过程控制系统与仪表 教学课件 作者 王再英 第10章.pdfVIP

过程控制系统与仪表 第10章 第10章 过程控制系统应用实例 10.1精馏塔过程控制系统 精馏是利用混合液中不同组分挥发温度的差异 将各组分分离的过程。精馏塔是精馏过程的关键设 备，是一个多参数的被控过程，不同工艺要求的精 馏塔结构不相同，工艺参数、变量之间存在多种组 合，控制方案繁多；另外，精馏工艺控制要求较高 ，控制相对困难。只有对生产工艺进行深入分析， 才能设计出合理的控制系统。 过程控制系统与仪表 第10章 10.1.1分馏原理 以A 、B两种液体混合物的分馏为例，介绍分馏 的基本原理。在压力一定的情况下，A 、B二种组分 混合溶液汽—液相温度—浓度曲线如图所示10.1 。 纯A 的沸点是140℃，纯B 的沸点是175℃。两组分的混合 比变化时，混合溶液的沸点也 将随之变化，如图10.1中液相 曲线所示；图中还标出了温度 变化时，汽相组分的变化曲 线。 过程控制系统与仪表 第10章 设原溶液中A 占20 ％，B 占80 ％，把A ，B混合 液加热到164.5℃时，液体沸腾。这时，与液相共存 的气相成分比是A 占45.8 ％，B 占54.2 ％。将这些气 体单独冷凝后所形成的混合液体中，A为45.8 ％，B 为54.2 ％；如果再使混合液体沸腾，其沸点为 154.5℃。这时气态成分比又变成A 占73.5 ％，B 占 26.5 ％，这样反复进行上述操作，不断蒸发和冷凝， ……，最终就可以将A分离出来。 过程控制系统与仪表 第10章 10.1.2.1精馏塔的控制要求 1．保证产品质量 2 ．保证平稳生产 3 ．满足约束条件 4 ．节能要求和经济性 精馏塔的操作情况必须从整个经济收益来衡 量。在精馏操作中，质量指标、产品回收率和能量 消耗均是要控制的目标。其中质量指标是必要条 件，在优先保证质量指标的前提下，应使产品产量 尽量高一些，能量消耗尽可能低一些。 过程控制系统与仪表 第10章 10.1.2.2精馏塔的干扰因素特性 图10.2 表示精馏 塔物料流程图。进料F 从精馏塔中段某一塔 板上进入塔内，这块 塔板就称为进料板。 进料板将精馏塔分为 上下两段，进料板以 上部分称精馏段；进 料板以下部分称提馏 段。 过程控制系统与仪表 第10章 精馏塔运行过程中，影响其质量指标和平稳 生产的主要干扰有以下几种： 1．进料流量F 的波动 精馏塔进料量F往往是由上一道生产工序所决 定，如果一定要使精馏塔进料量F 恒定，就必须 要设置中间贮槽进行缓冲。现在精馏工艺是尽可 能减小或取消中间贮槽，采取在上一道工序设置 液位均匀控制系统控制出料流量，使精馏塔的进 料流量F 比较平稳，避免F 的剧烈变化。 过程控制系统与仪表 第10章 2 ．进料成分ZF 的变化 进料成分ZF是由上一道工序出料或原料情况 决定的。 3 ．进料温度T 和进料热焓Q 的变化 F F 一般情况下进料温度是比较稳定的，如果进 料温度TF变化较大，为了维持塔内的热量平衡和 稳定运行，在单相进料时采用进料温度控制可克 服这种干扰，然而在多相进料时，进料温度恒定 并不能保证其热焓值QF稳定。 过程控制系统与仪表 第10章 4 ．再沸器加热剂输入热量的变化 当加热剂是蒸汽时，通过再沸器输入精馏塔 的热量扰动往往是由蒸汽压力变化所引起的。 5 ．冷却剂在冷凝器内吸收热量的变化 冷却剂吸收热量的变化主要是由冷却剂的压 力或温度变化引起的。冷却剂的温度一般变化较 小，而流量的变化大多是由压力波动的引起。 6 ．环境温度的变化 过程控制系统与仪表 第10章 10.1.3精馏塔控制方案 不同精馏塔生产工艺、产品质量标准不一 样，对控制的要求各不相同，因而精溜塔控制方 案较多。下面对常见的几种方案进行分析 10.1.3.1提馏段参数控制 当塔底液为主要产品时，常采用提馏段温度 作为衡量质量的间接指标，这时可选提馏段某点 温度作为被控参数，以再沸器加热蒸汽流量为控 制变量。另外，液相进料时也常采用这类方案。 过程控制系统与仪表 第10