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1、第六章 精馏塔的控制掌握要点及要求1、掌握简单精馏塔的控制问题与分解方法；2、掌握精馏塔的静态特性；3、了解精馏塔对象中操作变量对主要被控变量的动态影响程度与速度；4、针对塔顶、塔底产品质量不同的要求，掌握基本控制系统的分析与设计方法；5、了解精馏塔的复杂控制与先进控制方法6.1 概述6.1.1 精馏塔控制要求及影响因素1.操作要求（1）产品质量指标 塔顶或塔底产品之一保证合乎规定的纯度要求，而另一个产品维持在某一规 定的范围内。例：乙烯精馏塔，要求塔顶乙烯的纯度为 99.90%CH4=0。 010C2H4=99。 9038C2H6=0。 0855塔底 C2H693。 18%2.料平衡（1）馏
2、出液和备液的平均采出量之和应等于平均进料量，而且缓慢变化。（2）塔内及塔顶、塔底容器的蓄热量应介于规定的上下限之间（3）保证高产优质，低消耗，如为保证塔顶产品纯度加大回流，但有消耗大量 的蒸汽，物料平衡一般采用均匀、比值控制系统。3束条件：（1）塔内蒸汽速度既不能过高，也不能过低，过高引起液泛，过低塔板效率低。（2）对再沸器的加热温差，加热蒸汽冷凝量和冷凝器冷却温差都有一定限制。9 不能超过临界温差） 临界温差：由核状沸腾转为膜状沸腾时的温差，单位时间，单位面积内所传 递热量称为临界热负荷 液体在管外大容积内沸腾，膜系数与温差关系： 随着温度差增加，汽化核数和气泡长大速率也增加，以致大量的气泡
3、在加热表面 层集合，形成蒸汽膜，热量必须通过此膜传递到液体当中去，由于蒸汽导热系数 小，从而传热困难，以至膜系数下降。工业生产一般维持在核状沸腾区操作，超过该区，进入膜状沸腾回烧坏传热 管4、影响塔操作的干扰因素：6.1.2精馏塔各干扰因素的分析及调节手段的确定1.塔压波动对操作影响及调节方法 (1)塔压波动对操作影响(1) 塔压波动影响汽液平衡(2) 塔压波动影响物料平衡Pt-Fl Pf-Df(3) 增加波动破坏X-T关系，压力低，沸点低 (2)影响压力波动因素nr(3) 控制塔压办法：塔压控制方法通常根据塔动作情况，可分为：常压塔、减压塔和加压塔分别 控制。塔压根据物料性质及传热设备价格，
4、耐压操作费用等选择，如高温操作，易 发生裂解、聚合，必须采用低压，低压下是气体的必须加压 减压塔控制 一般用蒸汽喷射泵抽真空，为防止蒸汽压力波动在蒸汽管 线上设置一个压力系统P真空度=Pi-P饱P饱二卩大-P表惰性气体蒸汽真空喷射泵般沸点低的气体必须加压,提高沸点，如原油裂解中，大部c时,35P才能把CH4和H2分离检测点在回流缸的放空管线上c）调节阀安装在b)t1加压塔PJ1D加圧塔 加压塔分为气体，女口脱甲烷塔压在-ioo 根据冷凝性气体多少对加压塔有如下控制方案a、含大量不凝性气体1）调节阀安装在回流缸的放空管线上 特点：调节及时，滞后小应用：冷 凝器阻力不大2）检测点在塔顶，阀安装在回
5、流缸的放空管线上 应用：塔负荷进料不稳定 再沸器加热体压波动大 Ps 回液罐压力不能代替塔压力3）调节阀安装在汽相管线上，应用：去往下道工序汽相管线上b、含少量不凝性气体动作过程：塔压靠改变冷凝率的方法。随时间的增加，不凝性气体增加，在冷凝 器中积蓄遮盖了冷凝面积使冷凝率降低。只有在压力不能回设定值时才打开 B 阀应用：不凝性气体小于2% 预计产生一部分干气a） 含少量不凝性气体 b） 全部为冷凝液 c） 含定时不凝性气体C.塔顶气体全部为冷凝液或只含微量不凝性气体d、含定时不凝性气体 控制冷剂保证 一定，保证回流比一定。应用： 气相采出 少量不凝性气体2 进料量的波动 进料量多少直接影响塔的
6、生产能力 分离纯度 最终影响产品质量 下面分：液相、汽相和汽液混合进料等进行分析（1）液相进料分析：在P、Gs、Lr 一定 由于液相进料：全塔温度降低。造成XD t .XB t增加；D f增加。 调节手段：必须增加热量恢复原温度i）改变Lr!ii）改变Vs=Gst（再沸器）特点：控制通道短，滞后小检测元件安装在提馏段过程： FtfKtfGstfAVstfT2ta 汽相进料分析：/=】，全塔温度升高。 调节手段：必须加大回流Lrt 改变回流量 检测元件安装在精馏段特点：精馏段最先感受AT变化 通道短，滞后小 检测元件安装在精馏段c、汽液混合进料： 分析：具备以上两种情况，具体问题具体分析。 调节
7、手段根据具体情况而定3料组份的变化（轻组份增加）f：轻细份 分析：Zft tl!（XdtD!fRt）fXdt 结论： Zf 上升造成 Xd、 Xb 增加 调节手段：塔顶部：Zft tl!XdtfD!调节：希望 Dt-L/D!-tltfXd!Dt （相反为负值）塔底部：t2 （t2 f-XBB t调节：Vs tt2 t-XBB !总结：Zft =-LR ! +VS t-D!4.进料温度变化分析：（设 Vs 和 Lr 不变）Tf全塔温度降低-XB t-Xdt调节手段： 顶调节 LR 塔底调节 VS常用控制方案 在进料前段没有温度控制 设温度前馈控制 热焓控制 一般中间进料（连续）比较稳定5.再沸器
8、压力控制分析： 塔的效率是在一定蒸汽速度下设计的，因此为一定值。 调节手段:恒定压力、流量6. 冷剂压力和温度分析：冷剂压力和温度直接影响回流温度，影响塔顶XD质量。调节手段：组成冷剂压力、温度控制组成内回流控制6.2 塔常用控制方案6.2.1 精馏塔主要变量分析1. 精馏塔主要变量（1）受控变量：Xd, Xb, P塔，L塔釜，L回流缸（2）操纵变量： D、 Lr、 Vs、 Qc（Wc）、 B2、控制的出发点：（1）精馏塔是一个多变量、复杂对象，影响因素（可控、不可控） 可控不能全控影响投资 不可控影响质量结论：全部干扰不可能在入塔之前全部克服，影响Xd, Xb为保证 Xd， Xb 必须组成一
9、个保证质量的系统出发点： 1）把主要干扰按物料平衡关系，实现定值，尽可能克服入塔之前： F Tf、 Ps、 Pc 等。 2）对产品质量实现质量控制通过前面分析可知：无论F;Tf;Zf;Xf影响Xd;Xb,均可以用改变Vs;Lr进行补偿。 （操纵变量： Vs、 Lr、 D、 B）6.2.2 常用控制方案1. 按物料平衡关系控制精馏塔（1）思路：固定回流量Lr和蒸汽量Vs当进料F及热量一定时，Lr、Vs固定，B、D也一定 为使Vs恒定，对再沸器进行调节 为使Lr恒定，对回流量进行调节 为物料平衡，对D、B通过液位进行调节 为克服干扰，对F进行调节*如D、B送下一道工序采用均匀控制;如进料不能控制可
10、采用比值调节(2) 应用场合：1)产品质量要求不高 2)干扰不多 3)应用场合少(3) 特点：简单，如脱甲烷塔a) 按物料平衡关系控制精馏塔2.质量指标控制D-Fb) 精馏段指标控制(1)精馏段指标控制!)结构：2) 特点：及时克服进入精馏段干扰回流量变化影响塔压操作。为平稳调节器选用PI，%大一些，I长一些 直接反应塔顶产品 由于定值控制 Vs 必须保证最大负荷进料 F 的热量在小负荷时造成浪费3) 应用场合： 1)塔顶要求纯度高2) 全部为汽相进料3) 当塔底或精馏段不能反映 t-x 变化，或塔重组成分杂质太 多影响 X-t 变化2. 提馏段温度控制1) 结构a） 提馏段温度控制2）特点：对克服进入提馏段干扰特别快直接反映塔底指标 Xb 由固定回流 Lr 很大，浪费能量 恒定回流，对塔板汽、液平衡影响小，塔操作平稳，压力易控制。3. 精馏塔其他类型a 精馏塔温控1）结构2）应用场合1）回流比很大（）10）2）塔顶要求严格，不合格且断流出物。a） 精馏塔温控b.提馏段温度控制1）结构2）原理 采用交叉调解3）应用场合：塔底纯度要求高；采出量小b） 提馏段温度控制c3. 两端质量指标控制1） 结构2）应用（1）塔顶、塔底要求不太严格（2）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；
