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1、精馏塔控制方案设计戴连奎浙江大学控制学院2017/06/08问题讨论CVs(被控变量):P,LD,LB,TR/xD,TS/xBMVs(操作变量):D,B,L,QH,QC,DGDVs:F,xF,TF试设计你的多回路控制系统以满足工艺要求，并减少回路间的耦合。内容精馏塔的工艺原理精馏塔的操作目标与控制问题精馏塔的压力控制双组份二元精馏塔的稳态特性分析精馏塔的物料平衡控制精馏段质量指标控制提馏段质量指标控制两端质量指标控制两元精馏过程典型工艺流程过程描述分离原理平衡条件精馏分离基础：气液平衡的概念对于某一乙醇水溶液，在常压条件下，加热直至沸腾，待沸腾后通过控制加热量使系统温度T保持恒定。开始阶
2、段，气体量增加、液体量下降。经过一段时间后，液体量不再减少（即蒸发量与冷凝量相同），系统达到“气液平衡”状态。（1）水的沸点为100℃，乙醇的沸点为78.3℃，乙醇水溶液可能的沸点？（2）气液平衡条件下，液态、气态中乙醇摩尔分数xi与yi的大小比较。分离基础：相对挥发度概念相对挥发度乙醇水溶液的气液平衡曲线乙醇水溶液的相对挥发度曲线相对挥发度的物理意义单层塔板计算举例假设某一乙醇水溶液中的质量百分比为30m%，乙醇对应的摩尔分数为为计算方便，假设乙醇水体系常压下的相对挥发度不变，a=5，则以下方程成立：求解，得：x=0.025,y=0.1135,T=96.0℃三层塔板计算示例xi=0.0
3、25,yi=0.1135,Ti=96.0℃xi+1=0.1135,yi+1=0.3906,Ti=89.0℃xi=????,yi=0.025,Ti=????℃全回流下双组份精馏塔 塔顶塔底分离度分离度：全回流下分离度的影响因素：平均挥发度塔板效率塔板数精馏塔的分离要求与塔板数选择正常操作过程中 塔顶塔底产品分离度影响因素分离度：回流比L/D对分离度的影响：变量意义分析精馏塔中的温度分布与轻组分的浓度分布精馏塔的操作目标确保操作安全性与平稳性具体包括塔压、塔底与回流罐液位的平稳，并避免异常工况（如漏塔、液泛等）的出现控制产品的纯度与成份涉及塔底、塔顶产品纯度的检测与控制，很多塔只有一端出料作
4、为产品，少数塔两端出料均为产品增加产品产率与产量产品产率通常可用产品量与进料的比值来表示降低操作能耗涉及塔底热能耗与塔顶冷能耗精馏过程产品纯度、产品回收率与能耗的关系产品回收率：能量消耗：V/F精馏塔CVs与MVs的选择产品质量对应的CVs的选择问题?精馏塔常用控制问题塔顶压力控制问题CV:PMVs:QC,DG,QH,L与P对应的MV选择原则与控制方案?塔顶压力控制方案方案1.1：MV为塔顶不凝气流量方案1.2：MV为冷却剂流量或其它冷却手段方案比较与工业应用举例简化的精馏塔控制问题CVs不同的原因分析与应用背景介绍W=(F,xF,TF)双组份两元精馏塔的 物料平衡关系总物料平衡：轻组分
5、物料平衡：物料平衡方程：塔顶塔底产品分离度 及其影响因素分离度：回流比L/D对分离度的影响：双组份二元精馏塔的 产品纯度稳态模型物料平衡方程：分离度：物料平衡条件下产品纯度影响因素分析当D/F、L/D不变时，xF增加，则塔顶产品的纯度提高，而塔底产品的纯度下降；当xF、L/D不变时，D/F增加，则塔顶产品的纯度下降，而塔底产品的纯度提高；当xF、D/F不变时，L/D增加（同时需要V/D增加），两端产品纯度均提高（以能耗换纯度）。当xF、L/F不变时，V/F增加，同时导致L/D下降、D/F增加，塔底产品纯度提高，但塔顶产品纯度显著下降。双组份二元精馏塔稳态特性在精馏塔操作平稳（即塔底液位与
6、回流罐液位稳定）的条件下，塔顶与塔底产品纯度（xD/xB）主要与进料轻组分含量xF、塔顶产品产率D/F与回流比L/D有关。结合物料平衡关系，B/F=1－D/F，对于液相泡点进料，V/D=1+L/D。若进料轻组分含量xF变化不大时，则只要维持产品产率D/F、回流比L/D（或V/D或V/F）基本不变，则产品纯度基本不变。精馏塔的物料平衡控制问题CVs:LD,LBMVs:LorD,QHorBCVs与MVs如何配对?物料平衡控制的意义？它与双液位控制的关系？物料平衡控制系统的变量配对方案MVsDLBQHA1CVsLD--LB--A2CVs--LDLB--A3CVsLD----LBA4CVs--L
7、D--LB“就近”原则下的变量配对方案比较原则：既要满足控制CVs的基本要求，又要尽可能减少对产品质量的影响物料平衡控制方案A1重点讨论系统动态与稳态特性分析干扰输入：F、V、L；系统输出：LD、LB、xD、xB物料平衡控制方案A1方案特点（1）使用要求：V足够大（2）两液位回路无耦合（3）干扰因素V的变化对产品纯度影响大方案A1的抗干扰性分析讨论：塔底蒸发量对产品纯度的影响试分析L/F变化对产品纯度的影响物料平衡控制方案A2系统稳
