精馏塔前馈-反馈控制系统

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1、辽宁工业大学过程控制课程设计（论文）第1章精馏塔前馈-反馈控制系统概述1.1精馏及精馏塔概述精馏是化工、石油化工、炼油生产过程中应用极为广泛的传质传热过程。精馏的目的是利用各组分具有不同挥发度，将各组分分离并达到规定的纯度要求。精馏过程的实质是利用混合物中各组分具有不同的挥发度，即同一温度下各组分的蒸汽分压不同，使液相中轻组分转移到气相，气相中的重组分转移到液相，实现组分的分离。按需分离组分的多少可分为二元精馏和多元精馏；按混合物中组分挥发度的差异，可分为一般精馏和特殊精馏。精馏过程通过精馏塔、再沸器、冷凝器等设备完成。再沸器为混合物液相中轻组分的转移提

2、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。精馏塔是实现混合物组分分离的主要设备，一般为圆柱体，内部装有提供汽液分离的塔板或填料，塔身设有混合物进料口和产品出料口。随着石油化工的迅速发展，精馏操作的应用越来越广，分离物料的组分越来越多，分离的产品纯度要求越来越高，对精馏过程的控制也提出了越来越高的要求，也越来越被人们所重视。精馏过程是一个复杂的传质传热过程，表现为：过程变量多，被控变量多，可操纵变量也多；过程动态和机理复杂，例如，非线性、时变、关联；控制方案多样，例如，同一被控变量可以采用不同的控制方案，控制方案的适应面光等。1.2

3、精馏塔的扰动分析和其他化工过程一样，精馏过程是在一定物料平衡和能量平衡基础上进行的。一切影响精馏塔操作的因素均通过物料平衡和能量平衡进行。影响物料平衡的因素主要包括进料量和进料成分的变化、顶部馏出物及底部出料的变化。影响能量平衡的因素主要包括进料温度或热焓的变化、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。物料平衡和能量平衡之间相互影响。各种扰动因素有可控的，也有不可控的。1.进料流量和进料成分进料流量是上工序的出料，因此，通常不可控但可测，当进料流量较大时，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，引入到控制系统中，组成

4、前馈-反馈控制系统。当进料流量需要定值控制时，从工艺角度看，有时需要增16辽宁工业大学过程控制课程设计（论文）加中间储罐或容器，以便缓冲上一工序的出料量。从控制角度看，可以采用均匀控制策略，使进料流量基本恒定的同时，对上一工序的操作不造成较大影响。单一的进料流量定值控制系统较少采用。进料流量影响物料平衡，也影响能量平衡。因此，控制策略应保持流量的基本恒定。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，多数情况下也难于测量。因此，控制策略是尽量控制上一工序的操作，从外围着手，使进料成分能够保持恒定，减小其变化对精馏塔操作的影响。2.进料温度或进料热

5、焓进料温度或热焓影响精馏塔的能量平衡。进料温度一般可控可测，多数情况下，进料温度较恒定，因此，控制策略是不进行控制。当进料需经换热器预热后进入后，由于进料的状态可以是液态、气态或气液两相混合，因此，可能出现进料热焓的变化，这时，控制策略是采用热焓控制，保证进料热焓的恒定。除此之外，扰动因素还包括再沸器加热蒸汽压力、冷却水压力和温度、环境温度等。1.3前馈-反馈控制系统反馈控制系统的输出是偏差的函数，只有出现偏差才进行调节，因此，调节不及时。如果采用某种控制策略，使该控制运算的输出是扰动的函数，则一旦出现扰动，控制系统就有输出，就能在偏差还未出现以前把扰动

6、的影响消除，因此，调节及时。依据预防的控制策略设计的控制系统称为前馈控制系统。前馈控制系统根据扰动进行调节；采用开环控制方式；控制器的输入信号只有一个变量，即扰动量；只能克服某个特定扰动的影响；控制器的控制规律是前馈控制规律，它与前馈广义对象特性和扰动通道特性有关，因此，只能近似实现所需控制规律，要实现绝对不变性较困难。前馈控制能及时克服特定扰动的影响，如果合适设计控制规律，可大大消弱扰动对被控变量的影响。因此，前馈控制往往需要与反馈控制结合起来，构成前馈-控制系统。这样既发挥了前馈控制作用及时的优点，又保持了反馈控制能克服多个扰动和具有对被调节量实行反

7、馈检验的长处。所以前馈-反馈控制是适合于过程控制的较好的方式。16辽宁工业大学过程控制课程设计（论文）第2章课程设计方案论证2.1控制方案1设计所谓静态前馈控制，是指前馈控制器的控制算法为比例控制，即Gb=-GfGoGvGm=-KfKoKvKm=-Kb式中，Ko、Kv、Km与Kf分别是过程控制通道、调节阀、温度变送器静态放大系数以及过程干扰通道的静态放大系数；Gb=-Kb,其大小由Ko、Kv、Km、Kf确定。静态前馈控制的控制目标是使被控参数最终的静态偏差接近于零，而不考虑由于两通道时间常数的不同而引起的动态偏差。由于静态前馈控制非常简单，实施方便。在实

8、际生产中，当干扰通道与控制通道的时间常数相差不大时，应用静态前馈控制可获得较高的