精馏塔控制.
精馏塔控制
控制结构 （1）方案1：D — LR， B — LB， V — TB； （2）方案2：D — LR， V — LB， B — TB。
提馏段控制方案之一
FC F
TC
FC
LC B
LC D
提馏段控制方案之二
FC F
FC
TC LC
B
LC D
精馏塔两端质量指标控制问题
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。
连续精馏装置的工艺流程
原料
精 馏 塔
冷凝器
操作目的：
塔顶产品
通过反复的部分汽化 与部分冷凝，将混合
回流罐
液中沸点不同的各组
分分离成产品。
回流泵
再 沸 器
塔底产品
操作代价：
消耗能量，塔底需要 加热使塔底液部分汽 化；塔底需要冷却使 塔顶组分冷凝；
W
D
TR
L
精 馏
LD
塔
B
TS
QH
LB
两端质量指标控制方案
方案 控制变量
D
L
QH
B
1
LD
TR
TS
LB
2
TR
LD
TS
LB
受控变量
3
LD
TR
LB
TS
4
TR
LD
LB
TS
两端质量指标控制方案之一
F
TC
TB V V2
TD
TC
R V1
B
控制方案
（1）若相互耦合不严重， 则可通过调节器参数的整 定，使相关回路的工作频 率拉开以减少关联； （2）若耦合严重，则可 考虑静态解耦或其他先进 控制方法：变结构控制、 预测控制等。
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
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。
典型化工单元的控制案例—精馏塔的控制(工业仪表自动化)
1、精馏塔温度控制为 什么常用灵敏板上的温度作 为被控变量？
2、精馏塔精馏段温度控 制为什么改变回流量而不改 变再沸器的加热量？
精馏塔是化工生产中重 要的分离设备，它利用混合 物中各组分挥发度的不同， 将混合物组分进行分离并达 到规定的纯度要求。
CONTENTS
02
-15%
03
03
有些干扰是可控的,有些干扰 是不可控的。一般对可控的主要 干扰可采用定值控制系统加以克 服。然而对不可控的干扰，它们 最终将反映在塔顶馏出物与塔底 采出量的产品质量上。
思考题
1、精馏塔液相进Байду номын сангаас流量 增加对塔顶产品有什么影响？
2、精馏塔塔压增加对塔 顶产品和塔底产品有什么影 响？
CONTENTS
01
塔压定值控制
进料流 量控制
回流量定 值控制
塔釜液 位控制
回流罐液 位控制
质量控制系统
03
塔压定值控制
A B
02
在实际生产过程中，由 于不同的物料性质，精馏塔 的类型不同，生产产品纯度 的要求不同等情况，可根据 现场具体情况采用各种不同 的控制方法。。
精馏塔的控制要求
精馏塔的控制要求2.1 质量指标混合物分离的纯度是精馏塔控制的主要指标。
在精馏塔的正常操作中，产品质量指标就必须符合预定的要求，即保证在塔底或塔顶产品中至少有一种组分的纯度达到规定的要求，其他组分也应保持在规定的范围内，因此，应当取塔底或塔顶产品的纯度作为被控变量。
但是，在线实时监测产品纯度有一定的困难，因此，大多数情况下是用精馏塔内的“温度和压力”来间接反应产品纯度。
对于二元精馏塔，当塔压恒定时，温度与成分之间有一一对应的关系，因此，常用温度作为被控变量。
对于多元精馏塔，由于石油化工过程中精馏产品大多数是碳氢化合物的同系物，在一定的塔压下，温度与成分之间仍有较好的对应关系，误差较小。
因此，绝大多数精馏塔当塔压恒定时采用温度作为间接质量指标。
2.2 平稳操作为了保证精馏塔的平稳操作，首先必须尽可能克服进塔之前的主要可控扰动，同时缓和一些不可控的主要扰动，例如，对塔进料温度进行控制、进料量的均匀控制、加热剂和冷却剂的压力控制等。
此外，塔的进出物料必须维持平衡，即塔顶馏出物与塔底采出物之和应等于进料量，并且两个采出量的变化要缓慢，以保证塔的平稳操作。
另外，控制塔内的压力稳定，也是塔平衡操作的必要条件之一。
2.3 约束条件为了保证塔的正常、平稳操作，必须规定某些变量的约束条件。
例如，对塔内气体流速的限制，塔内气体流速过高易产生液泛，流速过低会降低塔板效率；再沸器的加热温差不能超过临界值的限制等。
3精馏塔的温度控制精馏塔控制最直接的质量指标是产品的组分，但产品组分分析周期长，滞后严重，因而温度参数成了最常用的控制指标，即通过灵敏板进行控制[3]。
3.1 精馏段温度控制精馏段温控灵敏板取在精馏段的某层塔板处，称为精馏段温控。
适用于对塔顶产品质量要求高或是气相进料的场合。
调节手段是根据灵敏板温度，适当调节回流比。
例如，灵敏板温度升高时，则反映塔顶产品组成XD下降，故此时发出信号适当增大回流比，使XD上升至合格值时，灵敏板温度降至规定值。
精馏塔的控制方式
精馏塔的控制方式字体: 小中大| 打印发表于: 2007-7-25 21:15 作者: chjzhou 来源: 海川化工论坛精馏塔的控制方式很多,其中有:1.提留段温度控制2.精馏段温度控制3.精馏塔温差控制4.恒流控制5.双温差控制6.压差控制7.在线仪表监测控制过路的朋友一起交流一下那种控制自动化程度更高,操作人员的参与度最少,对于生产最经济,交流的朋友别忘了写下你的理由哦答案不是重要的,你的理由却是非常重要的,欢迎讨论啊,一起学习我也来说两句查看全部回复最新回复∙chping80 (2007-7-25 21:36:13)我认为精馏段温度控制更好，更能说明精馏塔的运行情况！∙chjzhou (2007-7-26 09:10:51)压差控制比较好(以下是摘抄版)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。
[本帖最后由chjzhou 于2007-7-26 17:05 编辑]∙zzna (2007-7-26 09:16:01)精馏段温度控制和温差控制结合！∙weiqj (2007-7-26 15:49:50)3＃楼是从一个叫做“好男人”的博客中的《精馏塔操作及自动控制系统的改进》摘抄其中一段。
精馏塔的安全运行分析——精馏塔的温度控制
精馏塔的安全运行分析——精馏塔的温度控制精馏塔是化工过程中常用的设备，用于将混合液体按照其不同的沸点进行分离。
在精馏过程中，温度控制是非常重要的，因为温度的控制直接影响到分离效果和设备的安全运行。
本文将对精馏塔的温度控制进行分析，并探讨其安全运行问题。
首先，精馏塔的温度控制是通过控制加热和冷却的方式进行的。
一般来说，精馏塔的顶部会有一个冷凝器，用于冷却和收集顶部的馏分。
底部则会有一个加热器，用于提供加热能量，并驱动液体分离过程。
在实际操作中，温度的控制主要是通过调节加热和冷却的强度来实现的。
对于精馏过程，温度的控制非常重要。
首先，温度过高会导致设备的安全风险。
当温度超过液体的沸点时，液体将会产生汽化，形成气相物质进入顶部冷凝器，如果冷凝器的冷却能力不足，可能会导致无法充分收集顶部的馏分，甚至出现溢流现象。
同时，高温还会增加精馏塔内部的压力，增加设备的风险。
因此，需要通过调节加热的强度，使得温度能够控制在安全范围内。
另一方面，温度过低也是需要注意的问题。
过低的温度会导致分离效果不理想，不能充分实现分离的目的。
因此，需要通过提高加热的强度或降低冷却的强度，使得温度能够维持在适当的范围内，以获得良好的分离效果。
在温度控制方面，精馏塔还有一个重要参数是反应塔的冷却水温度。
冷却水的温度直接影响到精馏过程中的冷凝效果。
一般来说，冷却水温度越低，冷凝效果越好，但同时也会增加水的用量和处理成本。
因此，在实际操作中，需要在安全和经济的基础上，选择适当的冷却水温度。
除了在操作中对温度进行控制外，还要注意精馏塔的安全运行。
首先，需要定期检查精馏塔的加热器和冷凝器的状态，以确保其正常工作。
其次，需要保证加热器和冷凝器的设计和运行参数满足工艺要求，并安装适当的安全设备，如压力表、温度控制器等。
此外，需要保持精馏塔的良好通风，以防止易燃气体积聚和引发火灾。
最后，在精馏过程中要严格遵守操作规程和安全操作规范，定期进行设备维护和检修，确保设备的安全运行。
(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
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
过程控制 青海大学
16
物料平衡和内部的物料平衡
总组分与轻组分的物料平衡方程：
F = D B FxF = DxD BxB
F, xF
V
D = xF xB 或 B = xD xF
D, xD
F xD xB F xD xB
结论：对于给定的进料，若D/F和 B, xB V/F保持一定，则该塔的分离结果xD,
精馏塔的控制
2020/5/22
过程控制 青海大学
1
精馏工艺
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，实现组分的分离。 按组分(二元精馏和多元精馏)； 按挥发度分(一般精馏和特殊精馏); 按结构分(板式塔、填料塔)。 按操作的连续性分类(连续精馏和间歇精 馏)。
2020/5/22
过程控制 青海大学
过程控制 青海大学
3
精馏塔的控制分析
精馏过程通过精馏塔、
冷凝器
再沸器、冷凝器等设备
完成。再沸器为混合物
塔顶产品
液相中轻组分的转移提 原料
精
回流罐
供能量；冷凝器将塔顶
馏 塔
来的上升蒸气冷凝为液
回流泵
相，并提供精馏所需的
回流。精馏塔是实现混
再 沸
合物组分分离的主要设
器
备。
塔底产品
2020/5/22
过程控制 青海大学
若能耗一定，随着产品纯度提高，回收率迅速下降；
若产品纯度一定，在一定范围内随着能耗提高，回收率也明显提 高；到一定程度后，增加能耗的效果就不显著了。
2020/5/22
过程控制 青海大学
11
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%
产品回收率：
进料中每单位产品组分所 能得到的可售产品的数量； 能耗指标：
用单位进料的塔底上升蒸 气量V/F来表示；
若能耗一定，随着产品纯度提高，回收率迅速下降；
若产品纯度一定，在一定范围内随着能耗提高，回收率也明显提 高；到一定程度后，增加能耗的效果就不显著了。
2020/5/22
过程控制 青海大学
7
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。
2020/5/22
过程控制 青海大学
Hale Waihona Puke 8能量平衡和经济平衡性指标
2
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 ，例如，非线性、时变、关联；控制方 案多样，例如，同一被控变量可以采用 不同的控制方案，控制方案的适应面广 等。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。
2020/5/22
V = ln s
F
V F
=
ln
xD (1 xB ) xB (1 xD )
2020/5/22
过程控制 青海大学
18
结论
XB、 XD可采用D/F 或B/F来控制 当ZF 一定时，如V/F和 B/F(或D/F)一定 ，则XB和XD 也就确定 当 ZF变化时， ZF ↑，则XB和XD↑，可用 增加D/F(或减小B/F)来补偿
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。
2020/5/22
过程控制 青海大学
9
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 全操作的要求，对精馏塔操作参数有一定 的约束条件
✓气相速度限，出现液泛现象。 ✓最小气相速度限，造成漏液。 ✓操作压力限。 ✓临界温度限
进料温度：一般可测可控，不控制或进料热焓控 制
再沸器加热蒸汽压力：一般可控可测，定值或串 级控制
冷却水压力和温度：塔压定值或浮动塔压控
环境温度：不控制或内回流控制
2020/5/22
过程控制 青海大学
15
精馏塔的静态特性
物料平衡和内部的物料平衡 能量平衡 进料浓度Zf和进料流量F对产品 质量的影响
2020/5/22
4
操作目的： 通过反复的部分汽化与部分冷凝，将混 合液中沸点不同的各组分分离成产品。
操作代价： 消耗能量，塔底需要加热使塔底液部分 汽化；塔顶需要冷却使塔顶组分冷凝；
2020/5/22
过程控制 青海大学
5
精馏塔的控制要求
控制目标：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。
xB就完全确定。
D F 和 B 是F 影响 、xD 的x关B 键因素
ZF 是通过 D 和F B影F响组分变化
2020/5/22
过程控制 青海大学
17
能量平衡
分离度
s = xD (1 xB ) xB (1 xD )
影响分离度的因素： s=f(α,n,V/F,ZF,E,nF)
s f (V ) F
分离度S一定时，调节D/F或B/F可控制 XB和XD，两者有关联
2020/5/22
过程控制 青海大学
19
精馏塔的内部物料平衡
假设条件： 加料板物料平衡 精馏塔精馏段的物料平衡 精馏塔提馏段的物料平衡
2020/5/22
过程控制 青海大学
20
精馏塔的内部物料平衡
——进料板的物料平衡
2020/5/22
过程控制 青海大学
12
2020/5/22
过程控制 青海大学
13
精馏塔的扰动分析
进料流量和进料成分 进料温度或进料热焓 再沸器加热蒸汽压力 冷却水压力和温度 环境温度
2020/5/22
过程控制 青海大学
14
精馏塔的扰动分析
进料流量：可测不可控，基本恒定，采用均匀或 前馈控制
进料成分：不可控和难测量，外围控制使不变
2020/5/22
过程控制 青海大学
10
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%
产品回收率：
进料中每单位产品组分所 能得到的可售产品的数量； 能耗指标：
用单位进料的塔底上升蒸 气量V/F来表示；
1、质量指标 2、产品产量 3、能量消耗 4、约束条件
2020/5/22
过程控制 青海大学
6
质量指标
精馏塔的质量指标指塔顶或塔底产品的纯度
二元精馏质量指标指塔顶产品中轻组分含量和 塔底产品中重组分含量。
多元精馏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。
产品组分含量并非越纯越好，