中国石油大学过程控制课件11-精馏塔控制.ppt

精馏塔设备的控制 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 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 精馏塔的控制目标 安全平稳操作产品质量 产品质量应该控制到刚好满足规格要求 高质量不会增加售价 却会增加能耗降低产量 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 产品回收率经济效益在保证产品质量的前提下 尽可能提高产品的回收率并设法降低装置的能耗 能耗 再沸器加热量 冷凝器冷凝量 塔及其附属设备的能量损耗 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 若能耗一定 随着产品纯度提高 回收率迅速下降 若产品纯度一定 在一定范围内随着能耗提高 回收率也明显提高 到一定程度后 增加能耗的效果就不显著了 精馏塔产品纯度 产品回收率和能耗之间的相互关系 精馏塔的静态特性 总组分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 塔内部平衡关系 进料板的物料平衡 泡点进料 露点进料 塔内部平衡关系 精馏段和提馏段的物料平衡 改变精馏塔的回流和上升气体流量会改变每块塔板上的浓度 最终导致产品浓度的改变 影响精馏过程的主要因素为 进料量 进料浓度 进料温度和状态再沸器加热量冷凝器冷却量回流量塔顶采出量塔底采出量塔压 动态影响分析 上升蒸汽和回流的影响 除了顶部塔板外 再沸器加热量对汽液比的影响比回流量快组分滞后的影响 组分滞后随着塔板上液相蓄存量和塔板数的增加而增加回流罐蓄液量和塔釜液量引起的滞后影响 回流罐和塔釜液位必须保持一定 否则会影响控制品质 精馏塔的控制问题 精馏塔的压力控制 塔顶汽相采出量DV 塔压P 冷凝器冷却量QC 塔压P 精馏塔的简化控制问题 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 可减弱压力波动对温度的影响 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 参照板 灵敏板 可以减弱操作点变化对温度的影响 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 精流塔物料平衡控制方案 方案4中 D和B不可同时作为受控变量 否则F就由D和B来决定了 物料平衡控制方案之方案一 对产品的质量控制较弱 对冷凝器和再沸器的操作波动无自动补偿作用 物料平衡控制方案之方案二 当D B时采用1 如果对B自控 B的小波动会造成D的大波动2 小流量控制液位太慢 物料平衡控制方案之方案三 当B D时采用 回流L对塔压P的影响较小 回流罐液位回路和压力控制回路间的相关影响较小 一端产品质量控制 塔顶质量 被控变量 TR LD LB 即只对塔顶产品质量指标进行控制 对塔底产品质量指标不作严格要求 方案8中 D F B 一旦F和B固定 D就不是一个自由变量 无法实现对温度的控制 因此不可用 方案7中 L和QH回路之间的关联性较强 且为负相关 不使用 一个产品质量控制之方案五 直接控制塔内能量平衡关系来实现对分离精度的控制 但是回流L的波动对精馏塔的平稳操作是不利的 再沸器加热量需要足够大 以保证最大负荷时的产品质量 一个产品质量控制之方案六 一种物料平衡控制方案 实质是通过D的变化使LD改变 从而在LD的液位控制作用下使L变化 因此温度回路滞后较大 回流量较大时控制D较灵敏 当产品质量不合格时 可采取全回流保证产品质量 再沸器加热量也要保持较高的值 一个产品质量控制之方案七 塔顶温度回路和塔底液位回路之间存在着较严重的关联 多为负相关 不使用 一端产品质量控制 塔底质量 被控变量 TS LD LB 即只对塔底产品质量指标进行控制 对塔顶产品质量指标不作严格要求 方案12不采用 原因同方案8方案11不推荐 原因同方案7 一个产品质量控制之方案九 采用再沸器加热量控制温度 动态响应快 反应迅速 方案中回流采用定值控制 当回流量不足时容易引起液泛 一个产品质量控制之方案十 与方案六类似 也是物料平衡控制方式 实质是通过B的变化使LB改变 从而在LB的液位控制作用下使QH变化 底部产品流量小时采用 并且质量不合格时可以暂停出料 精馏塔两端质量指标控制问题 目的 为了使操作成本特别是能耗减少 两端质量指标控制方案 两端质量指标控制之方案十三 该方案在应用前应先分析两个质量回路的相关性 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 则要考虑采用解耦控制 两端质量指标控制之方案十四 根据精馏塔静态特性有 则可求出相对增益 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