第六章精馏塔的控制

1、主要内容6.1 概述概述6.2 精馏塔的特性精馏塔的特性6.3 精馏塔产品质量指标的选择精馏塔产品质量指标的选择6.4 精馏塔的基本控制精馏塔的基本控制6.5 精馏塔的节能控制精馏塔的节能控制6.1 6.1 概述概述6.1 6.1 概述概述精馏精馏是化工、石是化工、石油化工、炼油生产中油化工、炼油生产中应用极为广泛的传质应用极为广泛的传质传热过程，其目的是传热过程，其目的是将混合物中各组分离，将混合物中各组分离，达到规定的纯度。达到规定的纯度。一般的精馏装置一般的精馏装置由精馏塔塔身、冷凝由精馏塔塔身、冷凝器、回流罐，以及再器、回流罐，以及再沸器等设备组成。沸器等设备组成。回流泵原料塔顶产品塔

2、底产品精馏塔再沸器冷凝器回流罐按需分类组分按需分类组分二元精馏、多元精馏二元精馏、多元精馏l二元精馏：需要分离的组分为两个，如乙醇与水二元精馏：需要分离的组分为两个，如乙醇与水l多元精馏：需要分离的组分数大于两个。一般由多个精多元精馏：需要分离的组分数大于两个。一般由多个精馏塔组成。除了最后一个他分离二元组分外，其余各塔馏塔组成。除了最后一个他分离二元组分外，其余各塔只能分离出一个高纯组分。只能分离出一个高纯组分。按混合物中组分挥发度的差异按混合物中组分挥发度的差异一般精馏、特殊精馏（共一般精馏、特殊精馏（共沸精馏、萃取精馏、熔盐精馏、反应精馏）沸精馏、萃取精馏、熔盐精馏、反应精馏）l共沸精馏

3、共沸精馏精馏过程中加入第三组分，使其与某一组精馏过程中加入第三组分，使其与某一组分形成最低恒沸物，从而使原溶液易于分离；分形成最低恒沸物，从而使原溶液易于分离；6.1 6.1 概述概述按混合物中组分挥发度的差异按混合物中组分挥发度的差异一般精馏、特殊精馏（共一般精馏、特殊精馏（共沸精馏、萃取精馏、熔盐精馏、反应精馏）沸精馏、萃取精馏、熔盐精馏、反应精馏）l萃取精馏萃取精馏向塔顶连续加入高沸点添加剂，改变料液向塔顶连续加入高沸点添加剂，改变料液中被分离组分间的相对挥发度中被分离组分间的相对挥发度；l熔盐精馏熔盐精馏又称加盐精馏，利用盐效应实现过程强化又称加盐精馏，利用盐效应实现过程强化的特殊精馏

4、过程，以含盐混合溶剂代替单纯溶剂的萃取的特殊精馏过程，以含盐混合溶剂代替单纯溶剂的萃取精馏过程精馏过程；l反应精馏反应精馏在进行反应的同时用精馏方法分离出产物在进行反应的同时用精馏方法分离出产物的过程。的过程。6.1 6.1 概述概述按结构分按结构分板式塔（泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、浮喷塔板式塔（泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、浮喷塔等）、填料塔等）、填料塔6.1 6.1 概述概述按结构分按结构分板式塔（泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、浮喷塔板式塔（泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、浮喷塔等）、填料塔等）、填料塔l泡罩塔泡罩塔塔内装有多层水平塔板，板上有若干个供蒸塔内装有多层水平塔板，板上有若干个供蒸气（或气体）通过的短

5、管，其上各覆盖底缘有齿缝或小气（或气体）通过的短管，其上各覆盖底缘有齿缝或小槽的泡罩，并装有溢流管槽的泡罩，并装有溢流管；6.1 6.1 概述概述按结构分按结构分板式塔（泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、浮喷塔板式塔（泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、浮喷塔等）、填料塔等）、填料塔l筛板塔筛板塔筛板塔内装若干层水平塔板，板上有许多小筛板塔内装若干层水平塔板，板上有许多小孔，形状如筛；并装有溢流管或没有溢流管孔，形状如筛；并装有溢流管或没有溢流管；6.1 6.1 概述概述按结构分按结构分板式塔（泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、浮喷塔板式塔（泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、浮喷塔等）、填料塔等）、填料塔l浮阀塔浮阀塔在筛板塔基础上，

6、在每个筛孔安装一个阀片。在筛板塔基础上，在每个筛孔安装一个阀片。当筛孔气速高时，阀片被顶起上升，空速低时，阀片因当筛孔气速高时，阀片被顶起上升，空速低时，阀片因自身重而下降自身重而下降。6.1 6.1 概述概述按结构分按结构分板式塔（泡罩塔、板式塔（泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、浮喷塔等）、浮阀塔、筛板塔、浮喷塔等）、填料塔填料塔l填料塔结构简单，易用耐蚀材填料塔结构简单，易用耐蚀材料制作，阻力小，适用于直径料制作，阻力小，适用于直径小的塔。小的塔。6.1 6.1 概述概述按操作的连续性分按操作的连续性分连续精馏、间歇精馏连续精馏、间歇精馏l连续精馏连续精馏 塔顶的冷凝器使蒸气得到部分冷凝塔顶的冷凝

7、器使蒸气得到部分冷凝，部分凝液回流部分凝液回流，其余馏出液是塔顶产品其余馏出液是塔顶产品。塔顶回流入塔的液体量与塔。塔顶回流入塔的液体量与塔顶产品量之比，称为顶产品量之比，称为回流比回流比； 塔底的再沸器使液体部分汽化，蒸气沿塔上升，余下塔底的再沸器使液体部分汽化，蒸气沿塔上升，余下的液体作为塔底产品的液体作为塔底产品； 进料在塔的中部进料在塔的中部，进料口以上称为，进料口以上称为精馏段精馏段，进料口以，进料口以下，称为下，称为提馏段提馏段。6.1 6.1 概述概述按操作的连续性分按操作的连续性分连续精馏、间歇精馏连续精馏、间歇精馏l间歇精馏间歇精馏料液成批投入精馏釜，逐步加热气化，待料液成批

8、投入精馏釜，逐步加热气化，待釜液组成降至规定值后将其一次排出。釜液组成降至规定值后将其一次排出。其特点：其特点： 间歇精馏为非定态过程间歇精馏为非定态过程，精馏过程中，釜液组成不断降，精馏过程中，釜液组成不断降低；低； 间歇精馏时全塔均为精馏段，没有提馏段间歇精馏时全塔均为精馏段，没有提馏段。能耗大于连。能耗大于连续精馏。续精馏。6.1 6.1 概述概述精馏过程的特点精馏过程的特点l过程变量多过程变量多被控变量多，操纵变量也多被控变量多，操纵变量也多l过程动态和机理复杂过程动态和机理复杂非线性、时变、关联、分布参非线性、时变、关联、分布参数特征数特征6.1 6.1 概述概述6.1 6.1 概述

9、概述1.质量指标质量指标产品的纯度产品的纯度二元组分精馏：塔顶轻组分含量和塔釜重组分含量二元组分精馏：塔顶轻组分含量和塔釜重组分含量多元组分精馏塔：通常只能控制其中的关键组分的浓度多元组分精馏塔：通常只能控制其中的关键组分的浓度 轻关键组分：挥发度较大而由塔顶镏出的关键组分轻关键组分：挥发度较大而由塔顶镏出的关键组分 重关键组分：挥发度较小而由塔底镏出的关键组分重关键组分：挥发度较小而由塔底镏出的关键组分2.物料平衡和能量平衡物料平衡和能量平衡塔顶馏出液塔顶馏出液+塔底釜液采出量塔底釜液采出量=平均进料量平均进料量精馏塔的输入精馏塔的输入输出能量应平衡，使塔内操作压力维持恒定。输出能量应平衡，

10、使塔内操作压力维持恒定。进料热量塔底再沸器加热量塔顶产品热量塔底产品热量进料热量塔底再沸器加热量塔顶产品热量塔底产品热量塔顶冷凝器冷却热量热量损失塔顶冷凝器冷却热量热量损失6.1.2 精馏塔的控制要求精馏塔的控制要求3.约束条件约束条件保证精馏塔的正常、安全操作保证精馏塔的正常、安全操作液泛限：液泛限：气相速度过高，气相中夹带液体到上层塔板中，出现气相速度过高，气相中夹带液体到上层塔板中，出现雾沫夹带，该现象严重时，液相从下层塔板倒流到上层塔板，雾沫夹带，该现象严重时，液相从下层塔板倒流到上层塔板，称为称为液泛液泛。气相速度的上限称为液泛限。气相速度的上限称为液泛限。漏液限：漏液限：气相速度过

11、低，塔板漏液，板效率下降。气相速度的气相速度过低，塔板漏液，板效率下降。气相速度的下限称为漏液限。下限称为漏液限。压力限：压力限：塔的操作压力的限制，操作压力过大，影响气液平衡塔的操作压力的限制，操作压力过大，影响气液平衡，分离效果变差。严重时会影响安全生产。，分离效果变差。严重时会影响安全生产。临界温差限：临界温差限：主要指再沸器两侧冷热流体的温度差。温差越大主要指再沸器两侧冷热流体的温度差。温差越大，传热量越大，温差低于临界温差时，给热系数急剧下降，不，传热量越大，温差低于临界温差时，给热系数急剧下降，不能保证正常传热。能保证正常传热。6.1 6.1 概述概述6.1.2 精馏塔的控制要求精

12、馏塔的控制要求4、节能与经济性、节能与经济性 回收率：回收率：例如：例如：丙烯丙烯丙烷塔，进料流量丙烷塔，进料流量F，进料丙烯含量，进料丙烯含量Ei，塔顶丙烯产品，塔顶丙烯产品流量流量D，则，则丙烯回收率丙烯回收率 D/(FEi )100其他的丙烯进入到塔底的丙烷产品中。其他的丙烯进入到塔底的丙烷产品中。的流量进料中组分的产品流量组分100iiRi6.1 6.1 概述概述6.1.2 精馏塔的控制要求精馏塔的控制要求4、节能与经济性、节能与经济性 能耗产品纯度回收率能耗产品纯度回收率的关系：的关系：能耗不变时，产品纯度能耗不变时，产品纯度，回收率，回收率保证产品纯度时，能耗保证产品纯度时，能耗，

13、回收率，回收率，但回收率增加到一定程度，但回收率增加到一定程度时，提高的就不明显了。时，提高的就不明显了。保证产品纯度的前提下，保证产品纯度的前提下，权衡回收率与能耗，选权衡回收率与能耗，选择最佳的回收率与能耗择最佳的回收率与能耗搭配，使得产量尽量多搭配，使得产量尽量多些，能耗尽量少些。些，能耗尽量少些。6.1 6.1 概述概述4V/F=268产品回收率产品回收率产品纯度产品纯度的流量进料中组分的产品流量组分100iiRi6.1 6.1 概述概述6.1.3 精馏塔的扰动分析精馏塔的扰动分析各种扰动因素中，有些是可控的，各种扰动因素中，有些是可控的，有些是不可控制的。有些是不可控制的。进料流量进

14、料流量F在很多情况下是不在很多情况下是不可控制的。可控制的。进料成分进料成分zF一般是不可一般是不可控的，控的，它由上一工序或原料确定。它由上一工序或原料确定。进料温度进料温度F一般是可控的。一般是可控的。6.1 6.1 概述概述6.1.3 精馏塔的扰动分析精馏塔的扰动分析蒸汽压力的变动可以通过总蒸汽压力的变动可以通过总管压力控制方法消除，也可管压力控制方法消除，也可以在串级控制系统的副回路以在串级控制系统的副回路予于克服。予于克服。冷却水的压力波动也可以类冷却水的压力波动也可以类似方式解决。似方式解决。冷却水的温度变化通常比较冷却水的温度变化通常比较缓和，主要受季节的影响。缓和，主要受季节的

15、影响。环境温度的变化一般影响较环境温度的变化一般影响较小。小。主要内容6.1 概述概述6.2 精馏塔的特性精馏塔的特性6.3 精馏塔产品质量指标的选择精馏塔产品质量指标的选择6.4 精馏塔的基本控制精馏塔的基本控制6.5 精馏塔的节能控制精馏塔的节能控制6.2 6.2 精馏塔的特性精馏塔的特性6.2.1 物料平衡和内部物料平衡物料平衡和内部物料平衡1.总物料平衡总物料平衡 B、D：塔釜、塔顶馏出液塔釜、塔顶馏出液BDBFxxxzFDBDFDxxzxFBBDFBFDFzDxBx xB、xD：塔釜、顶轻组分含量塔釜、顶轻组分含量)/1 ()(1BFBBFDxFDzFDxxzDFx)1 ()()(1

16、)(11DFFDDBxFBFBFBzzxBFxx若进料浓度改变为若进料浓度改变为zF=0.4，如，如D/F仍为仍为50%，即，即 设苯与甲苯的精馏中，原定的进料浓度设苯与甲苯的精馏中，原定的进料浓度zF=0.5，产品要求，产品要求xD=0.95，xB=0.05，则可知，则可知0.50.050.550%0.950.05DF2 0.400.8080%DfFxzD0.550%DF那么那么xD所能达到的最高极限（即在釜液中不含苯的条件下所能达到的最高极限（即在釜液中不含苯的条件下xB=0）即即如不调整如不调整D/F，xD无论如何也达不到设定值。因此，如果无论如何也达不到设定值。因此，如果进料浓度进料浓

17、度zF发生变化，就必须调整发生变化，就必须调整D/F或或B/F才能满足才能满足xD和和 xB 6.2 6.2 精馏塔的特性精馏塔的特性6.2 6.2 精馏塔的特性精馏塔的特性2.内部物料平衡内部物料平衡nnLL1nnVV1塔板塔板n上各项物料平衡上各项物料平衡恒分子流假设恒分子流假设Kg mol/hKg mol/h精馏段：精馏段：LR、VR提馏段：提馏段：LS、VS6.2 6.2 精馏塔的特性精馏塔的特性2.内部物料平衡内部物料平衡（1）加料板的物料平衡）加料板的物料平衡RSSRVLVLFRSRSVVFLL ,RSSRLLFVV ,如果是液相沸点进料如果是液相沸点进料如果是气相沸点进料如果是气

18、相沸点进料VRRLFFzF,qDXD,BXB,SVLs精馏段：精馏段：LR、VR提馏段：提馏段：LS、VS6.2 6.2 精馏塔的特性精馏塔的特性RRLVD精馏段的物料平衡精馏段的物料平衡（2）精馏段的物料平衡）精馏段的物料平衡就冷凝器写出物料平衡关系式就冷凝器写出物料平衡关系式1RjRjDV yL xDx对精馏段上任意塔板对精馏段上任意塔板j以上作以上作物料平衡计算，轻组分的物物料平衡计算，轻组分的物料平衡关系式料平衡关系式yj+1自自j+1板来的气相中轻组分浓度；板来的气相中轻组分浓度；xj塔板塔板j上液相总轻组分浓度。上液相总轻组分浓度。1RjjDRRLDyxxVV平衡曲线和操作线平衡曲

19、线和操作线上式表明了任一塔板上式表明了任一塔板上的气相组分与上一上的气相组分与上一塔板的液相组分之间塔板的液相组分之间的关系，如图中红线的关系，如图中红线所示，通常称为所示，通常称为精馏精馏段操作线段操作线，其斜率为：，其斜率为：6.2 6.2 精馏塔的特性精馏塔的特性xxBzFxDyDRxVDBSxVBRRVL /DLRRRR/,1回流比回流比R越大，越大，斜率越大。斜率越大。RRLVD对提馏段的任意塔板对提馏段的任意塔板k 以下作物以下作物料平衡关系式是料平衡关系式是也可写为：也可写为：6.2 6.2 精馏塔的特性精馏塔的特性（3）提馏段的物料平衡）提馏段的物料平衡提馏段的物料平衡提馏段的

20、物料平衡SSVLB1SkSkBV yL xBx1SkkBSSLByxxVV就再沸器写物料平衡关系式就再沸器写物料平衡关系式Ls平衡曲线和操作线平衡曲线和操作线上式表明了任一塔板上式表明了任一塔板上的气相组分与上一上的气相组分与上一塔板的液相组分之间塔板的液相组分之间的关系，如图中绿线的关系，如图中绿线所示，通常称为所示，通常称为提馏提馏段操作线段操作线，其斜率为：，其斜率为：6.2 6.2 精馏塔的特性精馏塔的特性1SkkBSSLByxxVVSSVL /xxBzFxDyDRxVDBSxVBSSVLB6.2.2 能量平衡关系能量平衡关系 分离度分离度因此有因此有:若若s一定，则控制任一产品的成分

21、，同时也起到了对另一种一定，则控制任一产品的成分，同时也起到了对另一种产品成分的控制；产品成分的控制；若若s一定，则在确定了一定，则在确定了D/F 或或B/F后，则后，则xD和和xB都确定了都确定了 。/(1)(1)/(1)(1)DDDBBBBDxxxxsxxxx1(1)(1)BDBDBDDsxxxsxxxsx6.2 6.2 精馏塔的特性精馏塔的特性BDBFxxxzFDBDFDxxzxFB6.2 6.2 精馏塔的特性精馏塔的特性 分离度分离度 对一个既定塔，对一个既定塔， （平均相对挥发度）（平均相对挥发度）、n（理论塔板（理论塔板数）数）、E（塔板效率）（塔板效率）和和nF（进料板位置）（进

22、料板位置）是一定的或变化是一定的或变化不大，同时进料成分不大，同时进料成分zF的变化对的变化对s的影响的影响相对较小相对较小，可以忽，可以忽略略。近似为：近似为： 能量平衡方程，能量平衡方程，为塔的特性因子为塔的特性因子表征了表征了s与与V/F的关系的关系 , V/F增加，增加，s也增加，但能耗增加。也增加，但能耗增加。 对于特定的塔，进料组分一定，只要对于特定的塔，进料组分一定，只要D/F 和和 V/F 一定，塔一定，塔顶和塔底的组分就可确定。顶和塔底的组分就可确定。( , ,/,)FFsf a n VF zE n)1 ()1 (lnDBBDxxxxFVFVfs6.2.2 能量平衡关系能量平

23、衡关系6.2 6.2 精馏塔的特性精馏塔的特性6.2.3 进料浓度进料浓度zF和流量和流量F对产品质量影响对产品质量影响1Bx2Bx1Fz2Fz1Dx2Dx(a)zF变化的影响zF :各线右移，各线右移，xD xB zF :各线左移，各线左移，xD xB 1.进料浓度进料浓度zF假设假设D/F和和LR/D不变，两条不变，两条操作线的斜率（操作线的斜率（LR/VR，LS/VS）不变，结果将使它们）不变，结果将使它们向左或右平移。向左或右平移。6.2 6.2 精馏塔的特性精馏塔的特性FRFSzKL，zKV211Bx1Fz1Dx（b）消除zF影响的措施当当zF增加时，保持增加时，保持xD和和xB不变

24、，不变，应增加应增加D和减少和减少B。考虑到。考虑到D=VR-LR，B=LS-VS，可将，可将LR适适当减少当减少，VS适当增加适当增加。概括起来，对概括起来，对 的补偿条件是的补偿条件是Fz 其中，其中，K1 ，K2为正值。为正值。2FzBDBFxxxzFDBDFDxxzxFB6.2 6.2 精馏塔的特性精馏塔的特性2.进料流量进料流量F在液相沸点进料时，如在液相沸点进料时，如F : LS , 使提馏段操使提馏段操作线斜率增加（离开对角线），作线斜率增加（离开对角线），XB 在气相沸点进料时，如在气相沸点进料时，如F : VR,使精馏段操使精馏段操作线斜率减小（离开对角线），作线斜率减小（离

25、开对角线）， XD 因此，对因此，对 的补偿条件是的补偿条件是FFKLFKVRS43 , 其中，其中，K3， K4为正值。为正值。xxBzFxDDRxVDBSxVBBDBFxxxzFDBDFDxxzxFBF增加后，应按比例增加增加后，应按比例增加D、B、LR、VS，使，使D/F和和B/F保持不变。保持不变。通过以上的分析，也可以看出各种调节手段的作用：通过以上的分析，也可以看出各种调节手段的作用： VS增加，增加，xB下降下降 LR增加，增加，xD上升上升 B减少，将使减少，将使xB下降，下降， xD下降下降 D减少，将使减少，将使xD上升，上升， xB上升上升6.2 6.2 精馏塔的特性精馏

26、塔的特性VRRLFFzF,qDXD,BXB,SVLs主要内容6.1 概述概述6.2 精馏塔的特性精馏塔的特性6.3 精馏塔产品质量指标的选择精馏塔产品质量指标的选择6.4 精馏塔的基本控制精馏塔的基本控制6.5 精馏塔的节能控制精馏塔的节能控制6.3 6.3 精馏塔产品质量指标选择精馏塔产品质量指标选择 间接指标间接指标温度温度 压力一定情况下，温度与产品的成分有单独的函压力一定情况下，温度与产品的成分有单独的函数关系。数关系。 直接指标和间接指标直接指标和间接指标 直接指标直接指标产品成分产品成分 在线成分仪表价格贵，并且可靠性差。在线成分仪表价格贵，并且可靠性差。塔顶（或塔底）的温度控制塔

27、顶（或塔底）的温度控制灵敏板的温度控制灵敏板的温度控制中温控制中温控制 间接指标间接指标温差控制温差控制 在精密蒸馏等要求较高的场合，微小压力的变化，将影在精密蒸馏等要求较高的场合，微小压力的变化，将影响温度与组分的关系，需对压力的波动加以补偿。响温度与组分的关系，需对压力的波动加以补偿。温差控制温差控制温差差值（双温差）控制温差差值（双温差）控制6.3 6.3 精馏塔产品质量指标选择精馏塔产品质量指标选择 采用温度作为被控变量时，选择塔内哪一点温度作为被控变采用温度作为被控变量时，选择塔内哪一点温度作为被控变量，应根据实际情况加以选择，主要有以下几种。量，应根据实际情况加以选择，主要有以下几

28、种。1.塔顶（或塔底）的温度控制塔顶（或塔底）的温度控制 一般来说，如果希望保持塔顶（塔底）产品符合质量要求，一般来说，如果希望保持塔顶（塔底）产品符合质量要求，即主要产品在顶部（底部）馏出时，以塔顶（塔底）温度作即主要产品在顶部（底部）馏出时，以塔顶（塔底）温度作为控制指标，可以得到较好的效果。为控制指标，可以得到较好的效果。 6.3 6.3 精馏塔产品质量指标选择精馏塔产品质量指标选择6.3.1 采用温度作为间接质量指标采用温度作为间接质量指标 1.塔顶（或塔底）的温度控制塔顶（或塔底）的温度控制当要分离较纯的产品时：当要分离较纯的产品时： 邻近塔顶的各板之间温差很小，要求温度检测装置有极

29、邻近塔顶的各板之间温差很小，要求温度检测装置有极高的灵敏度和精确度；高的灵敏度和精确度； 微量杂质的存在，会使沸点起相当大的变化；微量杂质的存在，会使沸点起相当大的变化； 塔内压力的波动，也会使沸点起相当大的变化。塔内压力的波动，也会使沸点起相当大的变化。 因此，目前除了像石油产品的分馏即按沸点范围来切割因此，目前除了像石油产品的分馏即按沸点范围来切割馏分的情况之外，凡是目的要得到较纯成分的精馏塔，现在馏分的情况之外，凡是目的要得到较纯成分的精馏塔，现在往往不将检测点置于塔顶（或塔底）。往往不将检测点置于塔顶（或塔底）。6.3 6.3 精馏塔产品质量指标选择精馏塔产品质量指标选择6.3.1 采

30、用温度作为间接质量指标采用温度作为间接质量指标 2.灵敏板的温度控制灵敏板的温度控制 在进料板与塔顶（或塔底）在进料板与塔顶（或塔底）之间，选择灵敏板作为温度之间，选择灵敏板作为温度检测点。检测点。 灵敏板的静态特性灵敏板的静态特性：当塔的：当塔的操作经常受扰动作用（或承操作经常受扰动作用（或承受控制作用）时，塔内各板受控制作用）时，塔内各板的组分都将发生变化，各板的组分都将发生变化，各板的温度也将同时变化，一直的温度也将同时变化，一直达到新的稳态时，达到新的稳态时，温度变化温度变化最大的那块板即称为灵敏板最大的那块板即称为灵敏板。6.3 6.3 精馏塔产品质量指标选择精馏塔产品质量指标选择精

31、馏塔温度分布曲线精馏塔温度分布曲线正常工况时温度分布曲线正常工况时温度分布曲线扰动作用时温度分布曲线扰动作用时温度分布曲线2.灵敏板的温度控制灵敏板的温度控制 灵敏板的动态特性灵敏板的动态特性：在受到扰动（或控制作用）时，温度变化：在受到扰动（或控制作用）时，温度变化的初速度较快，即反应快，它反映了动态行为。的初速度较快，即反应快，它反映了动态行为。 灵敏板的位置灵敏板的位置：可以通过逐板计算或计算机仿真，依据不同情：可以通过逐板计算或计算机仿真，依据不同情况下各板温度分布曲线比较得出。但是，因为塔板效率不易估况下各板温度分布曲线比较得出。但是，因为塔板效率不易估准，所以还需要结合实践予以确定

32、。具体的办法是先算出大致准，所以还需要结合实践予以确定。具体的办法是先算出大致位置，在它的附近设置若干检测点，然后在运行过程中选择其位置，在它的附近设置若干检测点，然后在运行过程中选择其中最合适的一点。中最合适的一点。6.3 6.3 精馏塔产品质量指标选择精馏塔产品质量指标选择6.3.1 采用温度作为间接质量指标采用温度作为间接质量指标 3.中温控制中温控制 取加料板稍上、稍下的塔板，或加料板自身的温度作为取加料板稍上、稍下的塔板，或加料板自身的温度作为被控变量，这常称为被控变量，这常称为中温控制中温控制。 从设计意图来看，希望及时发现操作线左右移动的情况，从设计意图来看，希望及时发现操作线左

33、右移动的情况，并得以兼顾塔顶和塔底成分的效果。这种控制方案在某些并得以兼顾塔顶和塔底成分的效果。这种控制方案在某些精馏塔上取得了成功，但在分离要求较高时，或是进料浓精馏塔上取得了成功，但在分离要求较高时，或是进料浓度度zF变动较大时，中温控制不能正确反映塔顶或塔底的成变动较大时，中温控制不能正确反映塔顶或塔底的成分。分。6.3 6.3 精馏塔产品质量指标选择精馏塔产品质量指标选择6.3.1 采用温度作为间接质量指标采用温度作为间接质量指标 用温度作为间接质量指标有一个前提，塔内压力应恒定，用温度作为间接质量指标有一个前提，塔内压力应恒定，虽然精馏塔的塔压一般设有控制系统，但对虽然精馏塔的塔压一

34、般设有控制系统，但对精密蒸馏等要精密蒸馏等要求较高的场合，微小压力的变化，将影响温度与组分的关求较高的场合，微小压力的变化，将影响温度与组分的关系，需对压力的波动加以补偿，常用的有系，需对压力的波动加以补偿，常用的有温差控制温差控制和和双温双温差控制差控制。6.3 6.3 精馏塔产品质量指标选择精馏塔产品质量指标选择6.3.2 采用压力补偿的温度作为间接质量指标采用压力补偿的温度作为间接质量指标 1.温差控制温差控制 在塔压波动时，尽管各板在塔压波动时，尽管各板上温度会有一定的变化，上温度会有一定的变化，而两板间的温差变化却非而两板间的温差变化却非常小。常小。 可用温差作为被控变量来可用温差作

35、为被控变量来进行控制，以保持最终产进行控制，以保持最终产品的纯度符合要求。品的纯度符合要求。6.3 6.3 精馏塔产品质量指标选择精馏塔产品质量指标选择压力变化与各板温度的分布压力变化与各板温度的分布压力压力1.1MPa;1.13MPa;1.17MPa6.3.2 采用压力补偿的温度作为间接质量指标采用压力补偿的温度作为间接质量指标 1.温差控制温差控制 在选择温差信号时，检测点应按以下原则进行。例如当塔顶在选择温差信号时，检测点应按以下原则进行。例如当塔顶馏出液为主要产品时：馏出液为主要产品时： 应将一个检测点放在塔顶（或稍下一些），即成分和应将一个检测点放在塔顶（或稍下一些），即成分和温度变

36、化较小、比较恒定的位置；温度变化较小、比较恒定的位置； 另一个检测点放在灵敏板附近，即成分和温度变化较另一个检测点放在灵敏板附近，即成分和温度变化较大、比较灵敏的位置；大、比较灵敏的位置； 然后取两者的温度然后取两者的温度Td作为被控变量。作为被控变量。温差控制已成功地应用于苯温差控制已成功地应用于苯-甲苯甲苯-二甲苯、乙烯二甲苯、乙烯-乙烷、丙乙烷、丙烯烯-丙烷等精密精馏系统。丙烷等精密精馏系统。6.3 6.3 精馏塔产品质量指标选择精馏塔产品质量指标选择6.3.2 采用压力补偿的温度作为间接质量指标采用压力补偿的温度作为间接质量指标 1.温差控制温差控制关键在于选点正确、温差设定关键在于选

37、点正确、温差设定值合理（不能过大）以及操作值合理（不能过大）以及操作工况稳定。工况稳定。温差控制方案缺陷：温差控制方案缺陷：（1）如果温差选得太大、或操如果温差选得太大、或操作不平稳，都会引起温差控制作不平稳，都会引起温差控制失常的现象。失常的现象。6.3 6.3 精馏塔产品质量指标选择精馏塔产品质量指标选择6.3.2 采用压力补偿的温度作为间接质量指标采用压力补偿的温度作为间接质量指标 产品纯度与温差之间的关系曲线产品纯度与温差之间的关系曲线1.温差控制温差控制温差控制方案缺陷：温差控制方案缺陷：（2）进料流量变化时，将引起进料流量变化时，将引起塔内成分变化和塔内压降发生塔内成分变化和塔内压

38、降发生变化。这两者均会引起温差变变化。这两者均会引起温差变化，前者使温差减小，后者使化，前者使温差减小，后者使温差增加。这时温差和成分就温差增加。这时温差和成分就不再呈现单值对应关系，难于不再呈现单值对应关系，难于采用温差控制。采用温差控制。6.3 6.3 精馏塔产品质量指标选择精馏塔产品质量指标选择6.3.2 采用压力补偿的温度作为间接质量指标采用压力补偿的温度作为间接质量指标 负荷对温差的影响负荷对温差的影响2.温差差值（双温差）控制温差差值（双温差）控制分别在精馏段和提馏段选取温分别在精馏段和提馏段选取温差作为控制目标。差作为控制目标。若由于进料流量波动引起塔压若由于进料流量波动引起塔压

39、变化对温差的影响，在塔的上、变化对温差的影响，在塔的上、下段温差同时出现，因而上段下段温差同时出现，因而上段温差减去下段温差的差值就消温差减去下段温差的差值就消除了压降变化的影响。除了压降变化的影响。在进料流量波动影响下，双温在进料流量波动影响下，双温差控制仍能得到较好的控制效差控制仍能得到较好的控制效果。果。6.3 6.3 精馏塔产品质量指标选择精馏塔产品质量指标选择温差差值的控制方案温差差值的控制方案主要内容6.1 概述概述6.2 精馏塔的特性精馏塔的特性6.3 精馏塔产品质量指标的选择精馏塔产品质量指标的选择6.4 精馏塔的基本控制精馏塔的基本控制6.5 精馏塔的节能控制精馏塔的节能控制

40、当选用塔顶部产品馏出物流量当选用塔顶部产品馏出物流量D或塔底采出液量或塔底采出液量B来作为操纵变量来作为操纵变量控制产品质量时控制产品质量时，称为称为物料平衡物料平衡控制控制；而当选用塔顶部回流或再沸器加而当选用塔顶部回流或再沸器加热量来作为操纵变量时热量来作为操纵变量时，则称为则称为能量平衡控制能量平衡控制。6.4 6.4 精馏塔的基本控制精馏塔的基本控制VRRLFFzF,qDXD,BXB,SVLs精馏塔是一个多变量被控过程，在许多被控变量和操纵变精馏塔是一个多变量被控过程，在许多被控变量和操纵变量中，如何选定变量配对量中，如何选定变量配对? 当仅需要控制塔的一端产品时当仅需要控制塔的一端产

41、品时，应当选应当选用物料平衡方式来控制该产品的质量。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塔两端产品流量较小者，应作为操纵变应作为操纵变量去控制塔的产品质量。量去控制塔的产品质量。 当塔的两端产品均需按质量控制时当塔的两端产品均需按质量控制时，一一般对含纯产品较少般对含纯产品较少，杂质较多的一端的杂质较多的一端的质量控制选用物料平衡控制质量控制选用物料平衡控制，而含纯产而含纯产品较多品较多，杂质较少的一端的质量控制选杂质较少的一端的质量控制选用能量平衡控制。用能量平衡控制。6.4 6.4 精馏塔的基本控制精馏塔的基本控制Shinskey做了大量研究，提出了做了大量研究，提出了

42、精馏塔控制中变量配对的三精馏塔控制中变量配对的三条准则条准则:不同的变量匹配构成了精馏塔的不同控制方案不同的变量匹配构成了精馏塔的不同控制方案:按按精馏段精馏段质量指标的质量指标的间接间接物料平衡控制物料平衡控制;按按精馏段精馏段质量指标的质量指标的直接直接物料平衡控制物料平衡控制;按按提馏段提馏段质量指标的质量指标的间接间接物料平衡控制物料平衡控制;按按提馏段提馏段质量指标的质量指标的直接直接物料平衡控制。物料平衡控制。在在LR、D、VS和和B四者中选择一四者中选择一种作为控制产品质量的手段，选种作为控制产品质量的手段，选择另一种保持流量恒定，其余两择另一种保持流量恒定，其余两种则按回流罐和

43、再沸器的物料平种则按回流罐和再沸器的物料平衡，由液位控制器加以控制。衡，由液位控制器加以控制。6.4 6.4 精馏塔的基本控制精馏塔的基本控制VRRLFFzF,qDXD,BXB,SVLs在下列情况在下列情况，按精馏段指标进行控制：，按精馏段指标进行控制：当对馏出液的纯度较之对塔底产品为高当对馏出液的纯度较之对塔底产品为高全部为气相进料全部为气相进料塔底、提馏段塔板上的温度不能很好反映产品成分变化。塔底、提馏段塔板上的温度不能很好反映产品成分变化。取取精馏段某点成分或温度为被控变量精馏段某点成分或温度为被控变量，而以而以 LR、D或或VS作为作为操纵变量操纵变量，可以组成单回路控制方案或串级控制

44、方案。可以组成单回路控制方案或串级控制方案。6.4 6.4 精馏塔的基本控制精馏塔的基本控制6.4.1 按精馏段指标的控制按精馏段指标的控制6.4.1 按精馏段指标的控制按精馏段指标的控制1.1.间接物料平衡控制间接物料平衡控制间接物料平衡控制方案间接物料平衡控制方案按精馏段指标来按精馏段指标来控制回流量控制回流量，由于回流量由于回流量LR变化后再影响变化后再影响到馏出液到馏出液D，所以是间接物，所以是间接物料平衡控制。料平衡控制。优点：优点：控制作用滞后小，控制作用滞后小，反应迅速。反应迅速。对克服进入精馏段的扰动和保对克服进入精馏段的扰动和保证塔顶产品是有利的证塔顶产品是有利的, ,这是精

45、这是精馏塔控制中最常用的方案。馏塔控制中最常用的方案。6.4 6.4 精馏塔的基本控制精馏塔的基本控制 在该方案中，在该方案中，LR受温度控受温度控制器调节，但在环境温度制器调节，但在环境温度改变时，即使改变时，即使LR未变动，未变动，内回流也会变化，且内回流也会变化，且物料物料与能量之间关联较大与能量之间关联较大，这，这对于精馏塔平稳操作是不对于精馏塔平稳操作是不利的。所以在控制器参数利的。所以在控制器参数整定上应加以注意。整定上应加以注意。 该方案主要应用场合该方案主要应用场合是是L/D0.8及某些需要减少滞及某些需要减少滞后的塔。后的塔。 6.4 6.4 精馏塔的基本控制精馏塔的基本控制

46、间接物料平衡控制方案间接物料平衡控制方案2.直接物料平衡控制直接物料平衡控制直接物料平衡控制方案直接物料平衡控制方案按精馏段的指标来按精馏段的指标来控制馏出液控制馏出液D，并保持，并保持VS不变。不变。6.4 6.4 精馏塔的基本控制精馏塔的基本控制优点优点：（1 1）物料与能量平衡之）物料与能量平衡之间关联小；间关联小；（2 2）内回流在周围环境）内回流在周围环境变化时，保持不变；变化时，保持不变；（3 3）产品不合格时，温）产品不合格时，温度控制器自动动作。度控制器自动动作。缺点：缺点：控制回路滞后较控制回路滞后较大，反应慢。大，反应慢。应用场合：应用场合：馏出液馏出液D很小（或回流比很小

47、（或回流比较大）且回流罐容积适当的精馏塔。较大）且回流罐容积适当的精馏塔。6.4.2 按提馏段指标的控制按提馏段指标的控制6.4 6.4 精馏塔的基本控制精馏塔的基本控制在下列情况在下列情况，按提馏段指标进行控制：，按提馏段指标进行控制：当对塔底的纯度较之对馏出液为高当对塔底的纯度较之对馏出液为高全部为液相进料全部为液相进料塔顶、精馏段塔板上的温度不能很好反映成分变化；塔顶、精馏段塔板上的温度不能很好反映成分变化；实际操作回流比较最小回流比大很多。实际操作回流比较最小回流比大很多。取取提提馏段某点成分或温度为被控变量馏段某点成分或温度为被控变量，而以而以 LR、B或或VS作为操作为操纵变量纵变

48、量，可以组成单回路控制方案或串级控制方案。可以组成单回路控制方案或串级控制方案。6.4.2 按提馏段指标的控制按提馏段指标的控制1.1.间接物料平衡控制间接物料平衡控制按提馏段的塔板温度来按提馏段的塔板温度来控制加热蒸气量控制加热蒸气量，从而，从而控制了提馏段质量指标。控制了提馏段质量指标。6.4 6.4 精馏塔的基本控制精馏塔的基本控制间接物料平衡控制方案（间接物料平衡控制方案（a a）优点：优点：滞后小，反应迅速。应用广泛，仅在滞后小，反应迅速。应用广泛，仅在V/F2不采用不采用缺点：缺点：物料与能量平衡关系之间有一定的关联。物料与能量平衡关系之间有一定的关联。对回流采用对回流采用定值控制

49、。定值控制。间接物料平衡控制方案（间接物料平衡控制方案（b b）方案（方案（b）是对）是对回流比采用定回流比采用定值控制值控制，适应负荷变化能力较，适应负荷变化能力较强。强。如如 F : LR、D F : LR、D 6.4 6.4 精馏塔的基本控制精馏塔的基本控制TCFCLCLCFYk2.直接物料平衡控制方案直接物料平衡控制方案直接物料平衡控制方案直接物料平衡控制方案按提馏段温度按提馏段温度控制塔底产品采出控制塔底产品采出B，并保持回流量恒定。并保持回流量恒定。优点：优点：物料与能量平衡关系物料与能量平衡关系之间关联小；当塔底采出量之间关联小；当塔底采出量B不符合质量要求时，会自不符合质量要求

50、时，会自行暂停出料。行暂停出料。缺点：缺点：滞后大，液位回路存滞后大，液位回路存在反向特性。在反向特性。适用于适用于B很少且很少且B20%V的塔。的塔。6.4 6.4 精馏塔的基本控制精馏塔的基本控制6.4.3 精馏塔的压力控制精馏塔的压力控制精馏塔的操作大多是在塔内压力维持恒定的基础上进精馏塔的操作大多是在塔内压力维持恒定的基础上进行的；行的；进料流量、进料成分和温度的变化，塔釜加热蒸汽量进料流量、进料成分和温度的变化，塔釜加热蒸汽量的变化，回流量、回流液温度及冷剂压力的波动等等的变化，回流量、回流液温度及冷剂压力的波动等等都可能引起塔压波动；都可能引起塔压波动；塔压波动必将引起每块塔板上的

51、汽液平衡条件的改塔压波动必将引起每块塔板上的汽液平衡条件的改变，结果使整个塔正常操作被破坏，最终将影响产品变，结果使整个塔正常操作被破坏，最终将影响产品的质量；的质量；在精馏操作中，必须设置压力控制系统，以保证精馏在精馏操作中，必须设置压力控制系统，以保证精馏塔在某一恒定压力下工作。特别是在精密精馏中塔在某一恒定压力下工作。特别是在精密精馏中, 操作操作压力的精确控制显得更加重要。压力的精确控制显得更加重要。6.4 6.4 精馏塔的基本控制精馏塔的基本控制1.加压精馏塔的压力控制加压精馏塔的压力控制（1）液相采出，且馏）液相采出，且馏出物中含有大量不凝物出物中含有大量不凝物塔顶压力控制方案（塔

52、顶压力控制方案（a）该方案反应较快，适用该方案反应较快，适用于塔顶气体流经冷凝器于塔顶气体流经冷凝器的阻力变化不大的场合的阻力变化不大的场合,回流罐压力可以间接代回流罐压力可以间接代表塔顶压力，保证塔顶表塔顶压力，保证塔顶压力恒定。压力恒定。6.4 6.4 精馏塔的基本控制精馏塔的基本控制6.4.3 精馏塔的压力控制精馏塔的压力控制1.加压精馏塔的压力控制加压精馏塔的压力控制（1）液相采出，且馏）液相采出，且馏出物中含有大量不凝物出物中含有大量不凝物塔顶压力控制方案（塔顶压力控制方案（b）6.4 6.4 精馏塔的基本控制精馏塔的基本控制6.4.3 精馏塔的压力控制精馏塔的压力控制若由于进料流量

53、、成分、若由于进料流量、成分、加热蒸汽等扰动引起冷凝加热蒸汽等扰动引起冷凝器阻力变化时，回流罐压器阻力变化时，回流罐压力不能代表塔顶压力，此力不能代表塔顶压力，此时应采用（时应采用（b）方案。）方案。液相采出，馏出物含少量不凝物液相采出，馏出物含少量不凝物（2）液相采出，馏出物含少量不凝物）液相采出，馏出物含少量不凝物采用分程控制思想，为采用分程控制思想，为保持塔顶压力采用改变保持塔顶压力采用改变传热量的手段来控制，传热量的手段来控制，即控制阀即控制阀V1作用。作用。若若V1全开而塔压还偏高全开而塔压还偏高时，此时打开放开阀时，此时打开放开阀V2，以保持塔压恒定。以保持塔压恒定。6.4 6.4

54、 精馏塔的基本控制精馏塔的基本控制6.4.3 精馏塔的压力控制精馏塔的压力控制（3）液相采出，且馏出物中含有微量不凝物）液相采出，且馏出物中含有微量不凝物（a）(b)用压力改变冷凝水的流用压力改变冷凝水的流量，节约冷却水量。量，节约冷却水量。压力改变传热面积，较迟钝。压力改变传热面积，较迟钝。6.4 6.4 精馏塔的基本控制精馏塔的基本控制6.4.3 精馏塔的压力控制精馏塔的压力控制 (c)压力偏高，关小阀门，冷压力偏高，关小阀门，冷凝器两端压差增加，进入凝器两端压差增加，进入冷凝器气相物料增加。反冷凝器气相物料增加。反之亦然。之亦然。塔顶压力控制方案（液相采出，馏出物含微量不凝物）塔顶压力控

55、制方案（液相采出，馏出物含微量不凝物）6.4 6.4 精馏塔的基本控制精馏塔的基本控制（3）液相采出，且馏出物中含有微量不凝物）液相采出，且馏出物中含有微量不凝物6.4.3 精馏塔的压力控制精馏塔的压力控制（4）气相采出）气相采出（a）(b)（a）方案，按压力控制气相采出，由回流罐液位控制冷却）方案，按压力控制气相采出，由回流罐液位控制冷却水量，以保证足够的冷凝液作回流。水量，以保证足够的冷凝液作回流。若气相出料为下一工序进料，则可采用（若气相出料为下一工序进料，则可采用（b）流量）流量-压力均压力均匀控制系统。匀控制系统。气相出料压力控制方案气相出料压力控制方案6.4 6.4 精馏塔的基本控

56、制精馏塔的基本控制 2.减压精馏塔的压力控制减压精馏塔的压力控制 采用蒸汽喷射泵抽真空的塔采用蒸汽喷射泵抽真空的塔顶压力控制系统，在蒸汽管顶压力控制系统，在蒸汽管线上设有压力控制系统，以线上设有压力控制系统，以维持喷射泵的最佳蒸汽压力；维持喷射泵的最佳蒸汽压力；塔顶压力用补充的空气量来塔顶压力用补充的空气量来控制，这种方案可以有效地控制，这种方案可以有效地控制任何波动和扰动对塔顶控制任何波动和扰动对塔顶压力的影响。压力的影响。6.4 6.4 精馏塔的基本控制精馏塔的基本控制6.4.3 精馏塔的压力控制精馏塔的压力控制精馏塔的真空度控制系统精馏塔的真空度控制系统（用蒸汽喷射泵）（用蒸汽喷射泵）

57、3.常压塔常压塔 可在回流罐或冷凝器上设置一个通大气的管道来平衡压力，可在回流罐或冷凝器上设置一个通大气的管道来平衡压力，以保持塔内压力接近大气压。以保持塔内压力接近大气压。 2.减压精馏塔的压力控制减压精馏塔的压力控制 采用电动真空泵的压力控制采用电动真空泵的压力控制放空。放空。6.4 6.4 精馏塔的基本控制精馏塔的基本控制6.4.3 精馏塔的压力控制精馏塔的压力控制精馏塔的真空度控制系统精馏塔的真空度控制系统（用电动真空泵）（用电动真空泵） 串级控制串级控制采用的副被控变量主要有回流采用的副被控变量主要有回流量、塔顶采出量、再沸器加热量、塔顶采出量、再沸器加热量等。量等。主要目的是为了迅

58、速克服进入主要目的是为了迅速克服进入副回路的扰动，保证主被控变副回路的扰动，保证主被控变量（产品质量）的控制品质。量（产品质量）的控制品质。其次是克服由于调节阀特性变其次是克服由于调节阀特性变化和管路系统内扰动的影响，化和管路系统内扰动的影响，使操纵变量的流量与控制器输使操纵变量的流量与控制器输出保持均匀和精确的对应关系出保持均匀和精确的对应关系。6.4 6.4 精馏塔的基本控制精馏塔的基本控制6.4.4 精馏塔的复杂控制精馏塔的复杂控制精馏塔塔顶温度与回流量串级控制精馏塔塔顶温度与回流量串级控制 前馈控制前馈控制例：例：强迫内部平衡的强迫内部平衡的前馈前馈-反馈反馈控制控制。在精馏段直接物料

59、平衡控制方在精馏段直接物料平衡控制方案中，希望随着案中，希望随着D的调整，的调整，LR也立即跟着变化也立即跟着变化。然而，回流然而，回流罐有较大容量，要通过液位的罐有较大容量，要通过液位的变化再来调整变化再来调整LR，需要时间较，需要时间较长。为了改善这种情况，长。为了改善这种情况，在液在液位控制回路内，把位控制回路内，把D作为主要扰作为主要扰动，设计前馈动，设计前馈-反馈控制系统。反馈控制系统。6.4 6.4 精馏塔的基本控制精馏塔的基本控制6.4.4 精馏塔的复杂控制精馏塔的复杂控制强迫内部平衡作用的前馈强迫内部平衡作用的前馈- -反馈控制反馈控制主要内容6.1 概述概述6.2 精馏塔的特

60、性精馏塔的特性6.3 精馏塔产品质量指标的选择精馏塔产品质量指标的选择6.4 精馏塔的基本控制精馏塔的基本控制6.5 精馏塔的节能控制精馏塔的节能控制6.5 6.5 精馏塔的节能控制精馏塔的节能控制6.5.1 浮动塔压控制浮动塔压控制1.浮动塔压的目的浮动塔压的目的在可能的条件下，尽量降低塔压，可以增加组分间的挥发在可能的条件下，尽量降低塔压，可以增加组分间的挥发度，使再沸器加热量下降。度，使再沸器加热量下降。2.塔压浮动的条件塔压浮动的条件选择尽量不受塔压影响的控制指标，直接取质量指标最选择尽量不受塔压影响的控制指标，直接取质量指标最好，取温度，要考虑压力补偿措施。好，取温度，要考虑压力补偿