物联网控制技术 课件 C过控第五章 精馏塔设备控制

第五章

精馏塔设备控制问题讨论CVs(被控变量):P,LD,LB,TR/xD,TS/xBMVs(操作变量):D,B,L,QH,QC,DGDVs:F,xF,TF试设计你的多回路控制系统以满足工艺要求，并减少回路间的耦合。内容精馏塔工艺原理与控制问题精馏塔压力控制(A)物料平衡控制分离产品纯度控制

(B)塔顶产品纯度单端控制

(C)塔底产品纯度单端控制

(D)两端产品纯度控制其它控制方案两元精馏过程典型工艺流程过程描述平衡条件控制目标CVs选择?精馏塔控制目标确保操作安全性与稳定性控制产品的纯度与成份增加产品产率与产量降低操作能耦CVs与MVs的选择精馏塔控制问题塔顶压力控制问题CV:PMVs:QC,DG,V,L

DVs:F,xFMV选择与控制方案?塔顶压力控制方案方案1.1：MV为塔顶不凝气流量方案1.2：MV为冷却剂流量或其它冷却手段

方案比较与工业应用举例简化的精馏塔控制问题物料平衡控制问题

（即双液位控制）CVs:LD,LBMVs:LorD,QV

orBDVs:F,xFCVs与MVs如何配对?物料平衡控制系统的变量配对“就近”原则下的变量配对基本方案MVsDLBVA1CVsLD--LB--A2CVs--LDLB--A3CVsLD----LBA4CVs--LD--LB物料平衡控制方案A1方案特点（1）两液位回路无耦合（2）蒸发量V的变化对控制系统的影响大物料平衡控制方案A2方案特点（1）两液位回路无闭环耦合（2）蒸发量V的变化对控制系统的影响小（3）不适合于小回流比系统物料平衡控制方案A2+控制方案特点分析物料平衡控制方案A3控制方案优缺点分析物料平衡控制方案A4两液位控制回路关联分析物料平衡控制下

产品纯度影响因素分析对于双组分塔，影响塔顶（与塔底）产品纯度的因素：xF,D/F,L/D（或V/D）双组份两元精馏塔的

物料平衡关系总物料平衡：轻组分物料平衡：物料平衡方程：塔顶塔底产品分离度

及其影响因素分离度：回流比L/D

对分离度的影响：变量意义分析进料组成变化

对产品不纯度的影响某双组份精馏塔，塔板数n=16，塔板效率E=0.816，轻重组份平均分离度α=2.0。操作参数：顶产品产率D/F=0.5;回流比L/D=2.5物理意义分析D/F与L/D变化

对产品不纯度的影响物料平衡控制下

产品纯度影响因素分析小结对于双组分塔，影响产品纯度的因素：xF,D/F,L/D（或V/D）当D/F、L/D不变时，xF增加，则塔顶产品的纯度提高，而塔底产品的纯度下降；当xF、L/D不变时，D/F增加，则塔顶产品的纯度下降，而塔底产品的纯度提高；当xF、D/F不变时，L/D（或V/D、V/F）增加，塔顶与塔底产品的纯度均提高（以能耗换纯度）。产品纯度的在线检测方法直接检测方法

(1)在线成份分析仪（色谱、光谱与质谱法）

(2)基于过程测量信息的软测量仪间接测量手段

(1)塔压稳定时的精馏段或提馏段灵敏板温度

(2)经压力补偿的灵敏板温度

(3)灵敏板温度与塔顶（或塔底）温度之温差精馏塔产品纯度控制问题(D)(B)(C)塔顶产品纯度控制问题CVs:LD,TR,LBMVs:L,D,QV

orBDVs:F,xFCVs&MVs如何配对?塔顶产品纯度控制系统的

变量配对方案MVsDLBVB1CVsLDTRLB--B2CVsTRLDLB--B3CVsLDTR--LBB4CVsTRLD--LB塔顶产品纯度控制方案B1（1）L

对TR的控制作用快且强（2）回流量快速变化对塔的操作影响大（3）当回流比很大时，难以控制LT22方案特点分析塔顶产品纯度控制方案B2方案特点分析：容易控制LT22（当回流比较大时）塔顶产品量D

对TR

的调节作用慢回路TC32与LC22之间存在强耦合塔顶产品纯度控制方案B2+方案特点分析：容易控制LT22（对于任意D/L）TC32与LC22的耦合较弱塔顶产品量D

对TR

的调节作用迅速与灵敏塔底产品纯度控制问题CVs:LD,TS,LBMVs:L,D,QV

orBDVs:F,xFCVs&MVs如何配对?塔底产品纯度控制系统的

变量配对方案MVsDLBVC1CVsLD--LBTSC2CVsLD--TSLBC3CVs--LDLBTSC4CVs--LDTSLB塔底产品纯度控制方案C1控制方案特点分析蒸汽量QV

对TS

的调节灵敏为减少塔顶产物中可能含有的重组分，需要确保充分大的回流量（为什么？）。塔底产品纯度控制方案C2控制方案特点分析容易控制LD

若B<<VB

对TS的控制作用慢回路间耦合严重需要确保充分大的回流量，导致能耗较大。.

塔底产品纯度控制方案C3（1）加热蒸汽量QV

对TS

的调节灵敏（2）回流量L

与蒸发量V自动平衡，可减少能耗（3）TC31与LC22耦合严重

控制方案特点分析塔底产品纯度控制方案C4总的物料平衡难以满足（为什么?）若进料轻组分比例增大，则……两端产品纯度控制问题CVs:LD,LB,

TR,TSMVs:L,D,QV,BDVs:F,xFCVs&MVs如何配对?两端产品纯度控制系统的

变量配对方案MVsDLBVD1CVsLDTRLBTSD2CVsLDTRTSLBD3CVsTRLDLBTSD4CVsTRLDTSLB物料平衡下的被控对象#1分析该对象对于u1,u2

阶跃变化的动态响应，并估计稳态增益矩阵各元素的正负物料平衡下的被控对象#2分析该对象输出y1,y2对于u1,u2

阶跃变化的稳态增益矩阵，并估计该矩阵各元素的正负两端产品纯度控制方案D1结合稳态增益矩阵，分析TC31与TC32之间的耦合两端产品纯度控制方案D2TC31、TC32与LC21的关联分析两端产品纯度控制方案D3TC31、TC32与LC22关联分析两端产品纯度控制方案讨论同时控制塔顶与塔底产品纯度不容易，但有时为节能或其它目标，仍是很有意义的；最多只有一个产品流量可用于控制其产品纯度（即至少有一个产品流量需要用于控制液位），另一个产品纯度需要由V

或L来控制；两产品纯度控制回路可能存在强耦合；为减少耦合，需要采用一些特殊的控制策略，例如解耦、预测控制与其它APC（AdvancedProcessControl，先进过程控制）算法精馏塔其它控制系统进料热焓控制 为减少产品质量控制的干扰，需要对进料温度或热焓进行定值控制进料前馈控制 为提高精馏塔控制系统的鲁棒性，需要对进料流量的变化进行有效的前馈控制精馏操作的节能控制

基于在线分析仪的产品纯度闭环控制

进料流量前馈控制方案分析该控制方案的自动调节过程与技术优势在线分析仪

在产品纯度控制中的应用（1）控制周期不同的离散控制算法的引入（2）三串级系统控制参数整定方法讨论水-酒精体系精馏塔

控制系统的模型化与仿真物料平衡控制下

回流量阶跃变化的系统输出响应精馏塔控制仿真研究1.液位控制方案：D

LD,B

LB

(1.1)V或L

阶跃变化对CVs及D,B的影响；

(1.2)塔顶产品纯度控制：L

xD,而V

不变；

(1.3)塔底产品纯度控制：V

xB,而L

不变；

(1.4)两端产品纯度控制：L

xD,V

xB.2.液位控制方案：L

LD,B

LB

3.液位控制方案：L+D

LD,B

LB

塔顶产品量D为自由变量情况下

的精馏塔控制问题

塔底产品量B为自由变量情况下

的精馏塔控制