精馏塔的基本控制方案.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,12/8/2025,1,精馏塔的基本控制方案,精馏塔是多变量对象，在许多受控变量和操纵变量中，选择一,种白量配对就组成了一种精馏塔控制方案。但要确定一种比较合理,的方案则很棘手。60年代中期Shinskey以灵敏度和Bristol相对增益概,念为基本依据提出解决精馏塔控制中的变量配对问题的新方法，概,括为三条准则：,当仅需要控制塔一端的产品质量时，应当选用物料平衡方式来控,制该产品的质量；,塔两端产品流量较小者，应作为操纵变量去控制塔的产品质量；,当塔的两端产品均需要按质量控制时，一般对含纯产品较少、杂,质较多的一端的质量控制选用,物料平衡控制,，而含纯产品较多、杂质,较少的一端的质量控制选用,能量平衡控制,。,物料平衡控制,：选用顶部产品馏出物流量,D,或底部采出液流量,B,作为操,纵变量控制产品质量；,能量平衡控制,：选用顶部回流或再沸器加热剂量作为操纵变量控制产,品质量。,12/8/2025,2,5.3.1,产品质量的开环控制,目的：,使塔顶和塔底的产品满足要求,1、固定回流量,L,R,和再沸器加热蒸汽量,V,S,F,B,D,H,分,馏,塔,V,s,L,R,FC,103,FT,103,FC,102,FT,102,LT,101,LC,101,FC,101,FT,101,LT,102,LC,102,当进料流量,F、及状态恒定时,固定,L,R,和,V,s，,D,和,B,就确定了。,分别控制,L,R,和,V,S,为平衡物料蓄存量，设两液位控制,克服进料流量干扰,进料量由上一工序规定时，可以进,料量为主动量，回流量和蒸汽流量的比,值控制,F,H,L,R,FT,103,FC,102,FT,102,FC,101,FT,101,K,1,K,2,V,S,12/8/2025,3,2、固定馏出液流量,D和再沸器加热蒸汽量V,S,FC,101,FT,101,FC,102,FT,102,F,B,D,H,分,馏,塔,V,s,L,R,LT,102,LC,102,FC,103,FT,103,LT,101,LC101,适用于回流比,L,R,/,D,较大的场合，控,制,D要比控制V,S,更有利，保证,D比较平稳。,3、固定塔底采出量,B和回流量L,R,F,B,D,H,分,馏,塔,V,s,L,R,FC,103,FT,103,LC,101,LT,101,FT,103,FC,103,FC,101,FT,101,LT,102,LC,102,塔底液位由加热蒸汽,H控制,优点,：控制方案简单方便,缺点,：完全按物料和能量平衡关系,进行控制，在存在干扰，特别是,进料成分,ZF的变化时，很难保证,产品纯度。,12/8/2025,4,5.3.2,按精馏段指标控制,当：(1)对塔顶馏出液的纯度要求比塔底产品较高,(2)全部为汽相进料,(3)塔底、提馏段塔板上的温度不能很好反映产品成分变化,按精馏段指标控制,受控变量：,精馏段某点成分或温度,操纵变量：,塔顶回流量,L,R,、馏出液流量D、,再沸器加热蒸汽量,V,S,优点：,保证塔顶产品成分；,扰动不大时，塔底产品成分波动较小。,采用这种控制方案时，在,L,R,、D、V,S,和,B四者中选择一种作为控制产,品质量的手段，选择另一种保持流量恒定，其余两者则按回流罐和再沸,器的物料平衡，由液位控制器加以控制。,常用的控制方案有两类：,12/8/2025,5,1、间接物料平衡控制,按精馏段指标来控制回流量,最常用,保持加热蒸汽的流量恒定,优点：,控制,作用滞后小，反应迅速；,有利于克服进入精馏段的扰动；,保证塔顶产品质量。,适用场合：,回流比,0.8，需要减少滞后的塔,F,B,D,H,分,馏,塔,V,s,L,R,FC,103,FT,103,FC,101,FT,101,LT,101,LC,101,TC,101,TT,101,LT,102,LC,102,由于回流量,L,R,变化后再影响到馏出液,D,间接物料平衡控制,炼油厂中的常压塔和减压塔都是只有,精馏段的塔是按精馏段指标控制的例子。,特点是都有侧线产品，并在每一侧线有汽,提装置（吹送蒸汽进行蒸汽蒸馏，把较轻,的组分蒸向上面的塔板）。进料是来自加,热炉的两相汇合物，其温度和流量都预先,控制。常用控制方案是,按塔顶温度控制回,流量，并保持各侧线流量恒定,。,缺点：环境温度改变时，内回流变化，且物料与能量之间关联较大,12/8/2025,6,常压塔工艺流程及控制方案简图(中段回流未画出),方案特点：,塔顶温度控制回流,F,B,常一线,H,分,馏,塔,V,s,L,R,FC,103,FT,103,FC,102,FT,102,LT,101,LC,101,LT,102,LC,102,TC,101,TT,101,FC,101,FT,101,LC,103,LT,103,LC,104,LT,104,LC,105,LT,105,FC,104,FT,104,FC,105,FT,105,FC,106,FT,106,常二线,常三线,常四线,12/8/2025,9,2、直接物料平衡控制,按提馏段温度控制塔底产品采出,B，同时保持回流量L,R,恒定,塔顶产品馏出量,D由回流罐的液位控制,加热蒸汽量的大小由塔底液位控制,优点：,物料平衡与能量平衡之间关联最小，当,B少时，较平稳；当B不,符合质量要求时，会自行暂停出料。,缺点：,滞后较大，液位控制回路存在反向特性,实用场合：,B少，且B20%V,S,的塔,F,B,D,H,分,馏,塔,V,s,L,R,TT,101,TC,101,FC,101,FT,101,LT,102,LC,102,FC,102,FT,102,LC,101,LT,101,12/8/2025,10,5.3.4 精馏塔的压力控制系统,操作要求：,塔压维持恒定,干扰：,进料流量、成分、温度；加热蒸汽量、回流量、回流温度等,1、加压精馏塔的压力控制,(1)液相采出，馏出物中含有大量不凝物,压力变 气液平衡条件变 塔的正常操作被破坏，影响产品质量,适合气体流经冷凝器的阻力变,化大，回流罐的压力可间接代表塔,顶压力。,D,L,R,PT,101,PC,101,D,L,R,PT,101,PC,101,干扰使冷凝器的阻力变化时，,回流罐压力不能代表塔顶压力。,方法：,应用能量平衡控制,控制方案的确定与塔顶馏出物状态（气相还是液相）及馏出物,中含不凝性气体量的多少有关。,12/8/2025,11,(2)液相采出，馏出物中含有少量不凝物(塔顶气相总流量2%),传热量小于使全部蒸汽冷凝所需热量，,蒸汽积聚压力升高；传热量过大，压力会降,低。当,V,1,全开塔压还偏高时，打开,V,2,增大传,热量使压力下降分程控制。,(3)液相采出，馏出物中含有微量不凝物,D,L,R,PT,101,PC,101,V,1,V,2,改变传热量控制塔顶压力,D,L,R,图1,按压力改变冷剂流量,PT,101,PC,101,特点：,图1有利于节约冷却剂；图2反应迟钝；图3反应灵敏，应用较广泛,图2 按压力改变传热面积,D,L,R,PT,101,PC,101,图3 采用热旁路,D,L,R,PT,101,PC,101,12/8/2025,12,“浸没”式冷凝器压力控制方案,冷凝器一般在回流罐下3,5,m，通过控,制P=P,1,-P,2,来改变传热面积。,P,1,控制阀开度 P P1,P冷凝液面气相冷凝面积传,热量冷凝量P,1,(4)气相采出,D,L,R,PT,101,PC,101,LC,101,LT,101,D,L,R,FC,101,FT,101,PT,101,PC,101,当气相出料为下一工序进料时，可采用压力-流量均匀控制系统。,12/8/2025,13,减压精馏塔的压力控制,采用蒸汽喷射泵抽真空的塔顶压力控制方案,蒸汽管线上设压力控制系统，以维持喷射,泵的最佳蒸汽压力，塔顶压力用补充的空气量,来控制。,可有效地控制任何波动和扰动对塔顶压力,的影响。,采用电动真空泵的减压,系统的压力控制方案,常压塔,安排较简单，可在回流罐或冷凝器上设置一个通大气的管道来平衡,压力，以保持塔内压力接近大气压。如对精馏塔操作压力稳定性要求,较高，则须设置压力控制系统，方案可类似加压塔控制方案。,