16-精馏塔控制.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,精馏塔设备的控制,戴连奎,浙江大学智能系统与决策研究所,2001/12/05,内 容,精馏塔的控制目标,精馏塔的静态特性,精馏塔质量指标的选取,精馏塔的基本控制方案,精馏塔的复杂控制方案,讨论,精馏塔控制思考题,1、掌握简单精馏塔的控制问题与分解方法；,2、掌握精馏塔的静态特性；,3、了解精馏塔对象中操作变量对主要被控变量的动态影响程度与速度；,4、针对塔顶、塔底产品质量不同的要求，掌握基本控制系统的分析与设计方法；,5、了解精馏塔的复杂控制与先进控制方法。,连续精馏装置的工艺流程,操作目的,：,通过反复的部分汽化与部分冷凝，将混合液中沸点不同的各组分分离成产品。,操作代价,：,消耗能量，塔底需要加热使塔底液部分汽化；塔底需要冷却使塔顶组分冷凝；,精馏塔的控制目标,质量指标,对于仅有塔顶、塔底出料的简单精馏塔，其质量指标可用塔顶与塔底料中关键组分的纯度来表示。,产品产量和能量消耗,在保证产品质量的前提下，尽可能提高产品的产品并设法降低装置的能耗。,精馏塔产品纯度、产品回收率和能耗之间的相互关系,产品回收率,：,进料中每单位产品组分所能得到的可售产品的数量；,能耗指标,：,用单位进料的塔底上升蒸气量,V,/,F,来表示；,定性规律：若能耗指标一定，产品纯度越高，其回收率越低；若产品纯度一定，在一定范围内能耗指标越高，其回收率越高。,精馏塔的静态特性,总与轻组分的物料平衡方程：,能耗与分离度,S,的关系：,结论,：对于给定的进料，若,D,/,F,和,V,/,F,保持一定，则该塔的分离结果,x,D,x,B,就完全确定。,精馏塔的控制问题,精馏塔质量指标的选取,直接质量指标,（1）产品质量在线分析仪/软测量仪,间接质量指标*,（1）,灵敏板温度,，与塔顶/塔底温度相比，可提高温度变化的灵敏度（对于同样的浓度变化）；,（2）,温差信息,，与灵敏板温度相比，可减弱压力波动对产品质量的影响；,（3）,双温差信息,，可用于精馏塔的适宜分离度控制，即使塔顶/塔底产品纯度均适中。,精馏塔的压力控制,塔顶汽相采出量,D,V,塔压,P,冷凝器冷却量,Q,C,塔压,P,精馏塔简化的控制问题,*考虑被控过程的静态与动态特性，结合,就近原则,，可将控制问题分解简化为两个,相对,独立的子系统。,精馏塔物料平衡控制问题,特点,：仅保证塔的物料平衡要求，而不对塔顶、塔底产品质量作严格控制。,适应场合,：,（1）对产品质量要求不高；,（2）处理量与进料性质变化不频繁或变化幅度小。,物料平衡控制方案之一,物料平衡控制方案之二,按精馏段指标的控制方案,被控变量,：,T,D,L,R,L,B,(,即只对塔顶产品质量指标进行控制；而对塔底产品质量指标不作严格要求),控制变量,：,D,R,B,(,而保持再沸器加热量,V,为定值),控制结构,（1）方案1：,B,L,B，,D,L,R，,R,T,D；,（2）方案2：,B,L,B，,R,L,R，,D,T,D。,精馏段控制方案之一,精馏段控制方案之二,按提馏段指标的控制方案,被控变量,：,T,B,L,B,L,R,(,即只对塔底产品质量指标进行控制；而对塔顶产品质量指标不作严格要求),控制变量,：,V,B,D,(,而保持回流量,R,为定值),控制结构,（1）方案1：,D,L,R，,B,L,B，,V,T,B；,（2）方案2：D,L,R，,V,L,B，,B,T,B。,提馏段控制方案之一,提馏段控制方案之二,精馏塔两端质量指标控制,问题,两端质量指标控制,方案,两端质量指标控制方案之一,控制方案,（1）若相互耦合不严重，则可通过调节器参数的整定，使相关回路的工作频率拉开以减少关联；,（2）若耦合严重，则可考虑静态解耦或其他先进控制方法：变结构控制、预测控制等。,两端质量指标控制方案之二,问题,：,对上述两种方案进行关联分析、比较,精馏塔多回路控制系统,精馏塔解耦控制系统,精馏塔的其他控制方案,进料热焓控制，,以克服进料温度与进料状态对产品质量的影响；,进料前馈反馈控制,，,以适应进料量的变化，并提高控制质量；,浮动塔压控制,：尽可能降低塔压，以节约能耗；但应相应改变灵敏板温度控制的设定，以保证产品合格。,产品质量指标的“卡边”控制,：,关键技术：,在线分析仪(软测量仪)+,先进控制系统,前馈反馈控制系统,练习题 1,某简单精馏塔如图所示，要求控制精馏段灵敏温度,T,R,、回流罐液位,L,D,、塔底液位,L,B,，而可操作变量为回流量,L,、塔顶产品采出量,D,、塔底产品采出量,B,、塔底再沸器加热量,Q,H,。试针对下列情况为该设备设计一个多回路控制系统，尽可能减少各回路之间的关联，并克服进料性质与处理量的变化：,（1）回流比,L,/,D,大于3；,（2）塔顶产率,D,/,F,大于0.3，而回流比小于1练习题 2,对于左图所示的二元精馏塔两端产品质量控制系统，若选择被控变量为,y,1,=,x,D,（塔顶产品中轻组份的质量浓度），,y,2,=,x,B,（塔底产品中轻组份的质量浓度）；而控制变量为,u,1,=,L,/,F,，,u,2,=,V,/,F,。试分析该控制方案中两个质量控制回路之间的静态相对增益矩阵。,练习题 3,精馏塔提馏段灵敏板温度控制回路很可能引起液。假设液泛可以用塔底和塔顶压力之差来表征（压差太大表示很可能存在液泛）。请在此基础上设计一个液泛约束控制系统，以保证正常操作时按提馏段温度调节加热蒸汽量，而当塔出现液泛时则要求调节加热蒸汽量确保不发生液泛。要求画出带控制点的流程图与对应的方块图，并选择调节器的正反作用。,反应器控制思考题,1、了解化学反应的一般原理，掌握反应速度与化学平衡的概念及其主要影响因素；,2、能够结合连续放热反应釜的稳态特性分析反应器的热稳定性问题；,3、针对各种不同类型的化学反应器，掌握基本控制问题与控制系统的设计方法；,4、了解常见反应器的复杂控制与先进控制方案。,