过程控制-9-精馏塔控制课件.ppt

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1、第九章精馏塔控制内容精馏塔的控制目标精馏塔的静态特性精馏塔质量指标的选取精馏塔的基本控制方案精馏塔的复杂控制方案讨论精馏塔控制思考题1、掌握简单精馏塔的控制问题与分解方法；2、掌握精馏塔的静态特性；3、了解精馏塔对象中操作变量对主要被控变量的动态影响程度与速度；4、针对塔顶、塔底产品质量不同的要求，掌握基本控制系统的分析与设计方法；5、了解精馏塔的复杂控制与先进控制方法。连续精馏装置的工艺流程图9-1连续精馏装置流程工艺简介精馏过程---将组分复杂的混合物通过传热、传质分离成纯度相对较高的单一化工产品的过程原理-----利用混合物中各组分相对

2、挥发度不同，在一定的温度、压力下通过蒸发与冷凝，使液相中的轻组分和气相中的重组分互相转移，从而实现分离。操作目的：通过反复的部分汽化与部分冷凝，将混合液中沸点不同的各组分分离成产品。操作代价：消耗能量，塔底需要加热使塔底液部分汽化；塔顶需要冷却使塔顶组分冷凝；连续精馏装置的工艺流程质量指标：塔顶或塔底产品之一应达到规定的纯度。另一产品组成也应在要求范围之内。多元精馏的关键组份含量来描述质量指标。物料能量平衡：塔顶、底产品平均采出量之和应等于平均进料量。负荷变化力求平稳缓慢，影响物料平衡的因素应控制稳定。约束条件：塔的正常操作必须满足一定约束条

3、件，如最大处理量下产品质量好，产量高，能耗小。确定目标函数使收效最大，能耗最小。∴对塔最大气速操作压力，加热温差、冷却温差等都有限制。独立变量：精馏过程的变量数Nv多于描述该过程的方程数Ne，两者之差为独立变量个数：Nt＝Nv－Ne精馏过程的控制要求连续精馏装置的控制要求精馏塔的静态特性总与轻组分的物料平衡方程：能耗与分离度S的关系：结论：对于给定的进料，若D/F和V/F保持一定，则该塔的分离结果xD,xB就完全确定。精馏塔产品纯度、产品回收率和能耗之间的相互关系产品回收率：进料中每单位产品组分所能得到的可售产品的数量；能耗指标：用单位进料

4、的塔底上升蒸气量V/F来表示；定性规律：若能耗指标一定，产品纯度越高，其回收率越低；若产品纯度一定，在一定范围内能耗指标越高，其回收率越高。精馏塔的动态特性总物料平衡：轻组分平衡：精馏塔操作的主要影响因素塔压波动P进料量波动F进料组成波动Fx进料温度或状态Fz再沸器加热量Qs冷凝器冷却量Qc塔顶采出量波动D塔底采出量波动B塔压波动的影响①精馏操作一定要保持P恒定。因P与汽液平衡关系密切。塔压稳定能保证分离的经济性和高纯度。P波动汽液平衡破坏，塔操作不良，进而影响物料平衡。P↑入不敷出。P↓物料积累。②用温度作间接被控变量，压力必须稳定。P恒定

5、，t－x图才能具有单值关系，才能以T代替成份控制。精馏塔操作的主要影响因素进料波动的影响设P、Qs、LR不变，分几种情况讨论：a：液相进料进料F↑→提馏段L2↑→T2↓→塔底产品xB↑→B↑→塔内上升蒸汽v1v2轻组份↑同时，总上升蒸汽量↓→T1↓→xD↑所以，液相进料，F↑时整个塔T↓由于提馏段最先感受进料的波动，测温元件应放在提馏段，液相进料带入热量少，塔操作需较多的Qs通常以控制加热量为调节系数，构成系统调节通道短，滞后小，动态性能好。精馏塔操作的主要影响因素b.全部气相进料F↑→V1↑→D↑→R↓（R=L/P)→T1↑→yD↑（塔顶重

6、组份）L1、L2中重组份↑→T2↑→B中yB↑∵气相进料F↑先影响T1然后导致整个塔的T↑→yD↑yB↑∴气相采用精馏温度控制，测温元件在精馏段，调节手段为改变回流量。c.汽液二相混合进料F（汽相）↑→V1↑→T1↑→yD↑→XD↓（液相）→L2↑→T2↓→yB↓→XB↑∴F↑会使全塔T1↑（XD↓，yD↑），T2↓（XB↑,yB↓)对全塔带来了相反：严重影响视汽液比等因素定方案。精馏塔操作的主要影响因素3.进料组成波动Qs、L恒定时，Fx↑（进料中轻组份）→T1T2↓→xD↑xB↑→全塔T↓塔顶底产品轻组份含量都会增加。当Fy↑过程相反。F

7、y↑→T1T2↑→xD↓xB↓*当进料中混有比轻组份更轻的介质时，杂质的微小变化会显著影响塔顶温度，进而影响T－x关系，会使温度点设在塔顶的温控系统失调。轻杂质↑塔顶T↓→L↓→R↓→yD↑精馏塔操作的主要影响因素4.进料温度波动的影响Ft↓→xB↑这远大于再沸器的影响。5.塔的气速和热量波动塔的蒸汽速度关系到经济性与效率，空塔速度大，传质效率高。实际板数↓组份分离随气速而得到改善。最佳气速：液泛速度80％影响气速因素是再沸器加热量。精馏塔操作的主要影响因素L↓→T顶↑→塔顶yD↑正常操作除把回流作为调节手段外，一般令回流稳定。P冷↓→F冷↓

8、→蒸汽冷凝量↓，若D恒定，则R＝L/D↓，若冷凝器兼有过冷作用，则冷剂Qc↓→TR↑→yD↑所以Qc要定值控制。6.回流及冷剂量的波动精馏塔被控变量的选择直接质量指