精馏塔的基本控制方案解析

2020 4 14 1 精馏塔的基本控制方案 精馏塔是多变量对象 在许多受控变量和操纵变量中 选择一种白量配对就组成了一种精馏塔控制方案 但要确定一种比较合理的方案则很棘手 60年代中期Shinskey以灵敏度和Bristol相对增益概念为基本依据提出解决精馏塔控制中的变量配对问题的新方法 概括为三条准则 当仅需要控制塔一端的产品质量时 应当选用物料平衡方式来控制该产品的质量 塔两端产品流量较小者 应作为操纵变量去控制塔的产品质量 当塔的两端产品均需要按质量控制时 一般对含纯产品较少 杂质较多的一端的质量控制选用物料平衡控制 而含纯产品较多 杂质较少的一端的质量控制选用能量平衡控制 物料平衡控制 选用顶部产品馏出物流量D或底部采出液流量B作为操纵变量控制产品质量 能量平衡控制 选用顶部回流或再沸器加热剂量作为操纵变量控制产品质量 2020 4 14 2 5 3 1产品质量的开环控制 目的 使塔顶和塔底的产品满足要求 1 固定回流量LR和再沸器加热蒸汽量VS 当进料流量F 及状态恒定时 固定LR和Vs D和B就确定了 分别控制LR和VS 为平衡物料蓄存量 设两液位控制 克服进料流量干扰 进料量由上一工序规定时 可以进料量为主动量 回流量和蒸汽流量的比值控制 2020 4 14 3 2 固定馏出液流量D和再沸器加热蒸汽量VS 适用于回流比LR D较大的场合 控制D要比控制VS更有利 保证D比较平稳 3 固定塔底采出量B和回流量LR 塔底液位由加热蒸汽H控制 优点 控制方案简单方便 缺点 完全按物料和能量平衡关系进行控制 在存在干扰 特别是进料成分ZF的变化时 很难保证产品纯度 2020 4 14 4 5 3 2按精馏段指标控制 当 1 对塔顶馏出液的纯度要求比塔底产品较高 2 全部为汽相进料 3 塔底 提馏段塔板上的温度不能很好反映产品成分变化 按精馏段指标控制 受控变量 精馏段某点成分或温度 操纵变量 塔顶回流量LR 馏出液流量D 再沸器加热蒸汽量VS 优点 保证塔顶产品成分 扰动不大时 塔底产品成分波动较小 采用这种控制方案时 在LR D VS和B四者中选择一种作为控制产品质量的手段 选择另一种保持流量恒定 其余两者则按回流罐和再沸器的物料平衡 由液位控制器加以控制 常用的控制方案有两类 2020 4 14 5 1 间接物料平衡控制 按精馏段指标来控制回流量 最常用 保持加热蒸汽的流量恒定 优点 控制作用滞后小 反应迅速 有利于克服进入精馏段的扰动 保证塔顶产品质量 适用场合 回流比 0 8 需要减少滞后的塔 由于回流量LR变化后再影响到馏出液D 间接物料平衡控制 炼油厂中的常压塔和减压塔都是只有精馏段的塔是按精馏段指标控制的例子 特点是都有侧线产品 并在每一侧线有汽提装置 吹送蒸汽进行蒸汽蒸馏 把较轻的组分蒸向上面的塔板 进料是来自加热炉的两相汇合物 其温度和流量都预先控制 常用控制方案是按塔顶温度控制回流量 并保持各侧线流量恒定 缺点 环境温度改变时 内回流变化 且物料与能量之间关联较大 2020 4 14 6 常压塔工艺流程及控制方案简图 中段回流未画出 方案特点 塔顶温度控制回流 2020 4 14 7 2 直接物料平衡控制 方案 按精馏段指标控制塔顶馏出液D 保持Vs不变 优点 物料平衡与能量平衡关联小 内回流稳定 缺点 控制回路滞后较大 D的改变间接通过液位控制回路来实现对温度的控制 回流罐容积较大时 反应更慢 使用场合 溜出液D很小 或回流比较大 回流罐容积适当 2020 4 14 8 5 3 3按提馏段指标的控制方案 当 1 对塔底馏出液的成分要求较高 2 进料全部为液相 因为进料先影响馏出液 3 塔顶或精馏段塔板温度不能很好反映成分的变化 1 间接物料平衡控制 以提馏段的塔板温度来控制加热蒸汽流量 回流定值控制 方案简单 对负荷的适应能力较差 回流比定值控制 对负荷的适应性较强 实际操作回流比较最小回流比大好多倍 2020 4 14 9 2 直接物料平衡控制 按提馏段温度控制塔底产品采出B 同时保持回流量LR恒定 塔顶产品馏出量D由回流罐的液位控制 加热蒸汽量的大小由塔底液位控制 优点 物料平衡与能量平衡之间关联最小 当B少时 较平稳 当B不符合质量要求时 会自行暂停出料 缺点 滞后较大 液位控制回路存在反向特性 实用场合 B少 且B 20 VS的塔 2020 4 14 10 5 3 4精馏塔的压力控制系统 操作要求 塔压维持恒定 干扰 进料流量 成分 温度 加热蒸汽量 回流量 回流温度等 1 加压精馏塔的压力控制 1 液相采出 馏出物中含有大量不凝物 适合气体流经冷凝器的阻力变化大 回流罐的压力可间接代表塔顶压力 干扰使冷凝器的阻力变化时 回流罐压力不能代表塔顶压力 方法 应用能量平衡控制 控制方案的确定与塔顶馏出物状态 气相还是液相 及馏出物中含不凝性气体量的多少有关 2020 4 14 11 2 液相采出 馏出物中含有少量不凝物 塔顶气相总流量2 传热量小于使全部蒸汽冷凝所需热量 蒸汽积聚压力升高 传热量过大 压力会降低 当V1全开塔压还偏高时 打开V2增大传热量使压力下降 分程控制 3 液相采出 馏出物中含有微量不凝物 改变传热量控制塔顶压力 特点 图1有利于节约冷却剂 图2反应迟钝 图3反应灵敏 应用较广泛 2020 4 14 12 浸没 式冷凝器压力控制方案 冷凝器一般在回流罐下3 5m 通过控制 P P1 P2来改变传热面积 P1 控制阀开度 P P1 P 冷凝液面 气相冷凝面积 传热量 冷凝量 P1 4 气相采出 当气相出料为下一工序进料时 可采用压力 流量均匀控制系统 2020 4 14 13 减压精馏塔的压力控制 采用蒸汽喷射泵抽真空的塔顶压力控制方案 蒸汽管线上设压力控制系统 以维持喷射泵的最佳蒸汽压力 塔顶压力用补充的空气量来控制 可有效