技术课——精馏塔塔顶压力的控制
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。
第七章 精馏塔的控制
j LR x j
D，XD
F，ZF Vs y k Ls x k-1 ↑ ↓ k
VS VR , LS LR F
进料为气相，且为露点，则：
Ls B,xB
VR Vs F , LR LS
物料平衡示意图
其它情况下的进料较为复杂，
VR Vs 1 q F LS LR qF
4、节能与经济性
回收率：
Ri 组分i的产品流量 100 ％ 进料中组分i的流量
例如：丙烯—丙烷塔，进料流量F，丙烯含量Ei，塔顶丙烯 产品流量D，则丙烯回收率 ＝D/(FEi )×100％ 其他的丙烯进入到塔底的丙烷产品中。
能耗－产品纯度－回收率的关系
能耗不变时，产品纯度↑，回收率↓ 保证产品纯度时，能耗↑，回收率↑，但回收率增加 到一定程度时，提高的就不明显了。 保证产品纯度的前提下，权衡回收率与能耗，选择最 佳的回收率与能耗搭配，使得产量尽量多些，能耗尽量少 些。
LR 定义回流比： R D
，则：
LR LR R VR LR D R 1
可通过回流比R和再沸器蒸汽量V→内部物料平衡→yj+1 回流比R↑，y~x斜率↑ 全回流（R=∞，D=0）时， yj+1 =xj为对角线
（3）提镏段物料平衡
再沸器物料平衡：
B LS VS
提馏段操作 线方程
个气泡时的温度称为泡点
全部变成饱和气相的温度称为露点。
精馏塔原理示意图
1、工艺流程 2、分类
板式塔 筛板塔、泡罩塔、浮阀塔
穿流塔、浮喷塔、浮舌塔
填料塔
增加气液两相的接触面积 乱堆填料，规整填料
精馏塔物料流程图
3、机理复杂、控制难度大
精馏塔的控制方案(课堂PPT)
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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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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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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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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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技术课精馏塔塔顶压力的控制
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减压塔的压力控制——冷剂法
• 当塔的真空借助喷射泵获得时，可以用调节塔顶冷凝器的冷剂量或冷剂温度从而改变尾气量的方法来调节 塔的真空度。
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减压控制——不凝气回流
• 当使用电动真空泵时，可以将调节阀安装在真空泵的回流线上，通过控制抽出量来控制塔的真空度。
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感谢您的观赏！
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作者：工艺一班白志祥
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加压塔的压力控制——卡脖子法
• 精细化工厂的偏三甲苯塔是气相卡脖子法，加氢装置的脱碳十塔是液相卡脖子法。
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常压塔的压力控制（一）
• 常压塔的压力控制：
• 对于塔顶压力在稳定性要求不高的情况下，无需安装压力控制系统，可在精馏设备（回流罐）设一个通大 气的管道，以保证塔内压力接近于大气压。
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塔压波动的调节方法
• 在生产过程中当上述因素发生变化时，塔压发生变化，控制塔 压的调节机构就会自动动作，使塔压恢复正常。塔压发生变化 时，首先要判断引起压力变化的原因，而不是简单的只从调节 上使塔压恢复正常，要从根本上消除变化的因素，才能不破坏 塔的操作。例如，塔顶冷剂量不足引起塔压升高，若不提高冷 剂量，而是通过增加塔顶采出来调节压力，这样部分重组分会 进入精馏段，使产品不合格；又如釜温过低引起塔压下降，若 不提釜温，而是通过减少塔顶采出来控制压力，会使部分轻组 分到塔底，使产品不合格。
精馏塔的操作规程
精馏塔的操作规程一、操作要点：1、循环水流量不低于60m³/h。
2、真空压力控制在-0.07MPa—-0.09MPa。
3、蒸汽总压控制0.4MPa左右，实际使用压力在0.1-0.2MPa。
二、工艺流程：1、控制真空-0.08MPa，冷凝水正常开启。
2、中控室远程控制蒸汽阀，控制温度、压力、回流、进料。
缓慢开蒸汽阀，打开加热器放水阀放水后关闭，打开疏水器入口阀，疏水器正常使用，塔底液位开始下降，EDC开始汽化，关闭出料阀，进行全回流操作。
当塔顶温度在（45℃—52℃）左右时，逐渐减少回流，回流控制在（1.2m³/h），液位降低时，通过流量计进料，塔顶真空压力、温度稳定后，控制回流和进料流量，调整蒸汽压力，使塔中温度保持正常，取样分析，合格后开出料阀门，向干燥器放料，流入成品罐。
3、排液操作。
当塔底液位计接近满时（1500mm），缓慢开启残料罐阀门，向残料罐排液，当液位降至1/2时（750mm）关闭阀门，控制塔底液位不能从平衡管道溢入残料罐。
三、工艺指标：1、蒸汽总压力：≥0.4MPa，压缩空气≥0.2MPa。
2、塔内液位：1/2—2/3之间（750mm—1500mm）。
3、真空压力：-0.07MPa—-0.09MPa。
4、温度：底温90℃—100℃（1#—2#塔），3#塔：85℃—95℃，4#—5#塔：80℃—90℃。
中温：1#—2#塔：60℃—80℃；3#塔：65℃—85℃；4#—5#塔：70℃—85℃。
顶温：1#—2#塔：55℃—63℃；3#塔：50℃—60℃；4#—5#塔：45℃—55℃。
5、蒸汽压力控制在0.1—0.2MPa。
四、开车前的准备工作1、检查各操作阀门和仪表开关状态是否正确灵敏，是否处于完好状态。
2、检查半成品储罐情况。
3、检查蒸汽供应是否正常。
4、循环水系统是否正常，真空压力是否正常。
五、正常开车1、中控室利用远程系统打开进料阀门，通过流量计进料，当液位达到2/3时（1500mm），关闭进料阀。
(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 流程
精馏塔压力控制流程(中英文版)Title: Distillation Column Pressure Control ProcessThe pressure control process of a distillation column is crucial for the successful separation of components in a mixture.精馏塔是化工过程中用来分离混合物中不同组分的关键设备，而压力控制则是确保这一分离过程高效进行的关键因素。
The pressure in the distillation column is maintained by a pressure controller, which regulates the flow of feedstock and product.精馏塔内的压力由压力控制器来维持，该控制器通过调节进料和产品的流量来实现压力的稳定。
When the pressure in the column exceeds the set point, the pressure controller increases the flow of feedstock to lower the pressure.反之，当压力低于设定值时，压力控制器会减少进料流量以提高压力。
The pressure controller also communicates with the reflux drum to maintain a constant pressure.压力控制器还会与回流罐进行通信，以保持压力恒定。
In summary, the pressure control process of a distillation column is vital for the separation of components in a mixture.The pressure controller plays a key role in maintaining the pressure within the column, ensuring efficient separation.总之，精馏塔的压力控制过程对于混合物中组分的分离至关重要。
常减压精馏塔的主要控制指标
常减压精馏塔的主要控制指标
常减压精馏塔的主要控制指标包括：
1. 馏分回收率：通过调节进料量、精馏负荷和热量等参数来控制馏分回收率,保持回收率稳定在目标值及以上。
2. 塔顶压力：塔顶压力是影响馏分品质和产量的重要因素,需要保持在一定范围内,根据不同的馏分要求进行调控。
3. 塔底温度：塔底温度是控制产品分离和馏分品质的重要参数,需要根据不同馏分要求进行调节和控制。
4. 精馏段温度差：精馏段温度差是塔内温度分布不均匀的表现,通常需要保持在一定范围内,以保证产品质量和生产效率。
5. 精馏段液位：精馏段液位需要保持稳定,过高或过低都会影响馏分品质和产量。
6. 循环流量和冷凝器效率：循环流量和冷凝器效率是保证精馏塔运行稳定和产品质量的关键参数,需要进行定期维护和检修。
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2012-7-16
作者：工艺一班白志祥
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减压控制——补氮气
• 在使用电动真空泵时，还可以用补氮气的 方式来控制塔压。在真空抽出线上接氮气 线，通过调节氮气量来控制真空度。我们 新装置精馏部分的四个塔压力都这样控制。
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2012-7-16
作者：工艺一班白志祥
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水环真空泵的分程控制
• 精细化工厂脱轻塔压力采用分程控制
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塔压波动的调节方法
• 在生产过程中当上述因素发生变化时，塔压发生 变化，控制塔压的调节机构就会自动动作，使塔 压恢复正常。塔压发生变化时，首先要判断引起 压力变化的原因，而不是简单的只从调节上使塔 压恢复正常，要从根本上消除变化的因素，才能 不破坏塔的操作。例如，塔顶冷剂量不足引起塔 压升高，若不提高冷剂量，而是通过增加塔顶采 出来调节压力，这样部分重组分会进入精馏段， 使产品不合格；又如釜温过低引起塔压下降，若 不提釜温，而是通过减少塔顶采出来控制压力， 会使部分轻组分到塔底，使产品不合格。
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作者：工艺一班白志祥
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减压塔的压力控制——冷剂法
• 当塔的真空借助喷射泵获得时，可以用调 节塔顶冷凝器的冷剂量或冷剂温度从而改 变尾气量的方法来调节塔的真空度。
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作者：工艺一班白志祥
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减压控制——不凝气回流
• 当使用电动真空泵时，可以将调节阀安装 在真空泵的回流线上，通过控制抽出量来 控制塔的真空度。
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分程控制曲线
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作者：工艺一班白志祥
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影响塔压的因素
• 影响塔顶压力变化的因素是多方面的，例 如：塔顶温度、塔釜温度、进料组成、进 料流量、进料温度、回流量、冷剂量、冷 剂压力等的变化以及仪表故障，设备管线 堵冻等，都可以引起塔压的变化。例如， 釜温突然升高、冷剂量减少、进料中轻组 分含量增加或进料量加大、采出管线堵塞 都会引起塔压升高。另外，塔顶调节阀失 灵也会引起塔压波动。
• 塔压力的控制一般分为三种情况，即加压 塔、减压塔和常压塔。
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作者：工艺一班白志祥
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加压塔压力控制——气相采出法
• 塔顶冷凝器为分凝器(气液相并存)时，塔压 一般是靠气相采出量来调节的，在其他条 件不变的情况下，气相采出量增大，塔压 下降，气相采出量减少，塔压上升。
• 乙烯厂加氢工段10-C-701塔的压力控制 P17003就是采用的气相采出法。
• 对塔顶压力的稳定性要求较高或被分离的 物料不能于空气接触时，该塔的压力控制 可以采用加压塔的压力控制方法，可以用 气相排出法或冷剂法（不再重复介绍）。
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作者：工艺一班白志祥
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常压塔控制（三）
• 调节塔釜加热量的方法来控制塔顶压力， 化工助剂装置的溶剂精馏塔就是用塔釜加 热量来控制压力。
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作者：工艺一班白志祥
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常压塔的压力控制（一）
• 常压塔的压力控制： • 对于塔顶压力在稳定性要求不高的情况下， 无需安装压力控制系统，可在精馏设备 （回流罐）设一个通大气的管道，以保证 塔内压力接近于大气压。
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作者：工艺一班白志祥
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常压塔的压力控制（二）
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作者：工艺一班白志祥
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提纲
• 精馏塔压力的控制方案
• 影响精馏塔压力的因素 • 精馏塔压力的调节 • DPG流程
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精馏塔的压力控制
• 塔的压力是精馏塔控制最重要的指标，塔 压波动过大，就会破坏全塔的热量平衡和 汽液相平衡，影响产品质量。
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作者：工艺一班白志祥
• 调节灵敏度高，易调节； • 调节阀安装的管线可以比较细，可以使用 比较小的调节阀，也降低了成本；
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热旁通控制法图示
PC 热旁通
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作者：工艺一班白志祥
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加压塔的压力控制——卡脖子法
• 精细化工厂的偏三甲苯塔是气相卡脖子法， 加氢装置的脱碳十塔是液相卡脖子法。
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作者：工艺一班白志祥
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气相采出控制法图示
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气相采出
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作者：工艺一班白志祥
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加压塔压力控制——冷剂调节
• 塔顶物料为全凝时，靠冷剂量来控制压力， 也就是控制回流温度。
PC 控制冷剂量
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作者：工艺一班白志祥
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加压塔压力控制——热旁通法
• 热旁通阀的三个优点： • 冷凝器可以安装的比较低，这样就不用设 置平台，减少材料，降低成本；