过程控制系统应用实例.ppt

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1、第10章过程控制系统应用实例精馏是利用混合液中不同组分挥发温度的差异将各组分分离的过程。精馏塔是精馏过程的关键设备，是一个多参数的被控过程，不同工艺要求的精馏塔结构不相同，工艺参数、变量之间存在多种组合，控制方案繁多；另外，精馏工艺控制要求较高，控制相对困难。只有对生产工艺进行深入分析，才能设计出合理的控制系统。10.1精馏塔过程控制系统10.1.1分馏原理以A、B两种液体混合物的分馏为例，介绍分馏的基本原理。在压力一定的情况下，A、B二种组分混合溶液汽—液相温度—浓度曲线如图所示10.1。纯A的沸点

2、是140℃，纯B的沸点是175℃。两组分的混合比变化时，混合溶液的沸点也将随之变化，如图10.1中液相曲线所示；图中还标出了温度变化时，汽相组分的变化曲线。设原溶液中A占20％，B占80％，把A，B混合液加热到164.5℃时，液体沸腾。这时，与液相共存的气相成分比是A占45.8％，B占54.2％。将这些气体单独冷凝后所形成的混合液体中，A为45.8％，B为54.2％；如果再使混合液体沸腾，其沸点为154.5℃。这时气态成分比又变成A占73.5％，B占26.5％，这样反复进行上述操作，不断蒸发和冷凝，…

3、…，最终就可以将A分离出来。10.1.2.1精馏塔的控制要求1．保证产品质量2．保证平稳生产3．满足约束条件4．节能要求和经济性精馏塔的操作情况必须从整个经济收益来衡量。在精馏操作中，质量指标、产品回收率和能量消耗均是主要控制的目标。其中质量指标是必要条件，在优先保证质量指标的前提下，应使产品产量尽量高一些，能量消耗尽可能低一些。10.1.2精馏塔的控制要求及主要干扰10.1.2.2精馏塔的干扰因素特性图10.2表示精馏塔物料流程图。进料F从精馏塔中段某一塔板上进入塔内，这块塔板就称为进料板。进料板将

4、精馏塔分为上下两段，进料板以上部分称精馏段；进料板以下部分称提馏段。精馏塔运行过程中，影响其质量指标和平稳生产的主要干扰有以下几种：1．进料流量F的波动精馏塔进料量F往往是由上一道生产工序所决定，如果一定要使精馏塔进料量F恒定，就必须要设置中间贮槽进行缓冲。现在精馏工艺是尽可能减小或取消中间贮槽，采取在上一道工序设置液位均匀控制系统控制出料流量，使精馏塔的进料流量F比较平稳，避免F的剧烈变化。2．进料成分ZF的变化进料成分ZF是由上一道工序出料或原料情况决定的。3．进料温度TF和进料热焓QF的变化一般

5、情况下进料温度是比较稳定的，如果进料温度TF变化较大，为了维持塔内的热量平衡和稳定运行，在单相进料时采用进料温度控制可克服这种干扰，然而在多相进料时，进料温度恒定并不能保证其热焓值QF稳定。4．再沸器加热剂输入热量的变化当加热剂是蒸汽时，通过再沸器输入精馏塔的热量扰动往往是由蒸汽压力变化所引起的。5．冷却剂在冷凝器内吸收热量的变化冷却剂吸收热量的变化主要是由冷却剂的压力或温度变化引起的。冷却剂的温度一般变化较小，而流量的变化大多是由压力波动的引起。6．环境温度的变化10.1.3精馏塔控制方案不同精馏塔

6、生产工艺、产品质量标准不一样，对控制的要求各不相同，因而精溜塔控制方案较多。下面对常见的几种方案进行分析。10.1.3.1提馏段参数控制当塔底液为主要产品时，常采用提馏段温度作为衡量质量的间接指标，这时可选提馏段某点温度作为被控参数，以再沸器加热蒸汽流量为控制变量。另外，液相进料时也常采用这类方案。辅助控制系统：对塔底采出量QW和塔顶馏出液QD，按物料平衡关系设有回流罐和塔底液位控制系统；对F进行定值控制；为维持塔内压力恒定，在塔顶设置压力控制系统；塔顶回流量QL采用定值控制。提馏段温度控制系统具有如

7、下特点：①以提馏段温度作为间接质量指标，能较迅速、直接地反映提馏段产品品质。在以塔底采出液为主要产品，往往采用提馏段温度控制系统方案。②当干扰首先进入提馏段时，例如在液相进料时，由进料产生的干扰首先要引起提馏段和塔底的参数变化，故用提馏段温度控制比较及时，动态响应过程也比较迅速。10.1.3.2精馏段参数控制以塔顶采出液为主要产品时，往往以精馏段的温度作为衡量质量的间接指标，可选精馏段某点温度作为被控参数，以回流量QL作为控制变量组成单回路控制系统，也可组成串级控制系统。进料量、塔压、塔底采出量与塔顶

8、馏出液的控制方案与提馏段温控时相同；再沸器加热量应足够大，且维持一定，使精馏塔在最大负荷时，能保证塔底产品的质量指标稳定在一定范围内。精馏段温度控制系统的特点：①用精馏段温度作为间接质量指标能较迅速、直接地反映提馏段产品品质。②当干扰首先进入精馏段，如在汽相进料时，进料产生的干扰首先引起精馏段和塔顶的参数变化，故用精馏段温度控制比较及时，动态响应比较迅速。③串级控制系统的流量回路对回流罐液位与压力、精馏塔内压力等干扰对回流量的影响有较强的抑制，可实现被控