Ch11生产过程控制

1、Ch11 消费过程控制. 消费过程的设备种类繁多，如流体保送设备、传热设备、锅炉设备、精馏塔、化学反响器等。 不同的设备及过程有不同的特性和控制要求，同类设备的控制也会有很不一样的控制方案。 本章简单引见精馏塔的控制与化学反响器的控制。.一、精馏塔的控制 精馏过程是现代化消费中运用极为广泛的传质过程，其目的是利用混合液中各组分挥发度的不同，将各组分进展分别并到达规定的纯度要求。 精馏过程非常复杂，被控变量多，可选的支配变量也多，它们之间可以有各种不同的组合。精馏对象通道多、反响缓慢、内在机理复杂、变量之间相关。.主要内容精馏塔操作工艺分析精馏塔操作工艺要求精馏塔质量目的选取精馏塔常规控制方案精

2、馏塔的前馈反响控制方案.1、精馏塔操作工艺分析图111 精馏塔的物料流程. 精馏操作设备主要包括再沸器、冷凝器和精馏塔，再沸器为混合物液相中的轻组分转移提供能量，冷凝器将塔顶来的上升蒸汽冷凝为液相并提供精馏所需的回流。精馏塔实现混合物组分分别的主要设备。.2、精馏塔操作工艺要求 精馏塔的控制目的普通从质量目的、产质量量和能量耗费三个方面思索。同时要把各种约束条件思索进去。.1质量目的 普通应使塔顶或塔底产品之一到达规定的纯度，另外一个产品的纯度应该维持在规定的范围内；或者塔顶、塔底的产品均到达一定的纯度要求。.2产量目的 在产品到达一定的质量目的的前提下，得到尽能够高的收率。收率通常定义为产品

3、产量与进料中该产品组分的量之比。 消费效率除了与产品的纯度及收率有关外，还要思索能量耗费等要素。.3能量要求和经济目的 精馏塔耗费的能量主要是再沸器的加热量和冷凝器的冷却量耗费。 在一定的纯度要求下，添加塔内的上升蒸汽是有利于提高产品收率的，但同时添加了再沸器的能量耗费。因此精馏塔的操作必需从整个经济效率来衡量。.4约束条件 为了保证正常操作，需规定某些参数的极限值，并作为约束条件。如：塔内气体流速，防止漏液和泛液塔的操作压力再沸器两侧间的温差不能超越临界值，否那么会导致给热系数下降，传热量降低。.2、精馏塔控制问题分析.3、精馏塔质量目的被控变量选择 对于一个二元组分精馏塔来说，在一定压力下

4、，沸点与产品成分之间有单独的函数关系。因此，假设压力恒定，塔板温度就反映了成分。对多元精馏来说，比较复杂，但石油化工中许多产品由一系列碳氢化合物的同系物组成，在一定压力下，坚持一定的温度，成分的误差可以忽略。 以温度作为质量目的时，必需坚持压力恒定。.1采用温度作为间接质量目的塔顶或塔底温度控制 产品在塔顶采用塔顶温度控制，反之亦然。灵敏板温度控制 灵敏板是指当塔的操作经受扰动作用时，塔内各板的温度都发生变化，不断到新的稳态时，温度变化最大的那块板称为灵敏板。中温控制 取加料板稍上、稍下的塔板或加料板的温度作为被控变量。. 用温度作为质量目的的前提是塔内压力恒定，虽然精馏塔普通有塔压控制系统，

5、但对于精细精馏等控制要求较高的场所，微小压力动摇将影响温度与组分之间的关系。如苯甲苯二甲苯分别时，大气压力变化6.67KPa，苯的沸点变化2，超越了质量目的的规定，而这种情况是完全能够的。因此必需对压力的动摇加以补偿。.2采用压力补偿的温度作为间接质量目的温差控制 要求压力对这两点温度的影响接近。一个检测点在塔顶，这里成分和温度变化比较小；另一个放在灵敏板附近，成分和温度变化比较大和灵敏。 与灵敏板温度相比，可减弱压力动摇对产质量量的影响。 关键：选点正确，温差设置合理。.双温差控制 采用温差控制时，假设进料流量变化，将引起塔内成分变化和塔内压降发生变化，这两种情况都会引起温差变化，前者使温差

6、减小，后者使温差增大。即此时温差与成分不再是单值函数关系。 采用温差差值控制后，由于进料流量动摇引起塔压变化对温差的影响，在塔的上、下段温差同时出现，用塔的上、下段温差的差值作为被控变量就消除了压降变化的影响。.4、精馏塔控制方案 确定精馏塔的控制方案时，要思索： 按物料和能量平衡进展控制 设置质量控制系统 静态和动态呼应 思索控制系统间的相关影响 思索整个工艺消费过程的平稳操作 主要讨论顶部和底部产品都为液相且没有侧线采出的情况。.1按精馏段目的的控制方案 对馏出液的纯度要求较之对釜液为高时如主要产品为馏出液按精馏段目的进展控制，取精馏段某点成分或温度为被控变量，而以LR、D或VS为支配变量

7、。 这种方案可以保证XD，当扰动不大时，XB变化也不大。 采用这种方案时，在LR、D、VS及B中选择一个作为控制成分的手段，选另外一种坚持流量恒定，其他两者那么按照回流罐和再沸器的物料平衡，由液位控制器进展控制。.图112 精馏段目的的控制方案一根据精馏段塔板温度控制LR，并坚持VS恒定.图113 精馏段目的的控制方案二根据精馏段塔板温度控制D，并坚持VS恒定。在回流比LR/D很大时适用。可实现全回流。.2提馏段目的的控制方案 当对釜液的成分要求较之对馏出液为高时，要采用此方案；当对两者的质量要求相近时，假设是液相进料，也采用此方案，缘由：在液相进料时，F的动摇首先影响到XB，用提馏段控制及时

8、。.图114 提馏段目的的控制方案一a根据精馏段塔板温度控制D，并坚持VS恒定。.图115 提馏段目的的控制方案一b.图116 提馏段目的的控制方案二B的采出量小时较好，B不合格时，可以切断。对F的动摇控制比较及时。.图117 精馏塔的前馈反响控制当进料流量添加时，成比例地添加再沸器的加热蒸汽量和塔顶馏出液，就可以根本坚持塔顶和塔底的产品成分不变。前馈抑制进料流量扰动的大部分，小部分扰动由反响抑制。.二、化学反响器控制 化学反响过程伴有化学物理景象，涉及能量、物料平衡，以及物料动量、热量和物质传送过程，因此化学反响器的操作普通比较复杂。 化学反响器的自动控制关系到产品的质量、产量和平安消费。.

9、1、反响器控制要求 化学反响器自动控制的根本要求是使化学反响在符合预定要求的条件下自动进展。 设计化学反响器的自控方案，普通从质量目的、物料平衡和约束条件等方面加以思索。.1质量目的 化学反响器的质量目的普通指反响的转化率或反响消费物的规定浓度。因此，应该选取转化率或与之相关的可测变量作为被控变量。 由于化学反响不是吸热就是放热，反响过程总伴随热效应，所以温度是最可以表征质量的间接控制目的。.2物料平衡 为了使反响正常，转化率高，要求维持进入反响器的各种物料料恒定，配比符合要求。因此，在进入反响器前，往往采用流量定值或比值控制。对于有物料循环的反响系统，还应该设置辅助控制系统。 .3约束条件

10、对于反响器，要防止工艺变量进入危险或不正常工况。如在一些催化接触反响中，温度过高或进料中某些杂质含量过高，将会损坏催化剂；在流化床反响器中，流速过高，会将固相吹走；而流速过低，又会让固相沉淀。因此，应该配备报警、连锁安装或选择性控制等。.2、釜式反响器的控制 釜式反响器在化学工业中广泛运用，除了用作聚合反响外，在有机燃料、农药等行业还经常采用釜式反响器进展碳化、硝化、卤化等反响。 釜式反响器的反响温度控制是实现釜式反响器最正确操作的关键，常用的方案有：.图118 控制进料温度方案经过改动热剂或冷剂量来调理进入反响釜的物料温度从而维持反响温度.图119 改动传热量控制方案对于有传热面的反响釜，可

11、以引入或移出反响热来改动传热量实现温度控制。构造简单，但控制滞后大。.图1110 反响釜串级控制方案一为了有效处置控制滞后，采用串级控制方案，根据进入反响釜的主要扰动不同，可以采用釜温与热剂或冷剂流量的串级控制。.图1111 反响釜串级控制方案二釜温与夹套温度串级控制。.图1112 反响釜串级控制方案三釜温与釜压串级控制。.3、固定床反响器的控制 固定床反响器是指催化剂床层固定于设备中不动的反响器，流体原料在催化剂作用下进展化学反响以生成所需反响物。 固定床反响器温度控制非常重要。任何一个化学反响器都有本人的最适宜温度，该温度综合思索了化学反响速度、化学平衡和催化剂活性等要素，该温度还是转化率

12、的函数。. 温度控制首先要选择敏感点位置，把感温元件安装在敏感点处，以便及时反映整个催化剂床层温度的变化。多段的催化剂床层往往要分段进展温度控制。常用的温度控制方案有： 改动进料浓度 改动进料温度 改动段间进入的冷气量.图1113 改动进料浓度控制方案硝酸消费过程，改动氨和空气的比值就相当于改动进料的氨浓度.图1114 改动旁路流量控制方案一原料进入反响器前需求预热，可经过改动进入换热器的载热体流量，以控制反响床上的温度。.图1115 改动旁路流量控制方案二.图1116 改动段间进入的冷气量控制方案一硫酸消费中用SO2氧化成SO3，冷的一部分原料气少经过一段床层，但原料气总的转化率有所降低。.

13、图1117 改动段间进入的冷气量控制方案二合成氨消费中，当用水蒸气与CO变换成氢气时，为了使反响完全，进入变换炉的水蒸气往往是过量的，此时段间冷气采用水蒸气不会降低CO的转化率。.4、流化床反响器的控制 流化床反响器的原理如图1118所示。反响器的底部有多孔筛板，催化剂呈粉末状，放在筛板上，当从底部进入的原料气流速到达一定值时，催化剂开场上升呈现沸腾状，这种景象称为固体流化态。催化剂沸腾后，由于搅动猛烈，因此传质、传热和反响强度都高，并且有利于延续化和自动化消费。流化床反响器温度控制非常重要。 .图1118 流化床反响器原理表示图.4、流化床反响器的控制 流化床反响器的原理如图1118所示。反响器的底部有多孔筛板，催化剂呈粉末状，放在筛板上，当从底部进入的原料气流速到达一定值时，催化剂开场上升呈现沸腾状，这种景象