(44)-8.2 精馏塔的控制-精馏塔的特性

《过程控制工程》

“ProcessControlEngineering”

第八章

精馏塔的控制—精馏塔的基本工作原理本节目录CONTENS1

过程动态数学模型定义及建模的目的要求2典型工业过程动态特性分类3典型工业过程动态特性—自衡非振荡过程4典型工业过程动态特性—无自衡非振荡过程5过程动态数学模型—自衡振荡过程6过程动态数学模型—反向特性过程1.物料平衡和内部物料平衡以塔顶和塔底产品均为液相的二元精馏塔为例假设条件塔顶和塔底产品均为液相，二元物系的精馏恒分子流（二组分的分子汽化潜热相等。当一个不易挥发的组分分子冷却时，必有一个易挥发组分的分子被汽化，使总的气液相分子数不变，称为恒分子流）。Vn+1=Vn；Ln-1=Ln精馏段和提馏段的各板，液相组分的摩尔数不变，气相组分的摩尔数不变。L=Ls

；V=Vs回流液温度等于沸点：V=VR第八章-精馏塔的控制-精馏塔的特性物料平衡和内部物料平衡精馏段j板物料平衡精馏段j板：

Lj-1=LjVj+1=VjVR

yj+1=LR

xj+D

xD操作线：冷凝器：

D=VR-LR第八章-精馏塔的控制-精馏塔的特性物料平衡和内部物料平衡进料板物料平衡液相进料：F+LR

+VS

=LS+VRLS=F+LR；VS=VR气相进料：F

+LS+VR

=LR+VSLR=LS；VR=F+VS第八章-精馏塔的控制-精馏塔的特性物料平衡和内部物料平衡提馏段k板物料平衡提馏段k板：Lk-1=Lk

Vk+1=VkVS

yk

=LS

xk-1-B

xB再沸器：

B=LS-VS操作线：第八章-精馏塔的控制-精馏塔的特性物料平衡和内部物料平衡总物料平衡总物料平衡：F=D+B轻组分物料平衡：FzF

=DxD+BxB进料在产品中的分配量：第八章-精馏塔的控制-精馏塔的特性物料平衡和内部物料平衡操作线精馏段操作线：精馏段操作线斜率：精馏段操作线截距：提馏段操作线：提馏段操作线斜率：提馏段操作线截距：第八章-精馏塔的控制-精馏塔的特性能量平衡基本方程：QH

+FHF=QC+DHD+BHB芬斯克方程平均相对挥发度α与组分xB和xD、理论塔板数n、平均板效率E的关系非全回流情况，用分离度s表示；

两端产品轻组分的表达式：第八章-精馏塔的控制-精馏塔的特性能量平衡-结论根据所需达到的分离度s，及物料平衡关系，可以计算进料在产品中的分配量（D/F或B/F）根据所需达到的分离度s，及控制量，即进料在产品中的分配量（D/F或B/F），可以确定精馏塔两端产品的轻组分含量如果分离度s恒定，可以通过控制D/F，使塔顶产品的轻组分含量xD

恒定，并使塔底采出的轻组分含量xB恒定。同样，可通过控制B/F，使塔底采出产品的轻组分含量xB

恒定。并使塔顶产品的轻组分含量xD恒定；

第八章-精馏塔的控制-精馏塔的特性能量平衡-影响分离度的因素分离度s表示为函数关系：

s=f(α,n,V/F,zF,E,nF)；

进料板位置变回流比LR/D时，表示为：分配量D/F与分离度s对塔顶和塔底产品组分含量影响第八章-精馏塔的控制-精馏塔的特性能量平衡-影响分离度的因素；

回流比固定时，分配量D/F（例如从0.3增加到0.6）↑，塔顶yD↑，同时，塔底的xB↓分配量固定时，回流比LR/D（例如D/LR从1.0减小到0.4）↓，塔顶yD和塔底的xB同时↓。回流比增加到一定程度后，再增大回流比，对塔顶yD和塔底的xB减小的影响已经很小，相应地，为达到这个目的所付出的能量会明显增加第八章-精馏塔的控制-精馏塔的特性能量平衡-影响分离度的因素；

对于一个既定的精馏塔，α,n,E,nF

固定或变化不大，塔的分离度s主要与V/F有关。用公式表示为特性因子分离度已知时，有：对于一个既定塔（包括进料成分zF一定），只要保持D/F和V/F一定（或F一定时，保持D和V一定），该塔的分离结果，即两端产品组分含量xD和xB就完全被确定第八章-精馏塔的控制-精馏塔的特性进料浓度zF对产品质量的影响及控制策略；

进料浓度的影响进料浓度zF变化时，精馏段操作线和提馏段操作线同时变化进料浓度zF增加时，xD和xB同时增加进料浓度zF减小时，xD和xB同时减小控制策略进料浓度zF增加时，控制有关操纵变量，使精馏段操作线斜率减小；使提馏段操作线斜率增大扰动通道增益控制通道增益控制通道增益第八章-精馏塔的控制-精馏塔的特性进料浓度zF对产品质量的影响及控制策略-示例一；

某精馏塔，进料浓度zF=0.50。要求塔顶xD=0.95；塔底xB=0.05。确定D/F和B/F塔顶和塔底产品按规定的轻组分含量时的分配量各占50%第八章-精馏塔的控制-精馏塔的特性进料浓度zF对产品质量的影响及控制策略-示例二；

某精馏塔，进料浓度zF=0.50。原要求塔顶xD=0.95；塔底xB=0.05。现需塔顶产品增加，即D/F=0.55。则塔顶产品轻组分含量如何变化为提高塔顶产品的产量，仍保持塔底xB=0.05，则塔顶产品轻组分含量从原来的0.95下降到0.868第八章-精馏塔的控制-精馏塔的特性进料浓度zF对产品质量的影响及控制策略-示例三；

某精馏塔，原进料浓度zF=0.50。要求塔顶xD=0.95；塔底xB=0.05。现进料浓度zF从0.50下降到0.4。仍要求D/F=0.50，xB=0.05。塔顶产品轻组分含量如何变化进料浓度从0.50下降到0.4，为保证同样的分配量D/F=0.50，和xB=0.05，塔顶产品轻组分含量xD从0.95下降到0.75第八章-精馏塔的控制-精馏塔的特性进料流量F对产品质量的影响及控制策略；

气相进料：F+VS=VR；LS=LR进料F增加时，VR增加，精馏段斜率减小，因此，xD下降。为保持xD不变，应增加回流量LR液相进料：

F+LR=LS；VS=VR进料F增加时，LS增加，提馏段斜率增加，因此，xB上升。为保持xB不变，应增加上升蒸汽量VS扰动通道增益第八章-精馏塔的控制-精馏塔的特性进料流量F对产品质量的影响及控制策略-示例一；

进料浓度zF从0.50下降到0.4。如何调节D/F才能保证塔顶和塔底轻组分含量不变（xD=0.95；xB=0.05）为保证塔顶和塔底产品轻组分含量不变当进料浓度改变时，可通过调节D/F使塔顶和塔底产品轻组分含量不变。例如，示例中减少塔顶馏出物量D来实现第八章-精馏塔的控制-精馏塔的特性进料流量F对产品质量的影响及控制策略-示例二；

进料浓度zF=0.50，则在D/F=0.55时，确定塔顶产品最大可达到的轻组分含量塔顶产品最大可达到的轻组分含量，表示xB=0说明在一定回流比和进料浓度下，塔顶产品轻组分含量有最大值。对塔底产品有类似结论第八章-精馏塔的控制-精馏塔的特性进料流量F对产品质量的影响及控制策略-结论；

第八章-精馏塔的控制-精馏塔的特性进料流量F对产品质量的影响及控制策略-结论；

当塔压恒定时，通常采用精馏段温度或提馏段温度进行控制精馏段温度升高时，xD下降，采取的控制策略是增加回流量LR，或减小塔顶采出量D，或增加塔底采出量B提馏段温度升高时，xB下降，采取的控制策略是减小蒸汽量VS，或增加塔底采出量B，或减小塔顶采出量D第八章-精馏塔的控制-精馏塔的特性进料流量F对产品质量的影响及控制策略-结论；

xD、xB可通过调节D/F或B/F来控制zF一定时，如果V/F和B/F（或D/F）一定，则xD、xB也就确定zF变化时，zF增加，则xD和xB增加，可增加D/F（或减小B