精馏塔的基本控制方案解析教案资料
《精馏塔的过程控制》PPT课件
2021年3月20日星期六
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• 4.数据传送与通信
•
•
智能仪器通常都具有GP—IB标准通信接口,能够很方便地接入自动测试系
统,接受遥控命令、实现自动测试。许多智能仪器还配置有RS—232C/RS—
422/RS—485等标准串行接口、现场总线接口等,具有远距离数据通信功能,便
于组成测控网络。
2021年3月20日星期六
承认为IEEE-488标准;1979年又被IEC承认为IEC-625标准;1984年我国将此标
准承认为ZBY207,并正式命名为“可程控测量仪器的接口系统”。GP-IB的应
用十分广泛,智能仪器大都配有GP—IB通信接口。不管是哪个国家、哪家企业
生产的智能仪器产品,只要配有GP-IB标准接口,都可以借助一条无源电缆总线
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• ④最大/最小:求多个测量结果中的最大值、最小值和峰-峰值。智能仪器无须 保存每个测量结果,仅需保存当前的最大值和最小值。当发现新的最大值或最 小值时,就更新原来的最大值或最小值。⑤极限:在某些测量中,用户关心的是 被测量(如温度和压力等)是否越出安全范围。这时用户可先设置高、低极限。 当被测量越出该极限时,仪器就给出某种警告。在测量结束后,分别输出并显 示越出高限、低限和未越出界限的测量次数。⑥统计:计算测量结果的算术平 均值、方差、标准偏差、方均根值等。
接口问题。其主要特点是数据传输速率高、通用性及灵活性强,可兼容不同设
备。我国在20世纪80年代完成了CAMAC系统的开发,并在一些军工和普通工业
部门获得应用,但如今这种系统已逐渐被淘汰。
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第27页
• 2.GP-IB系统
精馏塔的控制方案(课堂PPT)
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4
三、精馏塔的自动控制
以乙醇-水的分离为例，采用精馏塔的精馏段温控方案
如果采用以精馏段温度作为衡量质量指标的间接指标， 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
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5
被控变量的选择：塔顶产品的成分要求比较高，二元系统精 馏时，p-t-x三者之间有一定的关系，考虑精馏塔工艺合理 性，塔压需要固定，气液平衡和挥发度才能稳定，t-x单值 对应关系才成立，所以以精馏段温度为被控变量，进行间 接指标控制；
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9
在采用精馏段温控时，当分离的产品较纯时， 由于塔顶或塔底的温度变化很小，对测温仪表的灵 敏度和控制精度都提出了很高的要求，但实际上却 很难满足。解决这一问题的方法，是将测温元件安 装在塔顶以下几块塔板的灵敏板上，以灵敏板的温 度作为被控变量。
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操纵变量的选择：影响精馏段温度的因素很多，从工艺角度 看，回流液量和蒸汽流量为可控因素，从两个因素对精馏 温度的影响看，回流量通道短，更及时、更显著，所以选 择回流液量为操纵变量。
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6
控制器正反作用的选择：
对象的作用：回流量增大，精馏塔温度降低，为反作用；
执行器作用：从安全考虑，当没有信号时，回流液量不 能过小，即没有信号时阀门要开，执行器采用气关式， 为反作用；
控制器作用：考虑整个控制系统为负反馈，控制器采用 反作用
当精馏塔温度偏高时，控制器是反作用，所以控制器 的控制作用减弱；执行器也是反作用，档控制作用减 弱时，执行器的阀门开度是增大的，使回流液量增大， 从而使精馏段的温度降低，达到控制目的。
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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。
第六章 精馏塔控制
1 按精馏段指标的控制方案
（1）方案1：B — LB， D — LD， L — TD
控制滞后小，反应快， 有利于克服进入精馏段 的扰动和保证塔顶产品
要求：TC为PI控制， 加热量足够大。 精馏段能量平衡控 制，最常用的方法。
F TC
FC
LC D
FC LC B
26
1 按精馏段指标的控制方案
（2）方案2：B — LB， L — LD， D — TD
塔的特性因子（塔结构、进料等有关）
D F =
Z1 X 1 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 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： V r = V s Fe 回流量： L s = L r 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。
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6.3 基本控制方案
——质量反馈控制
精馏塔的压力控制
PC
PC
L
L
F
D
F
D
塔顶汽相采出量 DV — 塔压 P
冷凝器冷却量 C — 塔压 P
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6.3 基本控制方案
——质量反馈控制
1 按精馏段指标的控制方案
被控变量 TD, LD, LB (即只对塔顶产品质量指标进行控制；而对 塔底产品质量指标不作严格要求) 控制变量 D, L, B (而保持再沸器加热量QH为定值) 控制结构 （1）方案1：B — LB， D — LD， L — TD； （2）方案2：B — LB， L — LD， D — TD。
精馏塔的控制课件
利用人工智能和大数据技术对精馏过程进行建模、预测和控制是未来的 研究热点之一。这将有助于实现更加精细和智能化的生产管理。
精馏塔的发展对工业应用的影响和意义
提高产品质量和收率
精馏技术的进步有助于提高产品的质量和收率，进而提高企业的 竞争力。
降低生产成本
通过高效节能技术和自动化智能化控制，精馏塔的发展可以降低生 产成本，提高企业的经济效益。
该企业采用了计算机模拟技术， 对乙烯/乙烷分离塔进行了模拟。 通过模拟，可以得出塔内各处 的温度、压力、组成等参数， 从而了解塔的性能和操作状况。
根据模拟结果，该企业采取了 一系列优化措施，包括改变进 料位置、调整操作参数等。这 些措施有效地提高了乙烯和乙 烷的分离效果，降低了能耗和 物耗。
案例三
诊断流程
按照“先易后难、先局部后整体”的 原则，逐步排查故障原因，并采取相 应的措施进行修复。
精馏塔的预防措施和安全注意事项
定期检查
防止堵塞
定期对精馏塔进行检查和维护，确保设备 正常运行。
定期清理塔内杂物，防止塔板和填料堵塞。
注意安全
严格控制工艺参数
在操作过程中要注意安全，避免发生泄漏、 火灾等事故。
特点
填料塔具有结构简单、压力降小、操作稳定等优点；板式塔具有分离效率高、操 作弹性大等优点；喷射精馏塔则具有处理能力大、节能效果显著等优点。不同类 型的精馏塔各有其优缺点，应根据实际需求选择合适的类型。
02
精馏塔的控制系统
精馏塔控制系统的组成和作用
组成
精馏塔控制系统通常由检测元件、控制元件、执行机构和被 控对象组成。
精馏塔的控制
contents
目录
• 精馏塔概述 • 精馏塔的控制系统 • 精馏塔的模拟和优化 • 精馏塔的故障诊断和预防措施 • 精馏塔的发展趋势和研究方向 • 精馏塔的应用案例分析
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。
3．能量平衡和经济平衡性指标要保证精馏塔产品质量、产品产量的同时，考虑降低能量的消耗，使能量平衡，实现较好的经济性。
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。
精馏塔控制方案设计
精馏塔控制方案设计安徽理工大学课程设计（论文）任务书机械工程学院设计题目精馏塔控制方案设计精馏塔控制系统的设计本课程设计为加压精镏操作，原料液为脱丙烷塔塔釜的混合液 14056kg/h ，分离后镏出液为高纯度的 C4产品，釜液主要是 C5以上组分。
87.8摄氏度的原料 液从精镏塔的第16块塔板（全塔共32块塔板）进料，塔顶蒸气经全凝器冷凝为液体后进入回流罐，回流罐内的液体由泵抽出 （液位要求为 54.2%），一部分作为回流液送回精镏塔第 32块塔板，另一部分作为产品送出 塔釜中液体的一部分经再沸器后回精镏塔， 另一部分作为塔底采出产品（7349kg/h ）。
再沸器由加热蒸气加热。
灵敏板温度要求保持为 89.3摄氏度，塔釜温 度要求为 109摄氏度，液位要求为 98%,另工艺中FA414要求液位保持为 88%另附精镏塔工艺流程图。
1. 到图书馆查找相关资料，对被控对象进行分析，确定系统控制结构方案，完成 控制系统原理方框图。
2. 画精馏塔带控制点的工艺流程图。
3.仪表选型，根据有关仪表目录或网站的仪表性能参数，进行仪表选型。
4. 精馏塔控制系统调节器参数的整定。
5. 编写设计说明书： （1） 提出控制系统的基本任务和要求。
（2） 被控对象动态特性分析。
（3） 选择控制系统控制结构，画控制原理方框图。
（4） 精馏塔带控制点的工艺流程图。
（5） 控制器参数整定。
（6） 编制出控制设备表或仪表数据表等有关仪表信息的设计文件。
过控教研室 学生姓名专业（班级） 过控09-2班 设 计 技 术参数设计要求 (6707kg/h)。
（7）设计总结。
安徽理工大学毕业设计（论文）成绩评定表学生姓名：学号：专业班级：过控09-2毕业设计题目：_______ 精馏塔控制方案设计__________________________指导教师评语：XX同学能够按时参加综合设计，基本上能做到不旷课、迟到、早退，也能遵守实验室纪律；能够按照本次综合设计任务书的要求完成了大部分任务，并较好地演示了其完成的设计内容；在检查设计时，该生能对其设计内容进行了介绍，并能就指导教师提出的问题进行了回答。
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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
6
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。
精馏塔的基本控制方案解析
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
F
LT
101
LC 101
塔
K
Vs
LT 101
D
FT 102
FC 102
LC 101
B
回流定值控制，方案简单，
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对负荷的适应能力较差。
回流比定值控制，对负荷的适
应性较强。
7
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
D
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TC
H
101
B
8
5.3.4 精馏塔的压力控制系统 操作要求：塔压维持恒定 干扰：进料流量、成分、温度；加热蒸汽量、回流量、回流温度等 压力变 气液平衡条件变 塔的正常操作被破坏，影响产品质量 方法：应用能量平衡控制
1、加压精馏塔的压力控制 控制方案的确定与塔顶馏出物状态（气相还是液相）及馏出物
101 101
LR
D
LR
D
LR
D
图1 按压力改变冷剂流量
图2 按压力改变传热面积
图3 采用热旁路
特点：图1有利于节约冷却剂；图2反应迟钝；图3反应灵敏，应用较广泛
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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FC 103 FT 103
F
FC
101 Vs
FT 101
LR
分
TT 101
馏 TC 101
塔
LT 101
LT 102 LC 102
D
H
LC 101
B
4
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
FC
102 Vs
产品纯度。
2
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；
传热量小于使全部蒸汽冷凝所需热量， PC 蒸汽积聚压力升高；传热量过大，压力会降V2增大传 PT
101
热量使压力下降——分程控制。 (3) 液相采出，馏出物中含有微量不凝物
V2 V1
改变传热量控制塔顶压力
PC 101
LR
D
PT
PT
PC
101
PT PC
101
101
中含不凝性气体量的多少有关。
(1) 液相采出，馏出物中含有大量不凝物
PT PC
101 101 PC
PT
101
101
LR
D
适合气体流经冷凝器的阻力变 化大，回流罐的压力可间接代表塔 顶压力。
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LR
D
干扰使冷凝器的阻力变化时， 回流罐压力不能代表塔顶压力。
9
(2) 液相采出，馏出物中含有少量不凝物(<塔顶气相总流量2%)
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
塔
LT 102
H
LC 102
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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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；
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。
缺点：滞后较大，液位控制回路存在反向特性
实用场合：B少，且B<20%VS的塔
FC 102 FT 102
F
LT 101 LC 101
LR
分
FT
馏
101 FC
101
塔 TT
Vs 101
LT 102 LC 102
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
101
塔
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
FT
102
H
LC LT 103 103
LC LT 104 104
LC LT 105 105
LT 101 LC 101
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LT 102 LC 102
常一线
FT FC 104 104
常二线
FT FC 105 105
常三线
FT FC 106 106
常四线
B 方案特点：塔顶温度控制回流
5
2、直接物料平衡控制