精馏塔提馏段的温度控制新版系统.doc

南华大学

过程控制仪表课程设计

设计题目 精馏塔提馏段温度控制系统
学生姓名 XXX
专业班级 自动化XXX
学 号 XXXXXXXXXX
指引教师 XXX

6月25日

目 录
1. 系统简介与设计目………………………………………….2
2. 控制系统工艺流程及控制规定…………………………….3
3．设计方案及仪表选型……………………………………….4
3.1控制方案拟定……………………………………………..4
3.2控制系统图、方框图……………………………………….5
4.各个环节仪表选型，仪表工作原理以及性能指标.......…..7
4.1检测元件…………………………………………………7
4.1.1铠装热电偶特点…………………………….……. 7
4.1.2铠装热电偶重要技术参数…………………………….……7
4.2变送器……………………………………………..…7
4.2.1变送器重要技术指标………………………………….…..7
4.3调节器……………………………………………….…8
4.4执行器………………………………………………… 8
4.4.1电／气阀门定位器作用…………..……………………..8
5. 绘制仪表盘电气接线图，端子接线图…………….……………..10
6. 仪表型号清单………………………………………….….11
7. 设计总结…………………………………………………….12
参照文献 ………………………………………………..……13

1.系统简介与设计目
精馏操作是炼油、化工生产过程中一种十分重要环节。精馏塔控制直
接影响到工厂产品质量、产量和能量消耗，因而精馏塔自动控制长期以
来始终受到人们高度注重。精馏塔是一种多输入多输出对象，它由诸多级塔
板构成，内在机理复杂，对控制规定又大多较高。这些都给自动控制带来一定
困难。同步各塔工艺构造特点有千差万别，这需要进一步分析特性，结合详细塔
特点，进行自动控制方案设计和研究。精馏塔控制最后目的是，在保证产品质
量前提下，使回收率最高，能耗最小，或使总收益最大。在这个状况为了更好
实现精馏目的就有了提馏段温度控制系统产生。
按提馏段指标控制方案，当塔釜液为重要产品时，经常按提馏段指标控制。
如果是液相进料，也常采用此类方案。这是由于在液位相进料时，进料量变化，
一方面影响到塔底产品浓度，塔顶或精馏段塔板上温度不能较好地反映浓度变
化，因此采用提馏段控制温度比较及时。此外如果对釜底出料成分规定高于塔
顶出料，塔顶或精馏段板上温度不能较好反映组分变化和实际操作回流比不不大于几
倍最小回流比时，可采用提馏段控制。提馏段温度是衡量质量指标间接指标，
而以变化再沸器加热量作为控手段方案，就是提馏段温控。
精馏塔控制目的是：在保证产品质量合格前提下，使塔回收率最高、能耗最低，虽然总收益最大，成本最小。

2. 控制系统工艺流程及控制规定
(1)控制系统简朴简介，工艺流程分析；
　 (2)各环节仪表选型、仪表工作原理及性能指标；
　　(3)仪表间配接阐明；
(4)绘制工艺流程原理框图；
(5)给出仪表型号清单；
(6)绘制仪表盘电气接线图，端子接线图。

3．设计方案及仪表选型
3.1控制方案拟定
图3-1是精馏塔底部示意图，在再沸器中，用蒸汽加热塔釜液产生蒸汽，然后在塔釜中与下降物料进行传热传质。为了保证生产过程顺利进行，需要把提馏段温度θ。保持恒定。为此在蒸汽管路上装上一种调节阀，用它来控制加热蒸汽流量。从调节阀做到温度θ发生变化，需要相继通过诸多热容积。实践证明加热蒸汽压力波动对θ影响很大。此外，尚有来自液相加料方面各种干扰涉及它流量、温度和组分等，它们通过提馏段传质过程，以及再沸器中传热条件（塔釜温度、再沸器液面等），最后也影响到温度θ。很明显当加热蒸汽压力波动较大时，如果采用如图3-1所示简朴单回路温度控制系统，调节品质普通不能满足生产规定。由于存在这些扰动故考虑串级控制系统。

图3-1精馏塔提馏段单回路温度控制方案
串级控制系统（如图3-2），与单回路控制系统相比有一种明显区别，即其在构造上多了一种副回路，形成了两个闭环----双闭环或称双环。
串级控制系统在构造上与电力传动自动控制系统中双环系统相似，就其主回路外环来看是一种定值控制系统，而副回路内环则为一种随动系统。以加热炉串级控制系统为例，在控制过程中，副回路起着对炉出口温度“粗调”作用，而主回路则完毕对炉出口温度“细调”任务。与单回路控制系统相比，串级控制系统多用了一种测量变送器与一种控制器（调节器），增长投资并不多（对计算机控制系统来说仅增长了一种测量变送器），但控制效果却有明显提高。其因素是在串级控制系统中增长了一种包括二次扰动副回路，使系统有如下几点改进：
①改进了被控过程动态特性提高了系统工作频率。
②对二次扰动有很强克服能力。
③提高了对一次扰动克服能力和对回路参数变化自适应能力 。
综上所述依照系统工艺规定决定在系统设计中采用闭环串级控制方式。

图3-2普通闭环串级控制系统
3.2控制系统图、方框图
本系统为了较好达到控制目的采，用如图2-3所示提馏段温度串级控制系统。副调节器QC2依照加热蒸汽流量信号控制调节阀，这样就可以在加热蒸汽压力波动状况下，仍能保持蒸汽流量稳定。但副调节器QC2给定值则受主调节器θC1控制，后者依照温度θ变化蒸汽流量给定值Qr，从而保证在发生进料方面扰动状况下仍能保持温度θ满足规定。用这个办法以非常有效地克服蒸汽压力波动对于温度θ影响，由于流量自稳定系统动作不久，蒸汽压力变化所引起流量波动在2至3s以内就消除了，而这样短暂时间蒸汽流量波动对于温度θ影响是很微小。

进料

加热蒸汽

图2-3精馏塔提馏段温度控制串级控制系统图
串级控制系统方块图如图2-4所示，它有俩个闭环系统：副环是流量自稳定系统，主环是温度控制系统。
主调节器
副调节器
调节阀
蒸汽管路系统
塔底
θ
流量测量
温度测量
D2
D1
—
—
+
+
θr
Qr
Q

图3-4提馏段温度串级控制系统框图
主参数：塔底物料温度θ
副参数：加热蒸汽流量Q
控制量：蒸汽阀开度
一次扰动D1：加热蒸汽压力波动对θ扰动。
二次扰动D2：来自液相加料方面各种干扰；涉及它流量、温度和组分等，
它们通过提馏段传质过程以及再沸器中传热条件（塔釜温度、再沸器液面等）。

4.各个环节仪表选型，仪表工作原理以及性能指标
4.1检测元件
本系统选取铠装热电偶
4.1.1铠装热电偶特点：
  1.热响应时间小，减少动态误差
  2.可弯曲安装使用
  3.测量范畴大
  4.机械强度高，耐压性能好
4.1.2铠装热电偶重要技术参数：
1.精度级别：I级或II级
2.公称直径：Φ1
3.弯曲直径：R≥5D
4.公称压力：常压
测量500℃以上高温，它可以直接测量各种生产过程中从0℃~800℃范畴内液体、蒸汽和其气体介质以及固体表面温度， 铠装热电偶响应时间τ0.5（秒）。
4.2变送器
本系统变送器用于温度变送，故选取温度变送器。其中较为惯用有模仿式温度变送器，一体化温度变送器以及智能式温度变送器三种。本系统采用典型模仿式温度变送器中DDZ-III型热电偶温度变送器，属安全火花型防爆仪表。还可以与检测元件热电偶相匹配。将温度信号线性转换为统一原则信号。
本系统选取KBW-1121热电偶温度变送器
4.2.1重要技术指标：
1、输入信号：最小量程≥3mV 
最大量程<80mV（依照配用热电偶而定）
2、输出信号：1～5V d.c 或4～20mA d.c
3、负载电阻：0～500Ω
4、精度：±0.5%（量程范畴≥5mV）±1.0%(5mV量程范畴≥3mV
5、工作条件：环境温度：5～40℃
　 相对湿度：10%-75%
　 供电电源：24V±10%
　 周边空气中不具有腐蚀性气体
6、功耗：2W
4.3调节器
用DDZ-III型PID调节器TDM-400。
原理：调节器正，反作用选取要依照控制系统所涉及各个环节状况
而定，这样只要依照被控参数与变送器放大倍数符号及整个控制回路开环
放大倍数符号为“负“规定，就可以拟定调节器正，反作用，本系统，调节器因选反作用。
性能指标：输入信号：1-5V直流电压，外给定信号：4-20ma直流电流，负
载电阻：250欧-750欧。
4.4执行器
本系统使用电／气阀门定位器。
4.4.1电／气阀门定位器作用：
1.将4～20mA或0～10mA转换为气信号，用以控制气动调节阀
2.它还可以起到阀门定位作用

图4.4气源压力相应阀门开度实验图
当输入IO→对主杠杆2产生向左力F1 →主杠杆绕支点反时针偏转→挡板13接近喷嘴15→Pa↑→使阀杆向下移动→并带动反馈杆9绕支点4偏转→凸轮5也跟着逆时针偏转→从而使反馈弹簧11拉伸→最后使阀门定位器达到平衡状态。
此时，一定信号压力就相应于一定阀杆位移，即相应于一定阀门开度。
本系统选用M52286系列电子式电动执行器
重要技术参数：
电源：AC220±50%，50HZ。
耗电功率（额定负载时）：
规格A型执行器 50VA；
规格B型执行器 150VA；
规格C型执行器 220VA。
输入信号：DC4～20mA或DC1～5V
输出信号：DC4～20mA（负载电阻500Ω如下）。
控制精度：
基本误差：±1% 回差≤1% 死区≤1%
工作行程调节范畴：
“零点”±25%
“行程”20%～100%
阀选取：
本系统选取电/气阀门定位器：YT-1050
输入信号：4~20mA DC
阻抗：250 +/- 15 Ohm
供应压力：1.4~7.0kgf/cm2(20~100 psi)
行程：直行程：10~150mm，角行程：0~900

5.绘制仪表盘电气接线图，端子接线图

图5.1 电器接线图

6给出仪表型号清单：
表6-1 仪表清单
编号
名称
个数
型号
1
温度变送器
2
KBW-1121
2
热电偶
1
K型镍-镍硅
3
DDZ-III调节器
2
TDM-400
4
电子式电动执器
1
M52286
5
电－气阀门定位器
1
YT-1050
6
薄膜气动调节阀
1
ZMBS-16K

7.设计总结
在为期一种多星期课程设计中，遇到过诸多诸多问题，但我通过诸多有效地途径，例如上网查有关资料，问身边同窗与朋友，或者请教本专业教师，都得到理解决。
在设计过程中，从拿到题目，方案设计到方案拟定，都通过了严谨思考，回路设计调节器正反作用拟定，被控参数选取，使系统可以达到设计目。通过这次设计，我对过程控制系统在工业中运用有了进一步结识，对过程控制系统设计环节、思路有一定理解与结识。我学到了控制系统设计办法和环节，拓展了知识面，理解了工业工程中控制系统起到重要作用。与此同步，在团队协作中使咱们在与人共事之中学会交流学会合伙。

参照文献
[1].张毅，张宝芬，曹丽，彭黎辉.自动检测技术及仪表控制系统[M].北京：
化学工业出版社，
[2].方崇智译.过程控制系统[M].化学工业出版社，1982
[2].周泽魁.控制仪表与计算机控制装置[M].北京：化学工业出版社，
[3].金以慧.过程控制[M].北京：清华大学出版社，
[4].胡寿松.自动控制原理[M].北京：科学出版社，
[5]张毅,张宝芬,曹丽等.自动检测技术及仪表控制系统[M].北京：化学工业出版社,.
[6] 胡乾斌，李光斌，李玲.MTALAB原理与应用[M].华中科技大学出版社，
[7] 楼然苗，李光飞.MTALAB设计实例[M].北京航空航天大学出版社，
[8] 彭军.过程控制技术[M].西安电子科技大学出版社，
[9] 陈杰，黄鸿.过程控制技术[M].北京：高等教诲出版社，
[10]胡华.石油控制理论[D].杭州:浙江大学,.