过程控制工程17精馏塔的控制ppt课件.ppt
过程控制系统及工程,第17章 精馏塔的控制,精馏塔的控制,17.1 概述17.2 精馏塔的特性17.3 精馏塔被控变量的选择17.4 精馏塔的整体控制方案17.5 精馏塔的新型控制方案,第17章,教学进程,利用混合物中各组分的挥发度（沸点）不同，或在相同温度下，各组分的蒸汽分压不同，轻组分（液相中）和重组分（汽相中）相互转移 根据结构不同，可分为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、穿流板塔、浮喷塔、浮舌塔等。,17.1,概述,机理,精馏塔系统特点： MIMO系统、相互关联、机理复杂、动态响应迟缓、能耗大 -控制要求高,机理,17.1,概述,二元精馏系统,17.1.1,精馏塔的基本关系,（1） 物料平衡 F=B+D B、D：塔釜、塔顶馏出液 Fzf=DxD+BxB xD、xB ：塔釜、顶轻组分含量,物料平衡、能量平衡 二元精馏系统,物料平衡方程：,：xB xD,B/F ： xB xD,D/F ,分离度 s: xD xB 能量平衡方程 V：上升蒸汽量 表征了s与V/F的关系 V/F增加，s也增加，但能耗增加 对于特定的塔，进料组分一定，只要D/F 和 V/F 一定，塔顶和塔底的组分就可确定。,17.1.1,精馏塔的基本关系,（2） 能量平衡,17.1.2,精馏塔的控制要求,在保证产品合格情况下，总收益最大或总成本最小。,（1）产品质量控制,塔顶或塔底产品之一应达到规定的纯度。另一产品组成也应在要求范围之内。多元精馏的关键组份含量来描述质量指标。,（2）物料平衡控制,维持塔平稳操作，液位稳定,（3）能量平衡控制,操作压力稳定,（4）约束条件控制,塔的正常操作必须满足一定约束条件，如最大处理量下产品质量好，产量高，能耗小。确定目标函数使收效最大，能耗最小。对塔最大气速操作压力，加热、温差、冷却温差等都有限制。,17.2,精馏塔的特性,j,j+1,j-1,17.3,精馏塔被控变量的选择, 间接指标温度 压力一定情况下，温度与产品的成分有单值对应的关系,直接指标和间接指标, 直接指标产品成分 在线成分仪表价格贵，并且可靠性差, 间接指标温差控制在精密蒸馏时，要求产品纯度很高，组份之间的相对挥发度差异很小，组份变化引起的温度变化有时比压力变化引起的温度变化还小，对塔压控制要求很严格。,有时为了兼顾塔顶、塔底产品，可以取进料板温度,17.3,精馏塔被控变量的选择,温度点位置,塔顶分离物为产品时，温度放在塔顶精馏段控制,塔底分离物为产品时，温度放在塔底提馏段控制,塔顶温度受压力限制，变化很小，因而，有时取灵敏板温度,温度控制恒定时，压力的微小波动，对产品的成分影响很大,17.3,精馏塔被控变量的选择,压力补偿温度,（1） 直接压力补偿,17.3,精馏塔被控变量的选择,（4） 推断控制,（2） 温差控制,压力的变化，塔顶各板的温度同时变化，某两点温差控制，可 消除压力影响，关键是温差的取值大小。,（3） 双温差控制,17.4,精馏塔的整体控制方案,物料平衡控制方案 无质量控制（无温度控制） P332 图17-10 17-11,LC,LC,FC,FC,FC,D,L,Q,V,F,B,17.4,精馏塔的整体控制方案,共同特点：恒定控制塔顶或塔底回流量，有利于平稳操作,质量指标控制 通过温度控制成分 控制手段： 塔顶、 塔底回流、 塔釜加热量,D,L,Q,V,F,B,（1）方案1、2 在保证塔釜温度和液位基本稳定，控制精馏段温度,17.4,精馏塔的整体控制方案,2、L控制温度,下降,1、D控制温度,优点：物料与能量平衡之间的关联最小 缺点：温度控制滞后大,温度升高,D,升高,减小,液位,L,增大,温度,17.4,精馏塔的整体控制方案,（2）方案3、4 通过控制提馏段温度，控制精馏塔的温度分布 塔顶回流和馏出的定值控制,4、B控制温度 温度升高B减小温度下降 缺点：温度控制滞后大,3、Q控制温度 温度升高Q减小温度下降 缺点：温度控制与物料平衡控制有关联,17.4.3,复杂控制系统的应用,（4）前馈控制 把进料作为对温度的一个主要扰动，提前控制,（1）串级控制 温度与塔釜加热介质（蒸汽）流量的串级控制，图17-20（A）、（B）,（2）均匀控制 多个串联操作时，要考虑液位与流量的均匀控制,（3）比值控制 回流比D/F控制,17.4.3,复杂控制系统的应用,根据精馏关系，在塔的压力恒定的情况下，才能采用温度作为间接参数控制成分指标，因此希望塔压恒定。 精馏一般可在负压、常压、正压下进行。,17.4.3,塔的压力控制,塔顶汽相压力,塔顶汽相出料：出口管线上直接节流 塔顶液相出料：,（1）正压塔,PC,气相出料,17.4.3,塔的压力控制,（1）正压塔,液相含有微量不凝聚物：几乎全部冷凝，通过改变凝聚量控制，图17-23 三种方案。改变冷凝水、改变冷凝量、旁路控制,17.4.3,塔的压力控制,（1）正压塔,液相含有大量不凝聚物：气体较多，通过汽相排除控制压力 图17-24。,17.4.3,塔的压力控制,液相含有少量不凝聚物：界于以上两种情况之间，采用两个操纵变量控制，冷凝剂量和放空量。,（1）正压塔,17.4.3,塔的压力控制,分程调节 图17-25,（2）负压塔,塔顶设置抽真空系统 图17-26 （A）直接节流抽气管 （B）控制旁路,17.4.3,塔的压力控制,空气惰性气体,抽真空,PC,一般只在回流罐或塔顶冷凝器上与大气接通即可,（3）常压塔,17.4.3,塔的压力控制,精馏塔的控制,17.1 概述17.2 精馏塔的特性17.3 精馏塔被控变量的选择17.4 精馏塔的整体控制方案17.5 精馏塔的新型控制方案,第12章,教学进程,17.5,精馏塔的新型控制方案,17.5.1,内回流、热含控制,17.5.2,解耦控制,当精馏塔塔顶、塔底产品均有质量要求时，通常希望进行两端控制，,问题：解耦装置的动态特性很难获得，因此，一般采用静态解耦，或再进行一定的动态补偿。,L* L xD V* V xB,GD,GB,D11,D21,D12,D22,G11,G21,G12,G22,L* L xD,V* V xB,17.5.2,解耦控制,问题：两套系统关联（耦合）严重,解决办法：解耦控制,多点温度的质量推断控制,17.5.3,推断控制,17.5.4,精馏塔的节能控制,精馏塔是能量消耗大户，节能控制对于提高经济效益有很大意义。 通常，精馏塔的控制以增加回流量，加大蒸汽加热量，换取一个较宽的操作范围，保证产品合格能耗增加。 降低能耗质量的卡边控制,C、 塔压不能出现突变,17.5.4,精馏塔的节能控制, 浮动塔压的目的：在可能的条件下，尽量降低塔压,B、 使汽液平衡温度温度下降，提高再沸器加热效率,A、可以增加组分间的挥发度，使再沸器加热量下降。, 塔压浮动的条件,A、选择尽量不受塔压影响的控制指标，直接取质量 指标最好，取温度，要考虑压力补偿措施。,B、冷凝器的冷凝能力的限制, 控制实施,阀位极限值,冷却水,VPC,PC,L,F,D,17.5.4,精馏塔的节能控制,图17-29,分析：增加了一个阀位控制系统 1 VPC作用使塔压不会突变作用 2 保证冷凝器总在最大负荷下工作， 阀门开度90%（VPC设定） 突然降温引起压力下降时，PC关小阀门，开度小于90%，压力迅速回升，使塔压不会突变，然后VPC工作，缓慢降低PC设定值，直到阀门开度回到90%，塔压降到与外界环境相应的值。,17.5.4,精馏塔的节能控制,燃料油V1,热油 V2,T2C,VPC,T1C,B,17.5.4,精馏塔的节能控制,P228 图12-29,分析：T1升高T1C使V2关小VPC动作，降低T2C给定值V1关小温度下降，V2开大到原来的阀位（90%左右）,充分利用塔顶汽相的热量。,17.5.4,精馏塔的节能控制,使再沸器加热热油控制阀总保持在尽量打开的状态 方法：热油控制阀位控制、热油温度控制（尽量低）,17.5.5,精馏塔的最优控制,（2）控制方法 依赖于模型，动态模型获得困难，通常进行静态优化 P230231,保证质量指标的条件下，使某种经济指标最优。 单塔最优、机组最优、全厂/车间最优 关键：目标函数、优化方案,（1）目标函数,利润指标函数 成本指标函数,
