09.2 精馏塔控制.ppt

28 1 第九章典型化工单元的控制二 精馏塔设备的控制 28 2 内容 精馏塔的控制目标精馏塔的静态特性精馏塔质量指标的选取精馏塔的基本控制方案精馏塔的复杂控制方案讨论 28 3 精馏塔控制思考题 1 掌握简单精馏塔的控制问题与分解方法 2 掌握精馏塔的静态特性 3 了解精馏塔对象中操作变量对主要被控变量的动态影响程度与速度 4 针对塔顶 塔底产品质量不同的要求 掌握基本控制系统的分析与设计方法 5 了解精馏塔的复杂控制与先进控制方法 28 4 利用混合物中各组分的挥发度 沸点 不同 或在相同温度下 各组分的蒸汽分压不同 轻组分 液相中 和重组分 汽相中 相互转移根据结构不同 可分为泡罩塔 浮阀塔 筛板塔 穿流板塔 浮喷塔 浮舌塔等 机理 28 5 连续精馏装置的工艺流程 操作目的 通过反复的部分汽化与部分冷凝 将混合液中沸点不同的各组分分离成产品 操作代价 消耗能量 塔底需要加热使塔底液部分汽化 塔顶需要冷却使塔顶组分冷凝 28 6 特点 被控变量多 操纵变量也多 对象的通道也多 内在机理复杂 变量之间相互关联 而控制要求又较高 控制要求 1 保证质量指标 至少应使塔顶或塔底产品中的一个达到规定的质量指标 而另一个应保持在规定的范围内 2 保证平稳操作 要把进塔前的主要可控干扰尽量克服掉 对于不可控干扰也要使其尽可能地平缓 3 约束条件塔的正常操作必须满足一定约束条件 如最大处理量下产品质量好 产量高 能耗小 确定目标函数使收效最大 能耗最小 对塔最大气速操作压力 加热 温差 冷却温差等都有限制 28 7 精馏塔的控制目标 质量指标对于仅有塔顶 塔底出料的简单精馏塔 其质量指标可用塔顶与塔底料中关键组分的纯度来表示 产品产量和能量消耗在保证产品质量的前提下 尽可能提高产品的产品并设法降低装置的能耗 28 8 精馏塔产品纯度 产品回收率和能耗之间的相互关系 产品回收率 进料中每单位产品组分所能得到的可售产品的数量 能耗指标 用单位进料的塔底上升蒸气量V F来表示 定性规律 若能耗指标一定 产品纯度越高 其回收率越低 若产品纯度一定 在一定范围内能耗指标越高 其回收率越高 28 9 机理 二元精馏系统 28 10 精馏塔的静态特性 总与轻组分的物料平衡方程 能耗与分离度S的关系 结论 对于给定的进料 若D F和V F保持一定 则该塔的分离结果xD xB就完全确定 28 11 精馏塔的控制问题 28 12 主要干扰1 塔压的波动塔压波动会影响汽液平衡和物料平衡 从而影响操作的稳定性和产品的质量2 进料流量 组分 压力 温度等的变化 3 塔的蒸气速度和加热量的变化 4 回流量及冷剂流量或温度的变化 其中 进料流量和组分变化的影响最大 28 13 精馏塔质量指标的选取 直接质量指标 1 产品质量在线分析仪 软测量仪间接质量指标 1 灵敏板温度 与塔顶 塔底温度相比 可提高温度变化的灵敏度 对于同样的浓度变化 2 温差信息 与灵敏板温度相比 可减弱压力波动对产品质量的影响 3 双温差信息 可用于精馏塔的适宜分离度控制 即使塔顶 塔底产品纯度均适中 28 14 精馏塔的压力控制 塔顶汽相采出量DV 塔压P液相含有大量不凝聚物 气体较多 通过汽相排除控制压力 冷凝器冷却量QC 塔压P液相含有微量不凝聚物 几乎全部冷凝 通过改变凝聚量控制 28 15 精馏塔简化的控制问题 考虑被控过程的静态与动态特性 结合就近原则 可将控制问题分解简化为两个相对独立的子系统 28 16 精馏塔物料平衡控制问题 特点 仅保证塔的物料平衡要求 而不对塔顶 塔底产品质量作严格控制 适应场合 1 对产品质量要求不高 2 处理量与进料性质变化不频繁或变化幅度小 28 17 物料平衡控制方案之一 28 18 物料平衡控制方案之二 28 19 按精馏段指标的控制方案 被控变量 TD LR LB 即只对塔顶产品质量指标进行控制 而对塔底产品质量指标不作严格要求 控制变量 D R B 而保持再沸器加热量V为定值 控制结构 1 方案1 B LB D LR R TD 2 方案2 B LB R LR D TD 28 20 精馏段控制方案之一 28 21 精馏段控制方案之二 28 22 按提馏段指标的控制方案 被控变量 TB LB LR 即只对塔底产品质量指标进行控制 而对塔顶产品质量指标不作严格要求 控制变量 V B D 而保持回流量R为定值 控制结构 1 方案1 D LR B LB V TB 2 方案2 D LR V LB B TB 28 23 提馏段控制方案之一 28 24 提馏段控制方案之二 28 25 精馏塔两端质量指标控制问题 28 26 两端质量指标控制方案 28 27 两端质量指标控制方案之一 控制方案 1 若相互耦合不严重 则可通过调节器参数的整定 使相关回路的工作频率拉开以减少关联 2 若耦合严重 则可考虑静态解耦或其他先进控制方法 变结构控制 预测控制等 28 28 两端质量指标控制方案之二 问题 对上述两种方案进行关联分析 比较 28 29 精馏塔多回路控制系统 28 30 精馏塔解耦控制系统 28 31 精馏塔的其他控制方案 进料热焓控制 以克服进料温度与进料状态对产品质量的影响 进料前馈反馈控制 以适应进料量的变化 并提高控制质量 浮动塔压控制 尽可能降低塔压 可以增加组分间的挥发