行详细的介绍。
一、精馏塔塔底温度控制的重要性1. 保证产品质量：精馏塔塔底温度的稳定与否直接关系到产品的质量。
如果塔底温度过高，会导致产品中轻组分的损失，降低产品的纯度；反之，如果塔底温度过低，会导致产品中重组分的残留，影响产品的性能。
2. 提高生产效率：合理的塔底温度控制可以提高精馏过程的效率，减少能源消耗，降低生产成本。
3. 保证生产安全：精馏塔塔底温度的波动可能导致操作不稳定，甚至引发安全事故。
因此，对塔底温度进行有效的控制是非常必要的。
二、精馏塔塔底温度控制方案1. 串级控制方案串级控制是一种常见的温度控制方案，它通过将主控制器的输出作为副控制器的设定值，实现对温度的精确控制。
具体实施步骤如下：（1）选择主控制器和副控制器：根据精馏塔的特点和工艺要求，选择合适的控制器类型，如PID控制器、模糊控制器等。
（2）设定主控制器的参数：根据工艺要求和实际操作经验，设定主控制器的比例、积分和微分参数。
（3）设定副控制器的参数：根据主控制器的输出和塔底温度的变化趋势，设定副控制器的比例、积分和微分参数。
（4）实施串级控制：将主控制器的输出作为副控制器的设定值，实现对塔底温度的精确控制。
2. 前馈控制方案前馈控制是一种基于模型的控制方案，它通过预测塔底温度的变化趋势，提前调整控制参数，以实现对塔底温度的快速响应。
具体实施步骤如下：（1）建立精馏塔的温度模型：根据精馏塔的工作原理和操作条件，建立精馏塔的温度模型。
（2）设计前馈控制器：根据温度模型，设计前馈控制器，实现对塔底温度的预测和控制。
（3）实施前馈控制：将前馈控制器的输出与主控制器的输出相结合，实现对塔底温度的快速响应和精确控制。
精馏塔的控制说明
一、精馏塔的控制要求精馏塔的控制目标是，在保证产品质量合格的前提下，使塔的总收益（利润）最大或总成本最小。
具体对一个精馏塔来说，需从四个方面考虑，设置必要的控制系统。
（1）产品质量控制；（2）物料平衡控制；（3）能量平衡控制；（4）约束条件控制（液泛限、漏液限、压力限、临界温差限等）。
防止液泛和漏液，可以用塔压降或压差来监视气相速度。
二、精馏塔的主要干扰因素精馏塔的主要干扰因素为进料状态，即进料流量F、进料组分Z f、进料温度T f或热焓F E。
此外，冷剂与热剂的压力盒温度及环境温度等因素，也会影响精馏塔的平衡操作。
所以，在精馏塔的整体方案确定时，如果工艺允许，能把精馏塔进料量、进料温度或热焓加以定值控制，对精馏塔的操作平稳时极为有利的。
三、精馏塔控制变量的分析精馏塔的控制是为了保证精馏塔安全、平稳的运行，其目标是，是塔操作满足各种约束条件，保持塔的物料及能量的平衡，在较佳的工况下安全、平稳的运行，获得较大的产品回收率和较低的能耗及符合规定要求的产品。
在过程系统控制中所涉及的变量可分为以下几类。
（1）被控变量被控变量是通过改变调节其他相关变量使之维持在目标值的变量。
精馏塔的被控变量有5个：塔顶产品的浓度、塔底产品的浓度、塔内压力、塔釜及回流罐的液位。
（2）操纵变量操纵变量时通过改变调节阀的开度实施对介质的调节，该介质变量称为操纵变量。
控制系统是通过调节操纵变量来控制被控变量，而操纵变量通常是系统的流量。
如产品流量、塔回流量及加热剂、冷却剂量。
操纵变量也为5个。
（3）干扰变量精馏塔的环境参数及输入变量波动破坏塔的平衡，使产品质量发生变化，称这些变量为干扰变量，控制的目的就是克服干扰变量的扰动影响。
干扰变量有些可控，有些则不能控制。
a、可控干扰变量如塔的进料流量、温度或进料焓值或热状态。
b、不可控干扰变量如进料的成分、环境温度、冷却水温及大气压等。
四、精馏塔被控变量的选择精馏塔被控变量的选择，是指精馏塔产品质量控制中被控变量的确定，以及检测点的位置等问题。
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。
Smith纯滞后补偿PID
软件设计报告——Smith纯滞后补偿PID 控制塔顶轻组分含量、继电法整定PID参数目录目录 (2)一、题目 (3)二、原理 (4)1、Smith纯滞后补偿控制原理 (4)2、具有纯滞后补偿的数字控制器 (5)3、数字Smith预估控制 (5)4、继电法整定PID参数 (6)5、继电法整定PID参数的计算 (8)三、程序设计 (8)1、程序设计流程图 (8)2、程序设计详单 (10)四、结果展示与分析 (13)1、系统控制效果 (13)2、系统参数变化的控制结果 (13)五、体会 (17)六、参考文献 (17)一、题目题目5：以中等纯度的精馏塔为研究对象，考虑到不等分子溢流的影响和非理想的汽液相平衡，可以得到塔顶产品轻组分含量Y及回流量L之间的传递函数为：控制要求：1、采用Smith纯滞后补偿PID控制算法将塔顶轻组分含量控制在0.99。
2、采用继电法整定PID参数。
3、整定效果验证：当被控过程参数时变时，如滞后时间有12→24，开环增益由3.4→6时，讨论PID控制的响应速度及鲁棒性问题，考察当系统参数发生变化时，上述PID参数是否选取合适。
二、原理1、Smith 纯滞后补偿控制原理在工业过程控制中，由于物料或能量的传输延迟，许多被控对象具有纯滞后。
由于纯滞后的存在，被控量不能及时反映系统所受到的干扰影响，即使测量信号已到达控制器,执行机构接受控制信号后迅速作用于对象,也需要经过纯滞后时间τ以后才能影响到被控量，使之发生变化。
在这样一个控制过程中，必然会产生较明显的超调或震荡以及较长的控制时间，使Smith 就这个问题提出了一种纯滞后补偿控制器，即Smith 补偿器。
其基本思想是按照过程的动态特性建立一个模型加入到反馈控制系统中，使被延迟了τ的被控量提前反映到控制器，让控制器提前动作，从而可明显地减少超调量，加快控制过程。
下图1为Smith 预估控制系统的示意框图。
如果模型是精确的，即m m s G s G ττ==),()(0，且不存在负荷扰动（D=0），则m m m m X X Y Y E Y Y ==-==,0,，则可以用m X 代替X 作为第一图1、Smith 预估控制系统等效图条反馈回路，实现将纯滞后环节移到控制回路的外边。
精馏塔控制系统说课讲解
精馏塔控制系统说课讲解精馏塔控制系统第6章精馏塔控制系统6.1 概述精馏是化⼯、⽯油化⼯、炼油⽣产过程中应⽤极为⼴泛的传质传热过程。
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。
轻组分的转移提供能量；冷凝器将塔顶来的上升蒸汽冷凝为液相，并提供精馏所需的回流。
精馏过程是⼀个复杂的传质传热过程。
表现为：过程变量多，被控变量多，可操纵的变量也多；过程动态和机理复杂。
因此，熟悉⼯艺过程和内在特性，对控制系统的设计⼗分重要。
6.1.1 精馏塔的控制要求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。
1．质量指标精馏塔的质量指标是指塔顶或塔底产品的纯度。
通常，满⾜⼀端的产品质量，即塔顶或塔底产品之⼀达到规定纯度，⽽另⼀端产品的纯度维持在规定范围内。
所谓产品的纯度，就⼆元精馏来说，其质量指标是指塔顶产品中轻组分含量和塔底产品中重组分含量。
对于多元精馏⽽⾔，则以关键组分的含量来表⽰。
关键组分是指对产品质量影响较⼤的组分，塔顶产品的关键组分是易挥发的，称为轻关键组分；塔底产品的关键组分是不易挥发的，称为重关键组分。
产品组分含量并⾮越纯越好，原因是，纯度越⾼，对控制系统的偏离度要求就越⾼，操作成本的提⾼和产品的价格并不成⽐例增加，因此纯度要求应与使图6.1-1 精馏塔⽰意图⽤要求适应。
2．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罐（回流罐）与塔釜液位⼀定（介于规定的上、下限之间）为⽬标的。
(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
精馏塔压力控制方案
引言精馏塔是化工过程中常用的设备，用于将混合物进行分馏，以获得所需的纯净组分。
在精馏过程中，精馏塔压力的控制非常重要，因为压力的变化会影响到馏出液的组分和品质。
本文将介绍精馏塔压力控制的方案。
1. 压力控制方法在精馏塔中，常见的压力控制方法有以下几种：1.1 开关控制开关控制是最简单的一种控制方法。
通过开关控制，可以将塔底排出液或塔顶进料的流量进行开关控制，以维持精馏塔内部的压力。
当塔底压力过高时，开关控制会打开塔底排出液的流量，从而降低塔底压力；当塔底压力过低时，开关控制会关闭塔底排出液的流量，从而增加塔底压力。
1.2 比例控制比例控制是一种根据压力偏差的大小，来控制进料或排出液流量的控制方法。
比例控制可以根据压力变化的幅度来调整进料或排出液的流量，以保持精馏塔内部的压力稳定。
比例控制常用于对精馏塔进行精确控制的情况。
1.3 PID控制PID控制是一种通过比例、积分和微分三个控制参数来实现对压力的精确控制的方法。
通过调整PID控制器的参数，可以使得进料或排出液的流量能够根据压力的变化情况进行自适应调整，从而实现对精馏塔压力的精确控制。
2. 压力控制方案选择选择合适的压力控制方案取决于以下几个方面：2.1 精度要求对于某些精细化工过程，需要对压力进行高精度的控制，这时可以选择PID控制或比例控制来实现。
而对于一些要求不高的一般过程，开关控制也可以满足要求。
2.2 过程的稳定性对于一些稳定性要求较高的过程，如需要对进料液的成分进行精确控制的情况，应选择PID控制方法。
PID控制可以根据压力变化的反馈信号来自适应调整进料或排出液的流量，从而保持精馏塔内部的压力稳定。
2.3 控制的复杂度不同的压力控制方法对操作人员的要求也有所不同。
开关控制是最简单的一种控制方法，对操作人员的要求较低。
而PID控制则需要操作人员对PID控制器的参数进行调整和优化，对操作人员的要求较高。
综合考虑上述因素，可以选择合适的压力控制方案。
精馏塔的控制
精馏塔的控制（一）掌握要点及要求1、掌握简单精馏塔的控制问题与分解方法；2、掌握精馏塔的静态特性；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；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；5、了解精馏塔的复杂控制与先进控制方法6.1概述6.1.1精馏塔控制要求及影响因素1.操作要求(1)产品质量指标塔顶或塔底产品之一保证合乎规定的纯度要求，而另一个产品维持在某一规定的范围内。
2.物料平衡（1）馏出液和备液的平均采出量之和应等于平均进料量，而且缓慢变化。
（2）塔内及塔顶、塔底容器的蓄热量应介于规定的上下限之间（3）保证高产优质，低消耗，如为保证塔顶产品纯度加大回流，但有消耗大量的蒸汽，物料平衡一般采用均匀、比值控制系统。
3．束条件：（1）塔内蒸汽速度既不能过高，也不能过低，过高引起液泛，过低塔板效率低。
（2）对再沸器的加热温差，加热蒸汽冷凝量和冷凝器冷却温差都有一定限制。
9不能超过临界温差）临界温差：由核状沸腾转为膜状沸腾时的温差，单位时间，单位面积内所传递热量称为临界热负荷液体在管外大容积内沸腾，膜系数与温差关系：随着温度差增加，汽化核数和气泡长大速率也增加，以致大量的气泡在加热表面层集合，形成蒸汽膜，热量必须通过此膜传递到液体当中去，由于蒸汽导热系数小，从而传热困难，以至膜系数下降。
工业生产一般维持在核状沸腾区操作，超过该区，进入膜状沸腾回烧坏传热管4、影响塔操作的干扰因素：（1）塔压波动（2）进料量F （3）进料成分Ef （4）进料温度Tf（5）进料状态①气相②液相③汽/液混合（6）热剂或蒸汽 Ps、Gs （7）汽剂或进口温度Gw、Tw（8）环境温度6.1.2精馏塔各干扰因素的分析及调节手段的确定1.塔压波动对操作影响及调节方法(1)塔压波动对操作影响（1）塔压波动影响汽液平衡（2）塔压波动影响物料平衡P↑→F↓ P↑→D↑（3）增加波动破坏X-T关系，压力低，沸点低(2)影响压力波动因素(3)控制塔压办法：塔压控制方法通常根据塔动作情况，可分为：常压塔、减压塔和加压塔分别控制。
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精馏塔的静态特性
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
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精馏塔的扰动分析
分析各种可能发生的扰动及其对生产指标的影响，可以合理的设计控制方 案。
各种扰动对产品纯度、回收率、能耗的影响都是通过物料平衡和能量平衡 来影响的，并且物料平衡和能量平衡之间又是相互影响的。
物料平衡影响因素：进料流量、进料组成 塔顶，塔底产品采出量及组成
精馏塔概述
通过这讲的学习，我们 可以得到以下收获：
主要内容
1.比精馏塔的工艺流程 2.精馏塔的分类 3.精馏塔的特点 4.精馏塔的控制目标 5.精馏塔的扰动分析
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精馏塔的工艺简介
精馏过程是现代化工、炼 油等工业生产中应用极为 广泛的一种传质过程，其 目的是利用混合液中各组 分挥发度的不同，将各组 分进行分离并达到规定的 纯度要求。
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精馏塔的静态特性
热衡算：QH FH F QC DH D BH B 看不出X1, Y1的关系。
能耗与分离度S的关系：
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精馏塔的工艺简介
原料
精 馏 塔
冷凝器
回流罐
塔顶产品
回流泵
再 沸 器
塔底产品
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精馏就是将一定浓度的混合 溶液送入精馏装置，使它反 复地进行部分汽化和部分冷 凝，从而得到预期的塔顶与 塔底产品的操作。完成这一 操作过程的相应设备除精馏 塔本体外，还有再沸器、冷 凝器、回流罐和回流泵等辅 助设备。
精馏塔的控制目标——约束条件
为确保精馏塔的正常、安全运行，必须使某些操作参数 限制在约束条件之内。常用的精馏塔限制条件为液泛限 、漏液限、压力限及临界温差限等。
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精馏塔的控制目标——约束条件
液泛限：气相速度过高，雾沫夹带现象严重时，液相从 下层塔板倒流到上层塔板，称为液泛。气相速度的上限 称为液泛限
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精馏塔的特点
过程变量多——被控变量多，操纵变量也多； 过程动态和机理复杂——非线性、滞后大、时变、变量之间相
互关联、分布参数特征等； 控制难度大，控制要求高。
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精馏塔的控制目标
控制总目标： 要对精馏塔实施有效的自动控制，必须首先了解精馏塔 的控制目标。一般说来，精馏塔的控制目标，应该在保 证产品质量合格的前提下，使塔的总收益（利润）最大 或总成本最小。因此，精馏塔的工艺要求应该从质量指 标、产品产量和能量消耗三方面考虑。
精馏塔的工艺简介
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精馏塔的分类——精馏操作按不同方法进行分类
根据混合物的组分数分——二元精馏、多元精馏 根据是否在混合物中加入影响汽液平衡添加剂——普通精馏、
特殊精馏（共沸精馏、萃取精馏、加盐精馏） 根据塔的结构分——板式塔（泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、浮喷
塔等）、填料塔 根据操作的方式分——连续精馏、间歇精馏
(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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精馏塔的控制目标——质量指标
要求馏出物达到规定的质量指标。 例：二元精馏塔
使塔顶轻组分纯度或塔底重组分 纯度符合要求，而另一产品也应 该保证在规定的范围内。
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精馏塔的控制目标——质量指标
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精馏塔的静态特性
（1）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
D Z1 X1 F Y1 X 1或B来自 Z1 Y1 F X1 Y1
F, Z1
V
D, Y1 B, X1
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。
回收率 Ri=P/FZi 或
Ri
组分i的产品流量 进料中组分 i的流量
100％
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%）
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精馏塔的控制目标——收率、能耗
漏液限：气相速度过低，塔板漏液，板效率下降。气相 速度的下限称为漏液限。
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精馏塔的控制目标——约束条件
压力限：塔的操作压力的限制，操作压力过大，影响气 液平衡，分离效果变差。严重时会影响安全生产。
临界温差限：主要指再沸器两侧冷热流体的温度差。温 差越大，传热量越大，温差低于临界温差时，给热系数 急剧下降，不能保证正常传热。
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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精馏塔的控制目标——收率、能耗
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。 能耗指标 用单位进料的塔底上升蒸气量V/F来表示。
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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
产品回收率*100%
120
100
V 2
80 F
4
68
60
40
20
0 80 90 95 98 99 99.5 99.8
产品纯度*100%
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定性规律： 1.若能耗指标一定，产品纯 度越高，其回收率越低； 2.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。