生产过程控制教学ppt课件

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1、Ch11生产过程控制生产过程的设备种类繁多，如流体输送设备、传热设备、锅炉设备、精馏塔、化学反应器等。不同的设备及过程有不同的特性和控制要求，同类设备的控制也会有很不相同的控制方案。本章简单介绍精馏塔的控制与化学反应器的控制。一、精馏塔的控制精馏过程是现代化生产中应用极为广泛的传质过程，其目的是利用混合液中各组分挥发度的不同，将各组分进行分离并达到规定的纯度要求。精馏过程十分复杂，被控变量多，可选的操纵变量也多，它们之间可以有各种不同的组合。精馏对象通道多、反应缓慢、内在机理复杂、变量之间相关。主要内容精馏塔操作工艺分析精馏塔操作工艺要求精馏塔质量指标选取精馏塔常规控制方案精馏

2、塔的前馈－反馈控制方案1、精馏塔操作工艺分析图11－1精馏塔的物料流程精馏操作设备主要包括再沸器、冷凝器和精馏塔，再沸器为混合物液相中的轻组分转移提供能量，冷凝器将塔顶来的上升蒸汽冷凝为液相并提供精馏所需的回流。精馏塔实现混合物组分分离的主要设备。2、精馏塔操作工艺要求精馏塔的控制目标一般从质量指标、产品质量和能量消耗三个方面考虑。同时要把各种约束条件考虑进去。（1）质量指标一般应使塔顶或塔底产品之一达到规定的纯度，另外一个产品的纯度应该维持在规定的范围内；或者塔顶、塔底的产品均达到一定的纯度要求。（2）产量指标在产品达到一定的质量指标的前提下，得到尽可能高的收率。收率通常定义

3、为产品产量与进料中该产品组分的量之比。生产效率除了与产品的纯度及收率有关外，还要考虑能量消耗等因素。（3）能量要求和经济指标精馏塔消耗的能量主要是再沸器的加热量和冷凝器的冷却量消耗。在一定的纯度要求下，增加塔内的上升蒸汽是有利于提高产品收率的，但同时增加了再沸器的能量消耗。因此精馏塔的操作必须从整个经济效率来衡量。（4）约束条件为了保证正常操作，需规定某些参数的极限值，并作为约束条件。如：塔内气体流速，防止漏液和泛液塔的操作压力再沸器两侧间的温差不能超过临界值，否则会导致给热系数下降，传热量降低。2、精馏塔控制问题分析3、精馏塔质量指标（被控变量选择）对于一个二元组分精馏塔来说

4、，在一定压力下，沸点与产品成分之间有单独的函数关系。因此，如果压力恒定，塔板温度就反映了成分。对多元精馏来说，比较复杂，但石油化工中许多产品由一系列碳氢化合物的同系物组成，在一定压力下，保持一定的温度，成分的误差可以忽略。以温度作为质量指标时，必须保持压力恒定。（1）采用温度作为间接质量指标塔顶（或塔底）温度控制产品在塔顶采用塔顶温度控制，反之亦然。灵敏板温度控制灵敏板是指当塔的操作经受扰动作用时，塔内各板的温度都发生变化，一直到新的稳态时，温度变化最大的那块板称为灵敏板。中温控制取加料板稍上、稍下的塔板或加料板的温度作为被控变量。用温度作为质量指标的前提是塔内压力恒定，虽然精

5、馏塔一般有塔压控制系统，但对于精密精馏等控制要求较高的场合，微小压力波动将影响温度与组分之间的关系。如苯－甲苯－二甲苯分离时，大气压力变化6.67KPa，苯的沸点变化2℃，超过了质量指标的规定，而这种情况是完全可能的。因此必须对压力的波动加以补偿。（2）采用压力补偿的温度作为间接质量指标温差控制要求压力对这两点温度的影响接近。一个检测点在塔顶，这里成分和温度变化比较小；另一个放在灵敏板附近，成分和温度变化比较大和灵敏。与灵敏板温度相比，可减弱压力波动对产品质量的影响。关键：选点正确，温差设置合理。双温差控制采用温差控制时，若进料流量变化，将引起塔内成分变化和塔内压降发生变化，这

6、两种情况都会引起温差变化，前者使温差减小，后者使温差增大。即此时温差与成分不再是单值函数关系。采用温差差值控制后，由于进料流量波动引起塔压变化对温差的影响，在塔的上、下段温差同时出现，用塔的上、下段温差的差值作为被控变量就消除了压降变化的影响。4、精馏塔控制方案确定精馏塔的控制方案时，要考虑：按物料和能量平衡进行控制设置质量控制系统静态和动态响应考虑控制系统间的相关影响考虑整个工艺生产过程的平稳操作主要讨论顶部和底部产品都为液相且没有侧线采出的情况。（1）按精馏段指标的控制方案对馏出液的纯度要求较之对釜液为高时（如主要产品为馏出液）按精馏段指标进行控制，取精馏段某点成分或温度为

7、被控变量，而以LR、D或VS为操纵变量。这种方案可以保证XD，当扰动不大时，XB变化也不大。采用这种方案时，在LR、D、VS及B中选择一个作为控制成分的手段，选另外一种保持流量恒定，其余两者则按照回流罐和再沸器的物料平衡，由液位控制器进行控制。图11－2精馏段指标的控制方案一根据精馏段塔板温度控制LR，并保持VS恒定图11－3精馏段指标的控制方案二根据精馏段塔板温度控制D，并保持VS恒定。在回流比LR/D很大时适用。可实现全回流。（2）提馏段指标的控制方案当对釜液的成分要求较之对馏出液为高时