精馏塔的基本控制方案.ppt

2019/5/11,1,精馏塔的基本控制方案,精馏塔是多变量对象，在许多受控变量和操纵变量中，选择一 种白量配对就组成了一种精馏塔控制方案。但要确定一种比较合理 的方案则很棘手。60年代中期Shinskey以灵敏度和Bristol相对增益概 念为基本依据提出解决精馏塔控制中的变量配对问题的新方法，概 括为三条准则：, 当仅需要控制塔一端的产品质量时，应当选用物料平衡方式来控 制该产品的质量；, 塔两端产品流量较小者，应作为操纵变量去控制塔的产品质量；, 当塔的两端产品均需要按质量控制时，一般对含纯产品较少、杂 质较多的一端的质量控制选用物料平衡控制，而含纯产品较多、杂质 较少的一端的质量控制选用能量平衡控制。,物料平衡控制：选用顶部产品馏出物流量D或底部采出液流量B作为操 纵变量控制产品质量；,能量平衡控制：选用顶部回流或再沸器加热剂量作为操纵变量控制产 品质量。,2019/5/11,2,5.3.1 产品质量的开环控制,目的：使塔顶和塔底的产品满足要求,1、固定回流量LR和再沸器加热蒸汽量VS,当进料流量F、及状态恒定时,固定 LR和Vs，D和B就确定了。,分别控制LR和VS,为平衡物料蓄存量，设两液位控制,克服进料流量干扰,进料量由上一工序规定时，可以进 料量为主动量，回流量和蒸汽流量的比 值控制,2019/5/11,3,2、固定馏出液流量D和再沸器加热蒸汽量VS,适用于回流比LR/D较大的场合，控 制D要比控制VS更有利，保证D比较平稳。,3、固定塔底采出量B和回流量LR,塔底液位由加热蒸汽H控制,优点：控制方案简单方便,缺点：完全按物料和能量平衡关系 进行控制，在存在干扰，特别是 进料成分ZF的变化时，很难保证 产品纯度。,2019/5/11,4,5.3.2 按精馏段指标控制,当：(1) 对塔顶馏出液的纯度要求比塔底产品较高,(2) 全部为汽相进料,(3) 塔底、提馏段塔板上的温度不能很好反映产品成分变化,按精馏段指标控制,受控变量：精馏段某点成分或温度,操纵变量：塔顶回流量LR、馏出液流量D、,再沸器加热蒸汽量VS,优点：保证塔顶产品成分；,扰动不大时，塔底产品成分波动较小。,采用这种控制方案时，在LR、D、VS和B四者中选择一种作为控制产 品质量的手段，选择另一种保持流量恒定，其余两者则按回流罐和再沸 器的物料平衡，由液位控制器加以控制。,常用的控制方案有两类：,2019/5/11,5,1、间接物料平衡控制,按精馏段指标来控制回流量最常用,保持加热蒸汽的流量恒定,优点：控制作用滞后小，反应迅速；,有利于克服进入精馏段的扰动；,保证塔顶产品质量。,适用场合：回流比0.8，需要减少滞后的塔,由于回流量LR变化后再影响到馏出液D间接物料平衡控制,炼油厂中的常压塔和减压塔都是只有 精馏段的塔是按精馏段指标控制的例子。 特点是都有侧线产品，并在每一侧线有汽 提装置（吹送蒸汽进行蒸汽蒸馏，把较轻 的组分蒸向上面的塔板）。进料是来自加 热炉的两相汇合物，其温度和流量都预先 控制。常用控制方案是按塔顶温度控制回 流量，并保持各侧线流量恒定。,缺点：环境温度改变时，内回流变化，且物料与能量之间关联较大,2019/5/11,6,常压塔工艺流程及控制方案简图(中段回流未画出),方案特点：塔顶温度控制回流,2019/5/11,7,2、直接物料平衡控制,方案：按精馏段指标控制塔顶馏出液D，保持Vs不变。,优点：物料平衡与能量平衡关联小，内回流稳定,缺点：控制回路滞后较大D的改变间接通过液位控制回路来 实现对温度的控制。回流罐容积较大时，反应更慢，,使用场合：溜出液D很小，或回流比 较大，回流罐容积适当,2019/5/11,8,5.3.3按提馏段指标的控制方案,当(1) 对塔底馏出液的成分要求较高,(2) 进料全部为液相(因为进料先影响馏出液),(3) 塔顶或精馏段塔板温度不能很好反映成分的变化,1、间接物料平衡控制,以提馏段的塔板温度来控制加热蒸汽流量,回流定值控制，方案简单， 对负荷的适应能力较差。,回流比定值控制，对负荷的适应性较强。, 实际操作回流比较最小回流比大好多倍。,2019/5/11,9,2、直接物料平衡控制,按提馏段温度控制塔底产品采出B，同时保持回流量LR恒定,塔顶产品馏出量D由回流罐的液位控制,加热蒸汽量的大小由塔底液位控制,优点：物料平衡与能量平衡之间关联最小，当B少时，较平稳；当B不 符合质量要求时，会自行暂停出料。,缺点：滞后较大，液位控制回路存在反向特性,实用场合：B少，且B20%VS的塔,2019/5/11,10,5.3.4 精馏塔的压力控制系统,操作要求：塔压维持恒定,干扰：进料流量、成分、温度；加热蒸汽量、回流量、回流温度等,1、加压精馏塔的压力控制,(1) 液相采出，馏出物中含有大量不凝物,适合气体流经冷凝器的阻力变 化大，回流罐的压力可间接代表塔 顶压力。,干扰使冷凝器的阻力变化时， 回流罐压力不能代表塔顶压力。,方法：应用能量平衡控制,控制方案的确定与塔顶馏出物状态（气相还是液相）及馏出物 中含不凝性气体量的多少有关。,2019/5/11,11,(2) 液相采出，馏出物中含有少量不凝物(塔顶气相总流量2%),传热量小于使全部蒸汽冷凝所需热量， 蒸汽积聚压力升高；传热量过大，压力会降 低。当V1全开塔压还偏高时，打开V2增大传 热量使压力下降分程控制。,(3) 液相采出，馏出物中含有微量不凝物,改变传热量控制塔顶压力,特点：图1有利于节约冷却剂；图2反应迟钝；图3反应灵敏，应用较广泛,2019/5/11,12,“浸没”式冷凝器压力控制方案,冷凝器一般在回流罐下35m，通过控 制P=P1-P2来改变传热面积。,P1 控制阀开度 P P1,P冷凝液面气相冷凝面积传 热量冷凝量P1,(4) 气相采出,当气相出料为下一工序进料时，可采用压力-流量均匀控制系统。,2019/5/11,13,减压精馏塔的压力控制, 采用蒸汽喷射泵抽真空的塔顶压力控制方案,蒸汽管线上设压力控制系统，以维持喷射 泵的最佳蒸汽压力，塔顶压力用补充的空气量 来控制。,可有效地控制任