第四部分精馏塔的控制课件.pptVIP

4.1 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 （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： 二、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，使塔的总收益（利润）最大或总成本最小。具体对一个精馏塔来说，需从四个方面考虑，设置必要的控制系统。 （1）产品质量控制； （2）物料平衡控制； （3）能量平衡控制； （4）约束条件控制（液泛限、漏液限、压力限、临界温差限等）。 防止液泛和漏液，可以用塔压降或压差来监视气相速度。 三、精馏塔的主要干扰因素 精馏塔的主要干扰因素为进料状态，即进料流量F、进料组分zf、进料温度Tf或热焓FE。 此外，冷剂与热剂的压力和温度及环境温度等因素，也会影响精馏塔的平衡操作。 所以，在精馏塔的整体方案确定时，如果工艺允许，能把精馏塔进料量、进料温度或热焓加以定值控制，对精馏塔的操作平稳是极为有利的。 4.2 精馏塔被控变量的选择 通常，精馏塔的质量指标选取有两类：直接的产品成分信号和间接的温度信号。 一、采用产品成分作为直接质量指标 二、采用温度作为间接质量指标 温度作为间接质量指标，是精馏塔质量控制中应用最早也是目前最常见的一种。 对于一个二元组分精馏塔来说，在一定的压力下，沸点和产品的成分有单值的对应关系，因此，只要塔压恒定，塔板的温度就反应了成分。 对于多元精馏过程来说，情况较复杂。然而在炼油和石化生产中，许多产品都是由一系列的碳氢化合物的同系物所组成，此时，在一定的压力下，温度与成分之间也有近似的对应关系，即压力一定时，保持一定的温度，成分的误差可忽略不计。在其余情况下，温度参数也有可能在一定程度上反映成分的变化。 三、用压力补偿的温度参数作为间接指标 用温度作为间接质量指标有一个前提—塔内压力恒定。虽然精馏塔的塔压一般有控制，但对精密精馏等控制要求较高的场合，微小的压力变化，将影响温度与组分间的关系，造成质量控制难以满足工艺的要求，为此需对压力的波动加以补偿。 （1）直接压力补偿 压力的变化Δp引起沸点变化为ΔT，在小范围内，此关系近似为线性关系： （2）温差控制 在精密精馏等对产品纯度要求较高的场合，考虑压力波动对间接指标的影响，可采用温差控制。 选择温差作为被控变量时，需要注意温差给定值合理（不能过大），以及操作工况稳定。 温差与产品纯度并非是单值对应关系曲线有最高点M1，在M1点的两侧，温差与浓度之间的关系是反向的，所以温差选得过大，或操作不平稳，均能引起温差失控的现象。 （3）双温差控制 为了克服温差控制中的不足，提出了双温差控制，即分别在精馏段和提馏段上选取温差信号。然后把两个温差信号相减，以这个温差的差作为间接质量指标进行控制。 采用双温差控制后，若由于进料流量波动引起塔压变化对温差的影响，在塔的上、下段同时出现，因而上段温差减去下段温差的差值就消除了压降变化的影响。从国内外应用双温差控制的许多装置来看，在进料流量波动影响下，仍能得到较好的控制效果。 4.3 精馏塔的整体控制方案 精馏塔是一个多输入多输出的多变量、分布参数、非线性的被控过程，可供选择的被控变量和操纵变量众多，所以精馏塔的控制方案有很多，而且很难简单判断哪个方案是最佳。 欣斯基(Shinskey)做了大量的研究，提出了精馏塔控制中变量配对的三条准则： (1)当仅需要控制塔的一端产品时，应当选用物料平衡方式来控制该产品的质量 (2)塔两端产品流量较小者，应作为操纵变量去控制塔的质量。 一、传统的物