精馏塔提馏段串级控制系统设计1111111

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1、目录引言1第一章精馏塔的自动控制31.1控制目的31.2精馏塔的扰动分析41.3精馏过程5第二章精馏塔的特性92.1静态影响的分析92.2动态影响分析142.3补偿方法152.4精馏塔的质量指标控制17第三章串级控制理论203.1串级控制系统的结构203.2串级控制系统的基本原理213.3串级控制系统的分析223.4串级控制系统的设计和控制器的选择243.4.1主、副回路的设计243.4.2主、副控制器规律的选择253.4.3主、副控制器正反作用的确定263.4.4串级控制系统PID参数的整定26第四章精馏塔提馏段串级控制系统的设计324.1控制方案的确定324.2提馏

2、段温度控制系统的设计33第五章仿真研究365.1提馏段温度串级控制系统仿真模型365.1.1测量变送环节单元365.1.2执行器/控制阀375.1.3被控对象375.2控制器的参数整定375.2.1副回路的整定385.2.2主回路的整定405.3蒸汽压力扰动的仿真分析425.4进料量扰动的仿真分析435.5单回路控制系统的MATLAB仿真及扰动分析44结论47引言“过程控制”是一门与工业生产过程联系十分密切的课程。随着科学技术的快速发展，过程控制也在日新月异的发展。它不仅在传统工业改造中，起到了提高质量、节约原材料和能源，而且在减少环境污染上也起到了十分重要的作用，所以

3、，它在规模大和结构复杂的工业生产过程中是必要的组成部分[1]。精馏操作是炼油、化工生产过程中的一个十分重要的环节。精馏塔的控制直接影响到产品的产量、质量和能量的消耗，同时各塔工艺结构特点各不相同，这就需要对其特性进行深入分析，针对具体塔的特点，进行自动控制方案的设计和研究。精馏塔的控制最终目标是：在保证产品质量的前提下，使精馏塔釜液为主要产品时，经常按提馏段的指标来进行控制。如果是按照液相进收率最高、能耗最小，或使总收益最大。在这种情况下，为了能够更好实现精馏的目标就有了提馏段温度控制系统的产生。按提馏段指标的控制方案：当进料量为液相时，也常常采用这种方案。这是因为在液

4、相进料时，对于进料量的变化，首先影响到精馏塔塔底产品的浓度，由于塔顶或精馏段塔板上的温度不能够很好的反映出浓度的变化，所以采用提馏段温度控制。另外，提馏段温度是衡量质量指标的间接指标，以改变再沸器加热量作为温控手段的方案，就是所说的提馏段温控。精馏是化工、炼油生产领域中极为广泛的传质传热过程，目的是将混合物中的各组分分离，达到规定标准的纯度。比如说，石油化工生产中的中间产品裂解气，需要通过精馏操作进一步分离成要求很高纯度的乙烯、丙烯、丁二烯及芳烃等化工原科。精馏过程的实质，是利用混合物中各组分具有不同的沸点，也就是说，使液相中的轻组分转移到气相中，而气相中的重组分转移到

5、液相中，从而达到分离的目的。此外，对于精密精馏，如果没有相应的自动控制和它配合，就很难达到预想的效果。所以，精馏塔的自动控制极为重要，同时也很受人们的关注。精馏过程中的主要设备就是精馏塔。有关精馏塔的结构设计有各种各样的类型，但一个精馏塔一旦投入使用，塔板的结构和数量就不容易改变，在其精馏塔的整个运行过程中，只能通过操作条件的不断变换来保证产品的质量。从工程控制的角度出发，希望能更好地控制精馏塔来保证产品质量，提高产品产量和降低能量消耗。目前一般的精馏塔和它的附属设备中，大多数工艺参数均已得到48了测量和控制。如果仅仅是从每个单独的控制回路着手来改进一个塔的性能，都会遇

6、到难以克服的困难。之所以控制方案多，是因为在精馏塔的操作过程当中，被控的变量比较多，可以选用的操纵变量也很多，同时又可有各种不同组合。由于精馏塔是一个高阶对象，动态响应缓慢，所以较难控制，剧烈的波动易出不合格产品。因此工艺对精馏塔操作的基本要求是能达到规定的产品分离度，并且能量的消耗要小。常规上，采用了串级控制系统。48第一章精馏塔的自动控制1.1控制目的要对精馏塔实施有效的控制，必须首先清楚精馏塔的控制目的，也就是对控制的要求。一般来说，对于精馏塔的控制系统必须能够保证产品的质量指标、物料能量平衡和约束条件，这些是一个精馏过程能平稳安全生产出合格产品的前提[2]。1、

7、质量指标塔顶或塔底产品之一应该保证合乎规定的纯度，另一产品成分也应该维持在规定的范围之内，或者塔顶和塔底产品均应保证一定的纯度要求。对于二元精馏来说，质量指标就是为塔顶产品中的轻组分（或重组分）含量和塔底产品中的重组分（轻组分）含量；但是，对于多元精馏，通常以关键组分的含量来描述质量指标。所谓关键组分，是指对产品质量影响较大的组分，挥发度较大而由塔顶馏出的关键组分，称为轻关键组分；而挥发度较小由塔底馏出的关键组分，称为重关键组分。图1-1精馏塔示意图2、物料能量平衡馏出液和釜液的平均采出量之和，应等于平均进料量，并且这两个采出量的变动应该