精馏塔控制学习教案

1、会计学1精馏塔控制精馏塔控制(kngzh)第一页，共33页。第1页/共32页第二页，共33页。第2页/共32页第三页，共33页。回流泵原料塔顶产品塔底产品精馏塔再沸器冷凝器回流罐操作目的：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。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：操作代价：消耗能量，塔底需要消耗能量，塔底需要(xyo)加热使塔底液部分汽化；塔底需要加热使塔底液部分汽化；塔底需要(xyo)冷却使塔顶组分冷凝；冷却使塔顶组分冷凝；第3页/共32页第四页，共33页。耗。第4页/共32页第五页，共33页。120100806

2、04020080 90 9598 99 99.599.8产品回收率*100%产品纯度*100%2=FV468产品回收率：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；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：能耗指标：用单位进料的塔底上升用单位进料的塔底上升(shngshng)蒸气量蒸气量V/F来表示；来表示；定性规律：若能耗(nn ho)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(nn ho)指标越高，其回收率越高。第5页/共32页第六页，共33页。F, xFVB, xBD, xDBDF=总与轻组分的物料平衡(pnghng)方程：BDFB

3、xDxFx=能耗与分离(fnl)度S的关系：=)1 ()1 (lnlnDBBDxxxxSFVBDFDBDBFxxxxFBxxxxFD=或结论结论：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。第6页/共32页第七页，共33页。精馏过程塔顶采出量 D回流量 R塔底采出量 B再沸器上升蒸汽量 V冷凝器冷却量 QC塔顶汽相采出量 DV塔顶产品纯度 xD塔底产品纯度 xB塔底液位 LB回流罐液位 LR塔顶压力 P外部扰动外部扰动(进料的流量,组成与温度等)操作变量/控制变量操作变量/控制变量被控变量被控变量第7页/共32页第八页，共33页。第8页/共32页第九页，共

4、33页。FLDPCFLDPC塔顶汽相采出量 DV 塔压 P冷凝器冷却(lngqu)量 QC 塔压 P第9页/共32页第十页，共33页。精馏塔塔顶采出量 D回流量 R塔底采出量 B再沸器上升蒸汽量 V精馏段灵敏板温度 TD塔底液位 LB回流罐液位 LR外部扰动外部扰动(进料的流量,组成与温度等)操作变量/控制变量操作变量/控制变量被控变量被控变量提馏段灵敏板温度 TB* 考虑被控过程的静态与动态(dngti)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。第10页/共32页第十一页，共33页。精馏塔DL B QH LB LDFW特点：仅保证塔的物料平衡要求，而不对塔顶、塔底产品质

5、量作严格控制。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。适应适应(shyng)场合：场合：（1）对产品质量要求不高；）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。）处理量与进料性质变化不频繁或变化幅度小。第11页/共32页第十二页，共33页。DLCFBLCFCFCQHFC精馏塔L第12页/共32页第十三页，共33页。DFBLCFCQHFC精馏塔LFCLC第13页/共32页第十四页，共33页。第14页/共32页第十五页，共33页。DLCTCFBLCFCFC第15页/共32页第十六页，共33页。DLCFBLCFCFCTC第16页/共32页第十七页，共3

6、3页。第17页/共32页第十八页，共33页。DLCTCFBLCFCFC第18页/共32页第十九页，共33页。DLCFBLCFCFCTC第19页/共32页第二十页，共33页。精馏塔DLBQHTRLBLDTSW第20页/共32页第二十一页，共33页。方案控制变量DLQHB1LDTRTSLB2TRLDTSLB3LDTRLBTS4受控变量TRLDLBTS第21页/共32页第二十二页，共33页。TCFBTCTBTDRVV1V2控制方案控制方案（1）若相互）若相互(xingh)耦合不严重，则可通过耦合不严重，则可通过调节器参数的整定，使调节器参数的整定，使相关回路的工作频率拉相关回路的工作频率拉开以减少关

7、联；开以减少关联；（2）若耦合严重，则可）若耦合严重，则可考虑静态解耦或其他先考虑静态解耦或其他先进控制方法：变结构控进控制方法：变结构控制、预测控制等。制、预测控制等。第22页/共32页第二十三页，共33页。TCFBTCTSVQHDLTRLC问题：问题：对上述两种方案进行对上述两种方案进行(jnxng)关联分析、比较关联分析、比较第23页/共32页第二十四页，共33页。第24页/共32页第二十五页，共33页。第25页/共32页第二十六页，共33页。第26页/共32页第二十七页，共33页。DFBFCFCTCTC第27页/共32页第二十八页，共33页。某简单精馏塔如图所示，要求控制精馏段灵敏温度

8、TR、回流罐液位LD、塔底液位LB，而可操作变量为回流量L、塔顶产品采出量D、塔底产品采出量B、塔底再沸器加热量QH 。试针对下列(xili)情况为该设备设计一个多回路控制系统，尽可能减少各回路之间的关联，并克服进料性质与处理量的变化：（1）回流比L/D大于3；（2）塔顶产率D/F大于0.3，而回流比小于1。B, xBVTRQHD, xDLLDLBF, xF第28页/共32页第二十九页，共33页。对于左图所示的二元精馏塔两端产品质量控制系统(kn zh x tn)，若选择被控变量为 y1 = xD （塔顶产品中轻组份的质量浓度），y2 = xB（塔底产品中轻组份的质量浓度）；而控制变量为 u1 = L/F，u2 = V/F 。试分析该控制方案中两个质量控制回路之间的静态相对增益矩阵。TCFBTCTSTRLVQH第29页/共32页第三十页，共33页。TC进料顶产品底产品气开PBPDPm精馏塔提馏段灵敏板温度控制回路很可能引起液。假设液泛可以用塔底和塔顶压力之差来表征（压差太大表示很可能存在液泛）。请在此基础上设计一个液泛约束控制系统，以保证正常操作时按提馏段温度调节加热蒸汽量，而当塔出现液泛时