精馏塔回流罐液位控制系统

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1、1概述随着现代工业生产过程向着大型，连续和强化方面发展，对控制系统的控制品质提出了日益增长的要求。次设计的关注的精馏塔就是一个多输入多输出的多变量过程，内在机理较复杂，动态响应迟缓，变量之间相互关联，对其的控制提出了较高的要求，其中对回流罐液位的调节影响着精馏塔顶部的压力及温度的平衡，起着对精馏过程中的缓冲及保护作用，对回流罐液位的调节对精馏过程的稳定进行起着不可忽视的作用，所以确定回流罐液位的控制方案是相当重要的。本次设计的总目标，就是在可能获得的条件下，以最经济的途径和方法监测及调节回流罐中的液位，所以需要在充分了解声场过程的工艺流程的基础上选择合适的控制方法，从而实现目标。2精馏

2、塔的工艺流程根据本次设计条件及要求，我们必须精馏及精馏塔有一定的了解。精馏的基本原理是将液体混合物部分气化，利用其中各组分挥发度不同的特性，实现分离的目的的单元操作。蒸馏按其操作方法可分为：简单蒸馏,闪蒸，精馏和特殊精馏等。精馏塔是一种进行精馏的塔式气液接触装置，蒸汽由塔底进入，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）组分不断的向蒸汽中转移，蒸汽中的难挥发（高沸点）组分不断的向下降液中转移，蒸汽愈接近塔顶，其易挥发组分愈高，而下降液愈接近塔底，其难挥发组分则愈富集，达到组分分离的目的。由塔顶上升的蒸汽进入冷凝器，冷凝的液体一部分送入再沸器，热蒸发后，蒸汽返回塔中，另

3、一部分液体作为残液取出。一般精馏装置由精馏塔，再沸器，冷凝器，回流罐等设备组成。精馏塔是一个多输入多输出的多变过程，内在机理较复杂，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。而从能耗的角度来看，精馏塔是三传一反典型单元操作中能耗最大的设备，因此，精馏塔的节能控制也是十分重要的。下图是一典型的精馏塔结构图。163精馏塔的控制3.1精馏塔的控制目标精馏塔的控制目标是：在保证产品质量合格的前提下，使塔的回收率最高、能耗最低，即使总效益最大，成本最小。精馏过程是在一定的约束条件下进行的。因此，精馏塔的控

4、制要求可从质量指标、产品质量、能量消耗和约束条件四方面考虑。1)质量指标控制。精馏塔的质量指标是指塔顶或塔底的纯度。通常，满足一端的产品质量，即塔顶或塔底产品之一达到规定纯度，而另一端产品的纯度维持在规定范围内。所谓的产品纯度，就二元精馏来说，其质量指标是指塔顶产品中轻组分含量和塔底产品中重组分含量。对于多元精馏而言，则以关键组分的含量来表示。关键组分是指对产品质量影响较大的组分。产品组分含量非越纯越好，原因是，纯度越高，对控制系统的偏离度要求越高，操作成本的提高和产品的价格并不成比例增加，因此纯度要求应与使用要求相适应。2)物料平衡控制。进出物料平衡，即塔顶、塔底采出量应和进料量相平

5、衡，维持塔的正常平稳操作，以及上下工序的协调工作。物料平衡的控制是以冷凝罐（回流罐）与塔釜液位一定为目标的。3)能量平衡控制。要保证精馏塔产品质量、产品产量的同时，考虑降低能量的消耗，使能量平衡，实现较好的经济性。4)约束控制条件。精馏过程是复杂传质和传热过程。为了满足稳定和安全操作的要求，对精馏塔操作参数有一定的约束条件。气相速度限：精馏塔上升蒸汽速度的最大限。当上升速度过高时，造成雾沫带，塔板上的液体不能向下流，下层塔板的气相组分倒流到上层塔板，出现液泛16现象。最小气相速度限：指精馏塔上升蒸汽速度的最小限值。当上升蒸汽速度过低时，上升蒸汽不能托起上层的液相，造成漏夜，使塔板效率下

6、降，精馏操作不能正常进行。操作压力限：每一个精馏塔都存在最大操作压力限制。临界温度限：保证精馏塔的正常传热需要、保证合适的回流温度，使精馏塔能够正常操作。3.2精馏塔的扰动分析影响物料平衡的因素包括精料量和进料成分的变化、塔顶馏出物及底部出料量的变化。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变化等。（1）精料量和进料成分：进料流量通常不可控大但可测。当进料流量变化较大时，对精馏塔的操作会造成很大的影响。这时可将进料流量作为前馈信号，引到控制系统中组成前馈-反馈控制系统。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

7、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付被控变量进行控制。（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。使用风冷式控制时策略是根据塔压进行浮动塔压控制。（5）环境温度：环境