精馏塔的控制

1、 105精馏塔的把握12.1 概述中的各组分分别，分别到达规定的纯度。分别的机理是利用混合物中各组分的挥发度不沸点不同低沸点 和汽相中的重组分高沸点相互转移，从而实现分别。精馏装置由精馏塔、再沸器、冷凝冷却器、回流罐及回流泵等组成。冷剂冷凝器LLD精气液分别器馏进料塔回流泵F,zFVL热剂LB再沸器馏出液D,xD釜液B,xB精馏塔的特点精馏塔是一个多输入多输出的多变量过程，内在机理较简单，动态响应缓慢、 元操作中能耗最大的设备。一、精馏塔的根本关系物料平衡关系总物料平衡： F=D+B(12-1)轻组分平衡：F zf=D xD+B xB(12-2)联立12-12-可得：x F (zDDx )xB

2、B(12-3)D zD xfFxxDB能量平衡关系在建立能量平衡关系时，首先要了解分别度的概念。所谓分别度s 可用下式表示：x(1x )s DB(12-5)x (1x)BD可见，随着s的增大，xD也增大，xB 而减小，说明塔系统的分别效果增大。影响分别度s的因素很多，如平均相对挥发度、理论塔板数、塔板效率、进料组分、进料板位置，以及塔内上升蒸汽量V和进料F的比值等对于一个既定的塔来说：s fV(12-6)(F(式12-6的函数关系也可用一近似式表示：V ln sF(12-7)或可表示为：V lnx (1x )DB(12-8)Fx (1x )BD式中为塔的特性因子由上式可以看到，随着V/F的增加

3、，s值提高，也就是xD增加， xBV 量对产品成分的影响，故称为能量平衡关系式。由上分析可见， V/F的增加，塔的分别效果提高，能耗也将增加。D/FV/F肯定，这个塔的分别结果，即xDxB将被完全确定。也就是说，由一个塔的物料平衡关系与能量平衡关系两个方程式，可以确定塔顶与塔底组分待定因素。 塔的把握要求精馏塔的把握目标是，在保证产品质量合格的前提下，使塔的总收益利润 最大或总本钱最小。具体对一个精馏塔来说，需从四个方面考虑，设置必要的把握系统。产品质量把握；物料平衡把握；能量平衡把握；约束条件把握液泛限、漏液限、压力限、临界温差限等。防止液泛和漏液，可以塔压降或压差来监视气相速度。三、精馏塔

4、的主要干扰因素精馏塔的主要干扰因素为进料状态，即进料流量F、进料组分zf、进料温度Tf或热焓FE。此外，冷剂与热剂的压力和温度及环境温度等因素，也会影响精馏塔的平衡操作。 所以，在精馏塔的整体方案确定时，假设工艺允许，能把精馏塔进料量、进料温度或热焓加以定值把握，对精馏塔的操作平稳是极为有利的。精馏塔被控变量的选择通常，精馏塔的质量指标选取有两类：直接的产品成分信号和间接的温度信号。一、承受产品成分作为直接质量指标成分分析仪表的制约因素：分析仪表的牢靠性差；分析测量过程滞后大，反响缓慢；成分分析针对不同的产品组分，品种上较难一一满足。二、承受温度作为间接质量指标温度作为间接质量指标，是精馏塔质

5、量把握中应用最早也是目前最常见的一种。对于一个二元组分精馏塔来说 因此，只要塔压恒定，塔板的温度就反响了成分。对于多元精馏过程来说状况较简单然而在炼油和石化生产中很多产品都是由一系 列的碳氢化合物的同系物所组成此时在肯定的压力下温度与成分之间也有近似的对应 关系，即压力肯定时，保持肯定的温度，成分的误差可无视不计。在其余状况下，温度参数也有可能在肯定程度上反映成分的变化1温度点的位置假设期望保持塔顶产品质量符合要求时即顶部馏出液为主要产品应把间接反映质量的温度检测点放在塔顶构成所谓 的精馏段温控系统；统。具有粗馏作用的切割塔，此时温度检测点的位置应视要求产品的纯度的严格程度而定。 顾塔顶和塔底

6、组分变化。TCLCLDFCFVFCQLCB精馏段温度把握FCLCLDFCFVTCQLCB提馏段温度把握LCLCLDFCFTCFCVLCQB提馏段温度把握2灵敏板问题或塔底或塔底 是极为少数的。而是把温度检测点放在进料板与塔顶底之间的灵敏板上。板的温度也将发生变化，当到达的稳态时，温度变化最大的那块塔板即为灵敏板。要求，为此需对压力的波动加以补偿。直接压力补偿压力的变化p 引起沸点变化为T，在小范围内，此关系近似为线性关系：pT K(12-12)pT Kp K(p p校正0)(12-11)校正后的温度值应为z T T校正T K(p p )0(12-13)T KpKp )0KpoKpopPTKpT

7、zTTT这种直接压力补偿只适用于压力p 在小范围内波动温差把握。塔顶产品纯度不变Mpa塔顶产品纯度不变Mpa 塔1.1262.81.1552.8板1.1902.8526070压力变化与各板温度分布7580不能过大 温差与产品纯度并非是单值对应关系曲线有最高点M1，在M1 点的两侧，温差与浓度之间的M1x关系是反向的，所以温差选得过大或操作不平稳，均能引起温差失控的现象。温度检测点的位置，对于塔顶馏出液为主要产品时，一个测温点应放在塔顶或稍下一些M1xT双温差把握为了抑制温差把握中的缺乏，提出了双温差把握，即分别在精馏段和提馏 108T1dT精馏T1dT精馏塔TddTT2dTM2M1x 的压降变

8、化。前者假设使温差削减，则后者当压降增大时，温差反而增加，所以是有冲突的， 制效果。精馏塔的整体把握方案精馏塔是一个多输入多输出的多变量、分布参数、非线性的被控过程，可供选择的被 欣斯基(Shinskey)做了大量的争辩，提出了精馏塔把握中变量配对的三条准则：(1)当仅需要把握塔的一端产品时，应中选用物料平衡方式来把握该产品的质量(2)塔两端产品流量较小者，应作为操纵变量去把握塔的质量。(3)当塔的两端产品均需按质量把握时，一般少的一端的质量把握选用能量平衡把握。中选用塔顶部产品馏出物流量D 或塔底采出液量B 来作为操纵变量把握产品质量时为物料平衡把握；而中选用塔顶部回流 L 或再沸器加热量

9、QV来作为操纵变量把握产品质量时，称为能量平衡把握。衡把握FCLCLDFCFVFCQLC109B图12-10固定回流量L和加热蒸汽量QVLCLLCLFCFCDVFCQLCB图12-10固定馏出液流量D和加热蒸汽量QV把握方案的主要特点是无质量反响把握，它们属于产品质量开环把握，只要保持D/F或 B/F和V/F或回流比肯定，完全按物料及能量平衡关系进展把握。它适用于产品质量要求不高以及扰动不多的场合。该方案构造简洁，但适应性不高，目前应用不多。馏段把握。能量平衡把握的操纵变量为L或D或B质量指标外，尚有回流罐液位LD、塔釜液位 LB。四个操纵变量与三个被控变量进展配对，将富有出一个操纵变量，这个

10、操纵变量往往承受本身流量恒定。它们经配对后，较为常用的根本方案有四种。LCLDFCTCFVFCQLC110B 11312-11精馏段温度把握固定加热蒸汽量TCLCTCLCLDFCVFCQLCB12-12精馏段温度把握固定加热蒸汽量FCLCLDFCFTCVQLCB12-13提馏段温度把握固定回流量三、串级、均匀、比值、前馈等把握系统在精馏塔中的应用三、串级、均匀、比值、前馈等把握系统在精馏塔中的应用1.串级把握系统TCLCFCTCFCLC精馏段温度串级把握FCLCFCLCLDFCVTCQBLC12-14 提馏段温度把握固定回流量提馏段温度串级把握均匀把握系统比值把握系统前馈把握系统PCPCFYP

11、CPCFYFCLC精馏塔中的前馈把握自动开停车。此外还有其它一些的简单把握系统，诸如内回流把握、热焓把握等。五、精馏塔塔压的把握常压塔加压塔PC精馏段气相出料压力把握PC精馏段气相出料压力把握液相出料PCa) 液相出料 馏出物中含有微量不凝物PCc)液相出料馏出物中含有微量不凝物PC抽真空(3)PC抽真空PC精馏塔真空度把握PC精馏塔真空度把握精馏塔的型把握方案随着把握技术的不断进展，型把握方案、把握算法不断消灭，自动化把握技术工具提出的各种要求。一、内回流、热焓把握二、解耦把握TC1bb)液相出料 馏出物中含有大量不凝物PCPCPCTC2114 115GC1(S)P1(S)GC1(S)P1(

12、S)G11(S)GP (S)G12(S)G21(S)C2(S)2G(S)22R2(S)Y2(S)R1(S)G(S)P1(S)G11(S)Y1(S)F21(S)G21(S)F12(S)G12(S)Y2(S)R2(S)GC2(S)P2(S)G22(S)三、推断把握四、精馏塔的节能把握精馏塔的节能把握，首要的是把过于保守的过分别操作，转变为严格把握产品质量的 能耗。1 浮动塔压把握方案塔压浮动的目的所谓塔压浮动，即在可能的条件下，把塔压尽量降低，有利于能量节约。具体地说，塔压下降，从两个方面分析可以降低能耗。 a降低操作压力，将增加组分间的相对挥发度，这样组分分别简洁，使再沸器的加热量下 降，节约能量。 b