精馏塔提馏段串级控制系统设计

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1、内蒙古工业大学本科毕业设计说明书精馏塔提馏段串级控制系统设计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、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

2、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48内蒙古工业大学本科毕业设计说明书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比较和缓，有利于上下工序的平稳操作，塔内及顶、底容器的蓄液量应介于规定的上、下限之间；此外，精馏塔的输入输出能量应平衡，以保证塔内操作压力的稳定不变。3、约束条件为了能够让精馏塔工作正常、操作安全，我们规定它的约束条件在一定范围内，约束条件为液泛限、压力限和边缘温差

3、限等等。液泛限，又名气相速度限，就是精馏塔里德气相速度比较高时，雾沫夹带会比较严重，事实上，液相是从下面塔板倒流到上面塔板上，产生液泛破坏正常操作。漏液限也称最小气相速度限，当气相速度小于某一值时，将产生塔板漏液，板效率下降。最好是在稍低于液泛的流速下操作。流速的控制还要考虑塔的工作弹性。对于浮阀塔来说，由于工作范围较宽，通常很易满足条件。但对于某些工作范围较狭窄的筛板塔和乳化填料塔就必须要很好地注意。防止液泛和漏液，我们可以用塔压降或者是压差来监视气相速度。压力限是塔的操作压力的限制，一般来说，塔操作压力不能过大，否则会影响塔内的气液平衡，严重越限有可能导致安全生产。临界

4、温差限主要是指再沸器两侧间的温差，当这一温差低于临界温差时，给热系数将会急剧下降，传热量也会随之下降，不能保证精馏塔的正常传热的需要。4、能量平衡和经济平衡性指标在保证精馏塔产品质量、产量的同时，考虑降低能量的消耗，使能量平衡，用来实现较好的经济性。1.2精馏塔的扰动分析影响物料平衡的因素包括进料量和进料成分的变化、塔顶馏出物及塔底部出料量的变化。影响能量平衡的因素主要包括进料温度或釜温的变化、再沸器加热量和冷凝器冷却量的变化及塔的环境温度的变化等。对于扰动来说，有可控的也有不可控的。1、进料流量和进料成分进料流量通常不可控但可测。当进料流量变化较大时，对精馏塔的操作就会造

5、成很大的影响。这时，可将进料流量做为前馈信号，引到控制系统中，组成前馈-反馈控制系统。48内蒙古工业大学本科毕业设计说明书进料成分影响物料平衡和能量平衡，但进料成分通常不可控，多数情况下也是难以测量的。2、进料温度和进料热焓值进料温度和热焓值影响精馏塔的能量平衡。控制策略是采用蒸汽压力（或流量）定值控制，或根据提馏段产品的质量指标，组成串级控制。3、再沸器加热蒸汽压力再沸器加热蒸汽压力影响精馏塔的能量平衡。控制策略是组成塔压的定值控制，或将冷却水压力作为串级控制系统的副被控变量进行控制。4、冷却水压力和温度冷却水温度的变化通常不大，对冷却水可不进行控制。使用风冷时控制时策略

6、是根据塔压进行浮动塔压控制。5、环境温度环境温度的变化较小，且变化幅度不大，因此，一般不用控制。1.3精馏过程根据混合物中各组分挥发能力不同的差异，通过液体和气体的回流的特点，使得气体和液体两相能够逆向并且多级相互接触，在前面所说的约束条件下，让那个易挥发的组分时刻从液相中向气相中导入，然而，难挥发的组分时刻从气相中向液相中导入，导致混合物实现分离，这就是精馏的概念[3]。在此过程中，传热和传质过程是同步进行的，这种类型属于传质过程控制型。精馏操作是利用混合液中各组分具有不同的挥发度，也就是说，在同一温度下，根据蒸汽压力不同，从而能够实现分离液体混合物。精馏操作是在精馏塔中

7、完成的。溶液中组分的数量可以是两个或两个以上，在实际工业生产过程中，只有两个组分的溶液不算太多，对于多组分溶液，经常是大量需要分离的溶液。多组分溶液的精馏基本原理和两组分溶液的精馏是一样的。在本节中只对简单的两组分溶液的精馏做一下讨论，着重说明精馏的基本原理。1、精馏原理48内蒙古工业大学本科毕业设计说明书就像我们所知道的，在恒定的压力下，对于单组分液体来说，在沸腾时，虽然给它继续加热，但是它的温度却保持恒定不变，即单组分液体的沸点是恒定的。对于多组分的理想液体来说，在恒定的压力下，在沸腾时，溶液的温度却是可变的。