工程导论资料

PAGE工程导论课程设计报告精馏塔提馏段温度控制系统时间

2013年12月学院专业班级

姓

名

学

号

2013年12月1、应用背景随着石油化工的迅速发展，精馏操作的应用越来越广，分流物料的组分越来越多，分离的产品纯度越来越高。采用提馏段温度作为间接质量指标，它能够较直接地反映提馏段产品的情况。将提馏段温度恒定后，就能较好地确保塔底产品的质量达到规定值。所以，在以塔底采出为主要产品、对塔釜成分要求比对馏出液高时，常采用提馏段温度控制方案。由于精馏塔操作受物料平衡和能量平衡的制约，鉴于单回路控制系统无法满足精馏塔这一复杂的、综合性的控制要求，设计了基于串级控制的精馏塔提馏段温度控制系统。2、工艺要求精馏塔是化工生产中分离互溶液体混合物的典型分离设备。它是依据精馏原理对液体进行分离，即在一定压力下，利用互溶液体混合物各组分的沸点或饱和蒸汽压不同，使轻组份（即沸点较低或饱和蒸汽压较高的组分）汽化。经多次部分液相汽化和部分气相冷凝，使气相中的轻组分和液相中的重组分浓度逐渐升高，从而实现分离的目的，满足化工连续化生产的需要。精馏塔塔釜温度控制的稳定与否直接决定了精馏塔的分离质量和分离效果，控制精馏塔的塔釜温度是保证产品高效分离，进一步得到高纯度产品的重要手段。维持正常的塔釜温度，可以避免轻组分流失，提高物料的回收率，也可减少残余物料的污染作用。影响物料平衡因素包括进料量和进料成分变化，顶部馏出物及底部出料变化；影响能量平衡因素主要包括进料温度或热焓变化，再沸器加热量和冷凝器冷却量变化，及塔的环境温度变化。采用串级控制系统能有效地去除蒸汽压强的波动对温度的影响。使用超驰控制系统控制釜液输出端，在塔釜温度较低时，塔底不出料只有当温度达到低线以上，液位控制器取代温度控制器以后，才有出料排出。影响精馏塔温度不稳定的因素主要是来自外界来的干扰（如进料流量，温度及成分等的变化对温度的影响）。一般情况下精馏塔塔釜的温度，我们是通过控制精馏塔釜内灵敏板的温度来控制的。灵敏板是当外界条件或负荷改变时精馏塔内温度变化最灵敏的一块塔板。以往调节只是采用灵敏板温度调节器单一回路调节，调节反应慢，时间滞后，对精馏操作而言，产品的纯度很难保证。精馏塔是一个多输入多输出的对象，它由很多级塔板组成，内在机理复杂，对控制要求又大多较高。这些都给自动控制带来一定的困难。同时各塔工艺结构特点有千差万图3超驰控制系统框图7、控制算法选择1、蒸汽输入端串级控制系统串级控制系统就是两只调节器串联起来工作，其中一个调节器的输出作为另一个调节器的给定值的系统。整个系统包括两个控制回路，主回路和副回路。副回路由副变量检测变送、副调节器、调节阀和副过程构成；主回路由主变量检测变送、主调节器、副调节器、调节阀、副过程和主过程构成。一次扰动：作用在主被控过程上的，而不包括在副回路范围内的扰动。二次扰动：作用在副被控过程上的，即包括在副回路范围内的扰动。为了提高精馏效率和保证产品纯度，我们采用灵敏板温度调节器与再沸器加热蒸汽流量调节器串级控制系统来对灵敏板温度进行控制。其中灵敏板温度调节器是主调节器，再沸器加热蒸汽流量调节器是副调节器，对映的主被控变量为提馏段温度，副被控变量为蒸汽流量。在串级控制回路中，根据安全运行准则，当系统出现故障时，蒸汽阀门应处于关闭状态，所以选择阀门1为气开阀，所以。根据工艺条件确定副被控对象的特性。阀打开，蒸汽量增加，可确定。根据负反馈准则，选反作用控制器，即：。蒸汽量增加，提馏段温度升高，。根据负反馈准则，选反作用控制器，即。副控制器是反作用，主控制器从串级切换到主控时，主控制器的作用方式不变。通过实际改造和使用，串级控制系统增加副控制回路，是控制系统性能得到改善，表现在下列方面。（1）、抗干扰性强。由于主回路的存在，进入副回路的干扰影响大为减小。同时，由于串级控制系统增加了一个副回路，具有主、副两个调节器，大大提高了调节器的放大倍数，从而也就提高了对干扰的克服能力，尤其对于进入副回路的干扰。表现更为突出。（2）、及时性好。串级控制对克服容量滞后大的对象特别有效。（3）、适应能力强。串级控制系统就其主回路来看，它是一个定值控制系统，但其副回路对主调节器来说，却是一个随动控制系统，主调节器能够根据对象操作条件和负荷的变化情况不断纠正副调节器的给定值，以适应操作条件和负荷的变化。（4）、能够更精确控制操纵变量的流量。当副被控变量是流量时，未引入流量副回路，控制阀的回差、阀前压力的波动都会影响到操纵变量的流量，使它不能与主控制器输出信号保持严格的对应关系。采用串级控制系统后，引入流量副回路，使流量测量值与主控制器输出一一对应，从而能够更精确控制操纵变量的流量。通过采用串级控制系统，塔釜温度控制更加平稳，产品纯度很高，随着控制系统软件和硬件的不断发展和完善，计算机集散型控制系统的应用和普及，精馏塔的分离质量将会越来越好，分离精度也将会越来越高。2、釜液输出端的超驰控制系统控制回路中有选择器的控制系统称为选择性控制系统。选择器实现逻辑运算，分别为高选器和低选器两类。高选器（>）输出是其输入信号中的高信号，低选器（<）输出是其输入信号中的低信号。即高选器，，··· 低选器，，···选择器将逻辑运算规律引入控制算法，极大丰富自动化内容和范围，成为一类基本控制系统结构。使用选择性控制系统的目的如下：生产过程中某一工况参数超过安全软限时，用另一个控制回路替代原有控制回路，使工艺过程能安全运行，这类选择性控制系统称为超驰控制系统。在本系统中，开车时，塔釜温度较低，应保证塔底不出料。因塔底已有液位，经LT和正作用LC控制器，输出升高，但塔温尚低，因此，低设置值的控制器TC2输出较小，被低选器LY选中，用于控制塔底出料，即关闭采出控制阀。只有当温度达到低线以上，液位控制器取代温度控制器以后，才有出料排出。（1）.选择器类型的选择1）选择控制阀。根据安全运行准则，选择控制阀为气开阀，。2）选择被控对象增益。开车时，塔釜温度较低，为保证塔底不出料，应用温度取代液位控制，此时构成一个单闭环温度控制系统。阀门打开，温度降低，Kp1<0；温度超过下限后，液位控制取代温度控制，此时，阀门打液位下降，所以Kp2,<0；3）确定正常控制器和取代控制器的正反作用。根据负反馈原则，可确定Kc1<0,Kc2<0，温度和液位都选择正作用的控制器。（2）.控制器控制规律的选择超驰控制系统要求超过安全软限时能迅速切换到取代控制器。因此取代控制器应选择比例度较小的P或PI控制器。8、参数调试与动态性能仿真串级控制系统matlab仿真分析图4串行控制系统图图5串行控制系统仿真图图6串行控制系统图图7串行控制系统仿真图这里Kc=10，Ti=1，D=0采用PID控制器，有仿真图可看出随着P的增大，系统稳定性增强，振荡幅度降低。液位控制系统仿真分析图8选择性控制系统图