精馏塔控制.学习教案

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1、会计学1精馏塔控制精馏塔控制(kngzh).第一页，共62页。2022-6-62第1页/共62页第二页，共62页。2022-6-63第2页/共62页第三页，共62页。2022-6-64回流。精馏塔是回流。精馏塔是实现混合物组分实现混合物组分分离的主要设备。分离的主要设备。精馏塔的控制(kngzh)分析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第3页/共62页第四页，共62页。2022-6-65第4页/共62页第五页，共62页。2022-6-66精馏塔的控制(kngzh)要求1、质量指标2、产品产量3、能量消耗4、约束条件控制目标：在保证产品质量合格的前提(qint)下，使塔的回收率最高

2、、能耗最低，即使总收益最大，成本最小。第5页/共62页第六页，共62页。2022-6-67 多元精馏(jn li)则以关键组分的含量来表示。关键组分是指对产品质量影响较大的组分。精馏塔的质量指标指塔顶或塔底产品(chnpn)的纯度 二元精馏质量指标指塔顶产品中轻组分含量(hnling)和塔底产品中重组分含量(hnling)。产品组分含量并非越纯越好，第6页/共62页第七页，共62页。2022-6-68 进出物料平衡，即塔顶、塔底采出量应和进料量相平衡，维持塔的正常平稳操作，以及上下(shngxi)工序的协调工作。物料平衡的控制是以冷凝罐（回流罐）与塔釜液位一定（介于规定的上、下限之间）为目标的

3、。 第7页/共62页第八页，共62页。2022-6-69 要保证(bozhng)精馏塔产品质量、产品产量的同时，考虑降低能量的消耗，使能量平衡，实现较好的经济性。第8页/共62页第九页，共62页。2022-6-610 精馏过程是复杂传质传热过程。为了满足稳定和安 全操作(cozu)的要求，对精馏塔操作(cozu)参数有一定的约束条件 气相速度限，出现液泛现象。 最小气相速度限，造成漏液。 操作(cozu)压力限。 临界温度限第9页/共62页第十页，共62页。2022-6-61112010080604020080 90 9598 99 99.599.8产品回收率*100%产品纯度*100%2=F

4、V468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(zhbio)：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(t go)，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(t go)，回收率也明显提高(t go)；到一定程度后，增加能耗的效果就不显著了。第10页/共62页第十一页，共62页。2022-6-61212010080604020080 90 9598 99 99.599.8产品回收率*100%产品纯度*100%2=FV468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(nn ho)指标：用单位进料的塔底上升蒸

5、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(zngji)能耗的效果就不显著了。第11页/共62页第十二页，共62页。2022-6-613第12页/共62页第十三页，共62页。2022-6-614第13页/共62页第十四页，共62页。2022-6-615第14页/共62页第十五页，共62页。2022-6-616第15页/共62页第十六页，共62页。2022-6-617F, xFVB, xBD, xDBDF=总组分(zfn)与轻组分(zfn)的物料平衡方程：BDFBxDxFx=BDFDBDBFxxx

6、xFBxxxxFD=或结论(jiln)：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。FZFDDxBxFB和 是影响 、 的关键因素是通过 和 影响组分变化FDFB第16页/共62页第十七页，共62页。2022-6-618影响分离(fnl)度的因素： s=f(,n,V/F,ZF,E,nF)1 ()1 (DBBDxxxxs=)(FVfs sFVln=FV)1 ()1 (lnDBBDxxxx第17页/共62页第十八页，共62页。2022-6-619第18页/共62页第十九页，共62页。2022-6-620第19页/共62页第二十页，共62页。2022-6-621

7、进料板的物料(w lio)平衡RSSRFLVLV=泡点进料：SRSRLFLVV=露点(ldin)进料：RSRSVVFLL=第20页/共62页第二十一页，共62页。2022-6-622精馏段和提馏段的物料(w lio)平衡1RiRiDV yL xDx=1SjSjBV yL xBx=第21页/共62页第二十二页，共62页。2022-6-623上升蒸汽和回流的影响(yngxing)除了顶部塔板外，再沸器加热量对汽液比的影响(yngxing)比回流量快组分滞后的影响(yngxing)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(yngxing)回流罐和塔釜液位必

8、须保持一定，否则会影响(yngxing)控制品质第22页/共62页第二十三页，共62页。2022-6-624精馏过程塔顶采出量 D回流量 L塔底采出量 B再沸器加热量 QH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 LD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23页/共62页第二十四页，共62页。2022-6-625FLDPCFLDPC塔顶汽相采出量 DV 塔压 P冷凝器冷却(lngqu)量 QC 塔压 P第24页/共62页第二十五页，共62页。2022-6-626第2

9、5页/共62页第二十六页，共62页。2022-6-627第26页/共62页第二十七页，共62页。2022-6-628直接质量指标：产品成分(chng fn)：价格贵，可靠性差，滞后大间接质量指标：温度：二元物系：塔压固定时，与成分(chng fn)一一对应第27页/共62页第二十八页，共62页。2022-6-629使用(shyng)场合： 当塔顶馏出物是产品时，采用塔顶温度控制 当塔底馏出物是产品时，采用塔底温度控制注意事项 ： 该方案易受塔压影响，微量杂质会影响沸点，从而影响产品质量控制时，为保证(bozhng)另一产品的质量，要有一定的操作裕度由于温度检测装置灵敏度和监测点温度不灵敏，分离

10、高纯产品有困难第28页/共62页第二十九页，共62页。2022-6-630进料含比塔底产品更重的影响温度和成分(chng fn)关系的重杂质对塔顶产品成分(chng fn)的要求比对塔底产塔底或提馏段温度不能很好反映组分的变化全部为气相进料第29页/共62页第三十页，共62页。2022-6-631对塔底产品成分的要求比对塔顶产品要求高塔顶或精馏段温度不能很好反映组分的变化进料含比塔顶产品更轻的影响温度和成分关系的清杂质采用回流控制时，回流量较大(jio d)变化会影响精馏塔平稳操作全部为液相进料第30页/共62页第三十一页，共62页。2022-6-632静态：在扰动下，从一个稳态到另一个稳态时

11、塔板温度变化更大的塔板动态：灵敏(ln mn)板与上下塔板间的浓度差最大注意事项：灵敏(ln mn)板应在正反扰动下有相近的温度差变化，以使系统有线性关系对既定塔和操作条件，可计算出大致灵敏(ln mn)板为止，再实际调整工况变化时，板效率变化，灵敏(ln mn)板位置也会变化第31页/共62页第三十二页，共62页。2022-6-633第32页/共62页第三十三页，共62页。2022-6-634F设计(shj)依据：F塔压变化对两个塔板温度都有影响，用温差控制可减少压力变化的影响.F通常选一个温度变化较小，如塔顶或稍下几板，另一个选用灵敏板温度F注意事项：F对分离(fnl)要求较高的精馏塔可采

12、用温差控制F温度检测点位置要选择合适，温差的设定值要合适，操作工况要稳定F也可直接用压力进行补偿的控制方案F主要用于消除塔压变化的影响，即压力变化时，温差不变第33页/共62页第三十四页，共62页。2022-6-635F应用场合：当温度差与成分之间不是单值对应关系F 即进料负荷变化引起温度差的变化与引起F 的压力差变化不一致(yzh).F依据：负荷变化引起塔压变化，在精馏段和提馏段均有相应的温度差，用精馏段温度差与提馏段温度差的差值可补偿塔压变化的影响.F注意事项F双温差控制器的设定值要合适F对进料流量的波动也有较好的控制效果第34页/共62页第三十五页，共62页。2022-6-636TS 是

13、产品所需成分在塔压时对应的温度设定值；p是塔压测量(cling)值；p0是设计的塔压值；Tsp是在实际塔压条件下的温度设定值 20220)()(ppdpTdppdpdTTTssp=第35页/共62页第三十六页，共62页。2022-6-637物料平衡控制： 用塔顶或塔底的馏出物料作为操纵(cozng)变量 的控制能量平衡控制： 用塔顶回流量或再沸器加热量作为操纵(cozng)变量的控制第36页/共62页第三十七页，共62页。2022-6-638第37页/共62页第三十八页，共62页。2022-6-639精馏塔DL B QH LB LDFW特点：仅保证塔的物料平衡要求(yoqi)，而不对塔顶、塔底

14、产品质量作严格控制。适应场合：（1）对产品质量要求(yoqi)不高；（2）处理量与进料性质变化不频繁或变化幅度小。DLQHBLDLB第38页/共62页第三十九页，共62页。2022-6-640方方案案操纵变操纵变量量DLQHB备注备注1受控变受控变量量L DLQHLB对产品的质量控制较弱对产品的质量控制较弱2DLDQHLB当当DB时采用时采用3L DLLBB当当BD时采用时采用4DL DLBB不可用不可用精流塔物料平衡(pnghng)控制方案第39页/共62页第四十页，共62页。2022-6-641对产品(chnpn)的质量控制较弱第40页/共62页第四十一页，共62页。2022-6-642D

15、LCFBFCFCFCQHLC精馏塔LPC当DB时采用(ciyng)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第41页/共62页第四十二页，共62页。2022-6-643DLCFBFCFCFCQHLC精馏塔LPC当BD时采用(ciyng)第42页/共62页第四十三页，共62页。2022-6-644方案方案 操纵变量操纵变量DLQHB5LDTRQHLB6TRLDQHLB7LDTRLBB8TRLDLBB第43页/共62页第四十四页，共62页。2022-6-645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(bdng)对精馏塔的平稳操作是不利的。再沸器加热量

16、需要足够大，以保证最大负荷时的产品质量。第44页/共62页第四十五页，共62页。2022-6-646一种物料平衡控制方案。实质是通过D的变化(binhu)使LD改变，从而在 LD的液位控制作用下使L变化(binhu)。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(bozhng)产品质量。再沸器加热量也要保持较高的值。第45页/共62页第四十六页，共62页。2022-6-647塔顶温度回路(hul)和塔底液位回路(hul)之间存在着较严重的关联，多为负相关，不使用。第46页/共62页第四十七页，共62页。2022-6-648方案方案 操纵变量操纵变量DLQ

17、HB9受控变量受控变量LDLTSLB10LDLLBTS11DLDTSLB12DLDLBTS第47页/共62页第四十八页，共62页。2022-6-649采用再沸器加热量控制温度，动态响应快，反应迅速。方案(fng n)中回流采用定值控制，当回流量不足时容易引起液泛。第48页/共62页第四十九页，共62页。2022-6-650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(binhu)使LB改变，从而在 LB的液位控制作用下使QH变化(binhu)。底部产品流量小时采用；并且质量不合格时可以暂停出料。第49页/共62页第五十页，共62页。2022-6-651精馏塔DLBQHTRLBLDTS

18、WDLQHBLDTRTSLB目的(md)：为了使操作成本特别是能耗减少第50页/共62页第五十一页，共62页。2022-6-652第51页/共62页第五十二页，共62页。2022-6-653该方案在应用前应先分析两个质量回路(hul)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(hul)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。DLCFBLCTCQHTC精馏塔LPC第52页/共62页第五十三页，共62页。2022-6-654TCFBTCTSVQHDLTRLC根据精馏塔静态(jngti)特性有：DDBfBBfDVxDxxxxzxxzxBD=111

19、1,BDFDxxxxFB=)1 ()1 (lnlnDBBDxxxxSFV则可求出相对(xingdu)增益：第53页/共62页第五十四页，共62页。2022-6-655第54页/共62页第五十五页，共62页。2022-6-656DFBFCFCTCTC第55页/共62页第五十六页，共62页。2022-6-657第56页/共62页第五十七页，共62页。2022-6-658第57页/共62页第五十八页，共62页。2022-6-659液相采出，流出物含少量(sholing)不凝物 第58页/共62页第五十九页，共62页。2022-6-660气相采出，流出物含少量(sholing)不凝物 第59页/共62页第六十页，共62页。2022-6-661第60页/共62页第六十一页，共62页。2022-6-662第61页/共62页第六十二页，共62页。