精馏塔精馏段温度控制设计方案

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1、精馏塔精馏段温度控制设计方案1.课题研究的背景和意义石油化工生产常需将液体混合物分离以达到提纯或回收有用组分的目的。分离互溶液体混合物有许多种方法，精馏是在炼油、化工等众多生产过程中广泛应用的一个传质过程。精馏过程通过反复的汽化与冷凝，使混合物料中的各组分分离，分别达到规定的纯度。精馏塔的控制直接影响到产品质量、产量和能量消耗，因此精馏塔的自动控制问题长期以来一直受到人们的高度重视[1]。精馏过程是由精馏装置来实现的，精馏装置一般是由精馏塔、再沸器（重沸器）、冷凝冷却器、回流罐及回流泵等组成。实

2、际生产过程中，精馏操作可分为间歇精馏和连续精馏两种。石油化工等大型生产过程主要采用的连续精馏。精馏塔是进行精馏的一种塔式汽液接触装置，又称为蒸馏塔。有板式塔与填料塔两种主要类型。根据操作方式又可分为连续精馏塔与间歇精馏塔。蒸溜的原理是蒸气由塔底进入。蒸发出的气相与下降液进行逆流接触，两相接触中，下降液中的易挥发(低沸点)组分不断地向气相中转移，气相中的难挥发(高沸点)组分不断地向下降液中转移，气相愈接近塔顶，其易挥发组分浓度愈高，而下降液愈接近塔底，其难挥发组分则愈富集，从而达到组分分离的目的。

3、由塔顶上升的气相进入冷凝器，冷凝的液体的一部分作为回流液返回塔顶进入精馏塔中，其余的部分则作为馏出液取出。塔底流出的液体，其中的一部分送入再沸器，加热蒸发成气相返回塔中，另一部分液体作为釜残液取出。精馏塔是一个多输入多输出的多变量过程，其内在机理复杂，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[1]。2.课题研究的现状随着生产过程向着大型、连续和强化方面发展，对操作条件要求更加严格，参数间相互关系更加复杂，

4、对控制系统的精度和功能提出许多新的要求，对能源消耗和环境污染也有明确的限制，采用传统的单回路PID-54-控制往往不能达到控制要求，为此，需要在简单控制系统的基础上，采取其他设施，组成复杂控制系统，也称多回路控制系统。在这种控制系统中，或是由多个测量值、多个控制器；或是有多个测量值、一个控制器、一个补偿器或一个解耦器等组成多个回路的控制系统。如串级控制系统、补偿控制系统、比值控制系统、均匀控制系统、分程控制系统、选择性控制系统和解耦控制系统等。2.课题研究的内容本文的研究任务是精馏塔精馏段的控制

5、方案以及建模与仿真研究。首先，本文简述了精馏塔的一些基本概述以及本设计所选的精馏塔的塔型；其次，熟悉板式精馏塔分离苯-甲苯的工作原理及工艺流程，通过对精馏塔精馏段的控制分析，综合控制要求和扰动等各方面因素考虑，采用温度作为间接质量指标；再次，由于精馏塔属于多输入多输出、大滞后和扰动较大的系统，简单控制系统就很难控制，无法满足控制系统的控制要求，而串级控制系统在改善复杂控制系统的控制指标方面具有较大的优势，所以本文采用串级控制系统来对精馏塔精馏段的温度进行控制；最后，建立控制系统的数学模型，通过M

6、ATLAB进行仿真，对精馏塔精馏段中的控制方案进行分析，得出结论。-54-第1章苯-甲苯精馏塔概述1.1苯-甲苯精馏塔在化工生产中的作用和地位精馏塔是化工、石油化工和炼油等生产中最重要的设备之一。它可使气（或汽）液或液液两相之间进行紧密接触，达到相际传质及传热的目的。可在精馏塔中完成的常见的单元操作有：精馏、吸收、解吸和萃取等。此外，工业气体的冷却与回收、气体的湿法净制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的增湿、减湿等。在化工厂、石油化工厂、炼油厂等中，精馏塔的性能对于整个装置的产品产量、质量、生

7、产能力和消耗定额，以及三废处理和环境保护等各个方面，都有重大的影响。据有关资料报道，精馏塔的投资费用占整个工艺设备投资费用的较大比例；它所耗用的钢材重量在各类工艺设备中也属较多。因此，精馏塔的设计和研究，受到化工、炼油等行业的极大重视。1.2苯-甲苯精馏塔的分类及一般构造苯-甲苯精馏塔经过长期发展，形成了型式繁多的结构，以满足各方面的特殊需要。为了便于研究和比较，人们从不同的角度对苯-甲苯精馏塔进行分类。例如：按操作压力分为加压塔、常压塔和减压塔；按单元操作分为精馏塔、吸收塔、解吸塔、萃取塔、反

8、应塔和干燥塔；按形成相际接触界面的方式分为具有固定相界面的塔和流动过程中形成相界面的塔；也有按塔釜型式分类的。但是长期以来，最常用的分类是按塔的内件结构分为板式塔和填料塔两大类，还有几种装有机械运动构件的塔。在板式塔中，塔内装有一定数量的塔盘，气体以鼓泡或喷射的形式穿过塔盘上的液层使两相密切接触，进行传质。两相的组分浓度沿塔高呈阶梯式变化。在填料塔中，塔内装填一定段数和一定高度的填料层，液体沿填料表面呈膜状向下流动，作为连续相的气体自下而上流动，与液体逆流传质。两相的组分浓度沿塔高呈连续变化。人