精馏塔塔顶组分质量控制系统的设计

精馏塔塔顶组分质量控制系统设计一、概述目录二、控制任务分析及方案确定三、仪表选型四、软件编程及控制系统投运9<概述任务回顾本课題以一个简单二元精馏塔为被控对象，被控变量为塔顶组分含量，考為到塔顶组分含量不易测得，所以采用间接指标控制的方式，且确定以灵敏塔板的温度为间接的被控变量.要求学生完成该精饱塔塔顶产品质量简单控制系统的设计，确定控制方案（包括被控变量、操纵变量、控制器控制规律的选择），选择合适的测量仪表，根据所确定的控制器控制规律编写相应的控制程序，并画出流程图.TnASH二、控制任务分析及方案确定根据欣斯基提出的精馏塔控制中变量配对的准则：当仅需要控制塔的一端产品时，应选用物料平衡方式控制该端产品的质量。当为了生产塔顶合格产品，而没有侧线产品时，常用的控制方案是：利用回流量来控制顶部塔板的温度，改变通往再沸器加热蒸汽量来控制底部塔板的温度。精馏塔为了保证塔顶产品符合质量要求，要求精馏段温度恒定，控制精度较高。TnASH控制方案可选择：单回路控制，控制器选用PLC控制二、控制任务分析及方案确定2.1控制方案的选择以精饱段灵敏板温度温度T为被控变量，塔顶冷回流量R为操纵变量组成温度控制系统。由于回流变化后再影响饱出量，因此是间接物料平衡控制.主要扰动为进料量与泵出口压力阁2-1.精饱塔顶温度控制流程图二、控制任务分析及方案确定2.1控制方案的选择该控制方案的优点是控制作用及时，温度稍有变化就可通过回流量进行控制，动态响应怏，对克服扰动影响有利。主要适用于回流比小于0.8及动态响应快速的精馏橾作，是精馏塔常用的控制方案，本项目中，乙醇和水的分离要求不高，较易实现，回流量较小，故采用简单控制系统中的单回路控制系统校为适合p在塔顶温度控制系统中，灵敏塔板温度作为被控变量，选用回流量R为操纵交量.此外，需要控制回流量，以回流量为被控变量，回流罐液位为橾纵变量构成单回路控制系统。TnASH控制任务分析及方案确定——、•2.2.控制规律的选择阶跃作用下的喃应优缺点使用场合位式疗构問中，价M不《，被控变付象容靳大，M变化小.行制质玷费求不高，允袖振報.比例(P)1叫.»售结构简节，拧制及时，皮力使控制有余差对象容破小,负報变化不人，纯滞*3小,允许科余左存常用于堪釜液位，储罐液位,冷報液位和次要的洩汽出力等控制系统比姗分(PI)1Ifc-，•■能消除余方，祝5}＜1川控制ft.会使系绞稳定性对象滞后较大，负荷变化校大.(H殳化绥传.■也求抟制縮果秘差,广泛用乎鐮位，Hi力，流录和®«没有大的衬叫滞的几休对象。比例质分(PD)卜，►fr响应快.偏港小，能増加疾统&定作⑴，可以克服对象的惯性，(H控制结果有余茇，对象滞G小，负疝殳化小大，ft控变缳变化不狨繁，控制结果允许有余茇存在，比例枳分，微分•(PID)K.«■k控侧质霣枝，无上＞，＜nvi'J?1较畔灿4象滞G性人.负疴变化校人.W坫变化较小袖繁.对控制成景要求较岛，常Jfl于褚馏塔、反叫加热炉匁溢度制系统的及成分控制系統二、控制任务分析及方案确定•2.2.控制规律的选择综上所述，从控制规律优缺点和适用场合的方面来考虑，被控变量为塔顶组分含量，考虑到塔顶组分含量不易测得，采用间接指标控制的方式，且确定以灵敏塔板的温度为间接的被控变量.因此,选择PID控制规律来控制.TnASH控制任务分析及方案确定•2+2.控制系统方框阁冋流罐流S控制系统7/框阍L调节脚采用气关阀“一”，C由没计要求中给定.Z妓控对柒符4为“一".3)V变送器符'vj为“+°，L‘h:(调选择反作nhnc为'一为了肜成个负反馈，所以凋w器选择反作用，控制任务分析及方案确定•2+2.控制系统方框阁阁2-3.搭顶温度控制系统方柩阁i+调节M采用气关_“一"，已由设计要求中给定，2.妓控对柒符兮为“_rt.3温度变送器符*j为“+a1PLC选抒及作HL符'＜｝为“一"。为了形成个负反馈，所以调竹器选衧反作用.三、仪表选型•3.1.1控制器的选择图3-1.三菱FX系列FX2N.48MR温度系统培加FXon_3A功能校块。FXon-3A^殊功能校块有网个输入通迠和个输出通道。FXon-3A<4以连接到FX2N系列的吋编程控制器上，所以数裾传输和参数设況都足通过戍用到PLC屮的TO/FROM衍令，通过FXon-3A的软件栉制调P的PLC和FXon-3A之间的通信由光点耦合器保护。FXon-3A在PLC扩脫W线上占用8个I/O点。8个I/O点可以分配给输入和输出。三、仪表选型3.L2.系统的安装与接线无远程功能的PLC用在单机或控制范围不大的系统j有远程功能的PLC则用于大范围的控制系统。远程系统"本地站一般设在集中控制室，远程站一般设在低压配电室或仅表室，这样可使PLC的外部接线最短。PLC忌安装在高温、结凝、特别是有振动冲击的场所.三、仪表选型3+2.1.液位检测仪表的选择常见液位检测仪表：差压式液位计，超声波式液位计,尔式液位计和核辐射式液位计.根据控制介质的工艺条件，选用差压式液位计电气式液位计，南差压式液位传感器是基于流体辞力学原理，通过液柱錚压的方法对液位进行测量，液位一压力转换的方式主要有压力式和差压式图3-2.及压式液位汁正负迁移特性三、仪表选型•3.2.1.液位检测仪表的选择图3-3.日本橫河EJA120A差压变送器差K变送器技术特点：精度岛，稳定性好；二线制；小型化，重hi轻，坚固抗振：岑点外部连续可调;无机械运动部件，工作可靠，维护简便;单向过载保护特性好;全系列统-结构，零部件互换性强:防爆结构，伞天候使用。三、仪表选型•3.2.2.温度变送元件的选择铠装铂山阻作为一•种温度传感器，它比装配式铂电阻直径小，易弯曲，适丫I:安装卉:管迠狭窄和毋求快速反吨、微咽化％特殊场合。其可对-200〜600°C温度范1制内的气体、液体介质和固体表面进行自动检测，并且可直接用铜导和二次仪表相连接使用。分度号为Pt100铠装柏电阻特点：热响应吋间少，减小动态误差：直径小，长度不受限制:测量精度高:进B薄膜电阻元件，性能可靠稳定。TnAfiH图3-4.WZPK-473U铠装铂屯阻三、仪表选型热电阻的安装方法阁3-5.热电阻安装示怠图三、仪表选型3.2.3.涡街流h七汁型号:SKLU系列蒸汽涡街流量计价格：100元/台SKLU系列蒸汽涡街流量计主要用F工业管道中蒸汽介质流体的流W测t燕汽涡街流®计特点是压力损失小，W柞范W大,精度^介:测＜L:况体积流S时几乎不受流体密度、拓力、温度、粘度等参数的影响。阁3-6.SKLU系列蒸汽涡街流计三、仪表选型技术参数♦测错介质：气体、液体、蒸气♦法¥连接式I俗选择100,150,200♦流量测量范围正常测量流速范围笛诸数1.5X104〜4X106:气体5〜

50m/s;液体0.5〜7m/slR常测敁流坫范ffl♦被测介质温度:带温-25°C〜100°C♦脉冲电流远传信号4〜20mA,♦仪犮使用环境温度:-25°C〜+551湿J^:5-90%RH50aC♦屯源DC24V或锂电池3.6V♦防爆3级本安型iallbT3-T6防护等级IP65參三、仪表选型3.2.4■调竹阀的选型用3-7ZJHP(M)喈气动单座具有体积小，重量轻，流量大等特点适用于流項人，泄漏W耍求严格的场合。市场价格：1500元阀内组件：阀芯形式：上导向单座朴寒人阀芯，或上W向单座套筒柱塞式阀芯流量特性:等百分比特性，直线特性和快开特性(套简)调节阀TnASH第四章.软件编程及投运4.1.PLC实现PID控制的力‘法根据设计要求：测得灵敏塔板温度在78.15T时，获得塔顶产乙醇的含量为94%,水含量6%。故:定温度为78.15X2，并添加指示以便观察其处在的工作状态。此项目中PLC为主控制器，采用PID控制规律、PLC温度控制系统采用Pt100热电阻用来监测受热体的温度，并将采集到的温度信号送到温度变送器，再由温度变送器输出单极性模拟电压信号到PLO莫拟量模块经内部运算处理后，输出模拟量电流信号到调压模块，调压模块根据输入电流的大小＞改变输出电压的大小，并送至加热器，调节给受热体的加热电功率。加热器以不同加热量给受热体加热，欲使受热体维持一定的温度，则需要一风扇不断给其降温，以达热平衡，这样才能保证受热体温度品#恒定，第四章.软件编程及控制系统投运4.2.格体程序I>K23C謂］第四章.软件编程及控制系统投运TitAiillC\•4.3.控制系统投运•简单过程控制系统投运步骤如下：■1、检查系统投运：温度、压力等检测系统的投运比较IF单，可逐个开启仪表和检验变送器，检查仪表显示值的正确性。•2、控制系统投运•自动控制系统安装无误或经过停车检查，再开车投产时要求稳定地进入运行状态。控制系统投运只要包括检测系统