精馏塔控制系统课程设计 --精馏塔的比值控制系统设计

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1、太原理工大学现代科技学院过程控制系统课程设计摘要在石化工业中，许多原料、中间产品或粗成品往往是由若干组分形成的混合物，需要通过精馏过程进行分离。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。统计资料表明，在石化工业中，40%~50%的能量消耗在精馏设备中，精馏塔是过程控制的重要控制对象，一直受到控制领域的关注。精馏塔由多级塔盘组成，内在工作机理复杂。在精馏过程中，工作参数对控制作用的响应缓慢，不同变量之间存在相互关联，因此，精馏塔是一个多参数的被控过程；不同工艺要求的精馏塔结构不同，工艺参数、变

2、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，才可能控制出合理的控制系统。本次设计中，通过对合成甲醇精馏过程的模拟，我们具体了解和掌握比值控制系统的工作原理。关键词：精馏；精馏塔；多参数控制；定值控制；合成甲醇精馏1太原理工大学现代科技学院过程控制系统课程设计目录摘要11精馏塔控制系统介绍11.1精馏塔原理11.2精馏塔的控制要求及主要干扰因素11.2.1精馏塔的控制要求11.2.2精馏塔的干扰因素特性22精馏塔控制方式的选择与论证33定值控制系统53.1定值控制系统简介53.2

3、定值控制系统的设计54甲醇精馏的比值控制系统65系统各器件选型85.1检测转换元件的选择85.2调节阀气开气关式选择96小结与体会11参考文献121太原理工大学现代科技学院过程控制系统课程设计精馏塔的定值控制系统设计1精馏塔控制系统介绍1.1精馏塔原理精馏塔是进行精馏的一种塔式汽液接触装置，又称为蒸馏塔。有板式塔与填料塔两种主要类型。根据操作方式又可分为连续精馏塔与间歇精馏塔。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)组分不断地向蒸汽中转移，蒸汽中的难挥发(高沸点)组分不断地向下降液中转移，蒸汽愈接近塔

4、顶，其易挥发组分浓度愈高，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，冷凝的液体的一部分作为回流液返回塔顶进入精馏塔中，其余的部分则作为馏出液取出。塔底流出的液体，其中的一部分送入再沸器，热蒸发后，蒸汽返回塔中，另一部分液体则作为釜残液取出。蒸馏的基本原理是将液体混合物部分气化,利用其中各组份挥发度不同（相对挥发度）的特性，实现分离目的的单元操作。蒸馏按照其操作方法可分为：简单蒸馏、闪蒸、精馏和特殊精馏等。1.2精馏塔的控制要求及主要干扰因素1.2.1精馏塔的控制要求为了保证精馏生产工序安全

5、、高效持续进行,精馏塔自动控制系统应满足如下要求:(1)保证产品质量。精馏塔的质量指标是指塔顶或塔底产品的纯度。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。(2)保证平稳生产。首先要使精馏塔的进料参数保持稳定；其次为了维持塔的物料平衡,要控制塔顶和塔底产品采出量,使其和等于进料量；再次塔内的储液量应保持在限定的范围内；最后要控制塔内压力稳定。(3)满足约束条件。系统必须满足一些参数的极限值所限定的约束条件,11太原理工大学现代科技学院过程控制系统课程设计如塔内气体流速的上下限、塔内压力

6、极限值等。(4)节能要求及经济性。主要是再沸器的加热量和冷凝器的冷却能量消耗。1.2.2精馏塔的干扰因素特性图1表示精馏塔物料流程图。在精馏塔运行过程中，影响其质量指标和平稳生产的主要干扰有以下几种。回流泵冷凝器气液分离器精馏塔进料再沸器塔底产品塔顶产品冷剂热剂QWQDF,zFLLBLDV图1精馏塔物料流程图（1）进料流量F的波动。如果精馏塔位于整个生产过程的起点，则可采用定值控制系统。（2）进料成分ZF的变化。进料成分是由上一道工序出料或原料情况决定，对图1所示精馏塔来讲，它是不可控的扰动因素。（3）进料温度TF和进料热焓值QF的变化

7、。一般情况下进料温度是比较恒定的，如果进料温度变化较大，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稳定。当进料是气液两相的比例恒定时，恒温进料的热焓值才能恒定。为了保持精馏塔的进料热焓值恒定，必要时可通过热焓控制来维持进料热能恒定。（4）再沸器加热剂输入热量的变化。当加热剂是蒸气时，通过再沸器输入精馏塔的热量扰动往往是由蒸气压力变化所引起的，这一扰动可通过在蒸气总管设置压力控制来加以克服，或者通过温度串级控制系统的副回路予以克服。（5）11太原理工大学现

8、代科技学院过程控制系统课程设计冷却剂在冷凝器内吸收热量的变化。其变化主要由冷却剂的压力或温度变化引起的，吸收热量的变化会影响到精馏塔顶回流量或回流温度，进而引起精馏塔输出热量的变化。（1）环境温度的变化。环