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1、辽 宁 工 业大学过程控制系统 课程设计（论文）题目 精馏塔温度控制系统设计院（系）：电气工程学院专业班级： 自动化093学 号：学生姓名：指导教师： （签字）起止时间：课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院 教研室：自动化号 学宝 昌 杨3(目 计题 程文温 塔 憎 精课程设计论文任务动较实B2O 流动r灌 灯 逆,yam字 料化度 程00 进变温 及40 与量定 图 在 煎产设 ；接 应 护游入 裁连 书 惋小输 惨气 明 ,z是注 号 件if 体量算 型 硬 设 旳O伽 則號尧殛你 部液合 ；给用给买书 B、。适S;,作应仿明 数 釜定肘 框器反，出说 参 塔恒采 统行正统给计
2、 禾 热度， 系执器系舟设 技 加温宪 、希希，印 、 汽的系 图器控控真打 求 蒸段制 D制及字仿、 要 由憎控&I控以钱件宵 融 4W温 制舔: 质 文 论一答宀P 签 师 教 指-日 月 年注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘要随着石油化工的迅速发展，精馏操作的应用越来越广，分流物料的组分越来 越多，分离的产品纯度越来越高。采用提馏段温度作为间接质量指标，它能够较 直接地反映提馏段产品的情况。将提馏段温度恒定后，就能较好地确保塔底产品 的质量达到规定值。所以，在以塔底采出为主要产品、对塔釜成分要求比对馏出 液高时，常采用提馏段温度控制方案。由于精馏塔操作受物料
3、平衡和能量平衡的 制约，鉴于单回路控制系统无法满足精馏塔这一复杂的、综合性的控制要求，设 计了基于串级控制的精馏塔提馏段温度控制系统。精馏塔的大多数前馈信号采用进料量。当进料量来自上一工序时，除了多塔 组成的塔系中可采用均匀控制或串级均匀控制外，还有用于克服进料扰动影响的 控制方法前馈反馈控制。前馈控制是一种预测控制，通过对系统当前工作状态的了解，预测出下一阶 段系统的运行状况。如果与参考值有偏差，那么就提前给出控制信号，使干扰获 得补偿，稳定输出，消除误差。前馈的缺点是在使用时需要对系统有精确的了解， 只有了解了系统模型才能有针对性的给出预测补偿。但在实际工程中，并不是所 有的干扰都是可测的
4、，并不是所有的对象都是可得到精确模型的，而且大多数控 制对象在运行的同时自身的结构也在发生变化。所以仅用前馈并不能达到良好的 控制品质。这时就需要加入反馈，反馈的特点是根据偏差来决定控制输入，不管 对象的模型如何，也不管外界的干扰如何，只要有偏差，就根据偏差进行纠正， 可以有效的消除稳态误差。解决前馈不能控制的不可测干扰。前馈反馈综合控制在结合二者的优点后，可以提高系统响应速度关键词：提馏段 温度 前馈-反馈 串级控制目录第 1 章 绪 论 错误!未定义书签。第 2 章 控制方案 错误!未定义书签。2.1 概述 错误!未定义书签。2.2 系统组成的总体结构2第 3 章 系统仪表选择 73.1
5、检测变送器的原理 73.1.1 温度变送器的选择73.1.2 流量变送器的选择83.1.3 液位变送器的选择93.2 执行器的选择 103.3 调节器的选择 103.4 调节器与执行器、检测变送器的选型11第 4 章 系统仿真134.1 串级控制系统 matlab 仿真分析 134.2 液位控制系统仿真分析 14第 5 章课程设计总结16参考文献 17第一章 绪论精馏操作是炼油、化工生产过程中的一个十分重要的环节。精馏塔的控制直 接影响到工厂的产品的质量、产量和能量的消耗，因此精馏塔的自动控制长期以 来一直受到人们的高度重视。精馏塔是一个多输入多输出的对象，它由很多级塔 板组成，内在机理复杂，
6、对控制要求又大多较高。这些都给自动控制带来一定的 困难。同时各塔工艺结构特点有千差万别，这需要深入分析特性，结合具体塔的 特点，进行自动控制方案设计和研究。精馏塔的控制最终目标是：在保证产品质 量的前提下，使回收率最高，能耗最小，或使总收益最大。在这个情况为了更好 实现精馏的目标就有了提馏段温度控制系统的产生。按提馏段指标的控制方案：当塔釜液为主要产品时，常常按提馏段指标控制。 如果是液相进料，也常采用这类方案。这是因为在液位相进料时，进料量的变化， 首先影响到塔底产品浓度，塔顶或精馏段塔板上的温度不能很好地反映浓度的变 化，所以采用提馏段控制温度比较及时。另外如果对釜底出料的成分要求高于塔
7、顶出料，塔顶或精馏段板上温度不能很好反映组分变化和实际操作回流比大于几 倍最小回流比时，可采用提馏段控制。提馏段温度是衡量质量指标的间接指标， 而以改变再沸器加热量作为控手段的方案，就是提馏段温控。第 2 章 课程设计的方案2.1 概述本次设计主要是综合应用所学知识，设计精馏塔提馏段温度控制系统，能 够较全面地巩固和应用过程控制系统课程中所学的基本理论和基本方法，并初步 掌握精馏塔提馏段温度控制系统设计的基本方法。应用场合: 主要使用于精馏塔提馏段温度控制 对塔底产品成分的要求比对塔顶产品成分的要求严格 全部为液相进料 塔顶或精馏段温度不能很好的反应组成的变化，即组成变化时，精馏段 塔板温度变
8、化不显著，或进料含比塔顶产品更轻的影响温度和成分关系的轻杂 质。 采用回流控制时，回流量较大，它的微小变化对产品成分影响不显著， 而变化较大又会影响精馏塔平稳操作的场合。系统功能介绍 : 影响精馏塔温度不稳定的因素主要是来自外界来的干扰（如进料流量，温度及成分等的变化对温度的影响）。一般情况下精馏塔塔釜的 温度，我们是通过控制精馏塔釜内灵敏板的温度来控制的。灵敏板是当外界条件 或负荷改变时精馏塔内温度变化最灵敏的一块塔板。以往调节只是采用灵敏板温 度调节器单一回路调节，调节反应慢，时间滞后，对精馏操作而言，产品的纯度 很难保证。精馏塔是一个多输入多输出的对象，它由很多级塔板组成，内在机理 复杂
9、，对控制要求大多较高。精馏塔的控制最终目标是：在保证产品质量的前提 下，使回收率最高，能耗最小，或使总收益最大。在这个情况为了更好实现精馏 的目标就有了提馏段温度控制系统的产生。2.2系. 统组成的总体结构精馏塔的控制目标应是：在保证产品质量合格的前提下，使塔的总收益（利 润）最大或成本最小。具体对一个精馏塔来说，需从四个方面考虑，设置必要的 控制系统。（1）产品质量指标控制 塔顶或塔底产品之一合乎规定的分离纯度，另一端产品成分应维持在规定 的范围内。在某些特定的条件下也有要求塔顶和塔底产品均保证一定纯度的要 求。2）产品产量符合物料平衡原则，塔顶、塔底的平均采出量应等于平均进料量，而且这 两
10、个采出量的变动应该比较缓和，以维持塔的正常平稳操作，以及上下工序的协 调工作。为此，必须对冷凝液罐（回流罐）和塔釜液位进行控制，使其介于规定 的上、下限之间。（3）能量平衡控制应使精馏塔的输入、输出能量维持平衡，使塔的操作压力维持稳定。实现 较好的经济性。（4）约束条件控制 为保证精憎塔正常而安全稳定地运行，必须使某些操作限制在约束条件 之内。常用的精馏塔限制条件有气相速度限、最小相速度限、操作压力限和临界 温差限等。所谓气相速度限，即塔内气相上升速度过高时，雾沫夹带十分严重， 实际上液相将从下面塔板倒流到上面塔板，产生泛液，破坏正常操作。 最小相速度限，精憎塔上升蒸汽速度的最小限值。当上升蒸
11、汽速度过低 时，上升蒸汽不能托起上层的液相，造成漏液，使板效率下降，精馏操作不能正 常进行。 操作压力限，每个精憎塔都存在着一个最大操作压力限，精憎塔的操作 压力过大，影响塔内的气液平衡，超过这个压力，塔的安全就没有保障。 临界温差限主要是指再沸器两侧的温差限度，当这一温差低于临界温差 时，给热系数会急剧下降，传热量会随之下降，将不能保证塔的正常传热的需要。2.2.1 控制方案的选择由于精馏塔是以复杂控制系统，根据不同的控制要求，控制方案多种多样。方案一： 提馏段前馈反馈控制其 P&ID 图如下图所示：图2.1提馏段前馈一反馈控制精馏塔提馏段温度为主被控变量、再沸器蒸汽流量为副被控变量的串级控
12、制 系统和进料量为前馈信号组成的相乘型前馈一反馈控制系统。从前馈原理角度 看，反馈信号来自提馏段温度，前馈信号来自进料流量，反馈信号和前馈信号进 行相乘运算，运算结果作为再沸器加热蒸汽流量控制器的设定。从比值控制原理 角度看，进料流量与加热蒸汽量应保持一定比值关系，当提馏段温度有偏差时应 调整该比值。在前馈-反馈控制回路中，根据安全运行准则，当系统出现故障时，蒸汽阀 门应处于关闭状态，所以选择阀门1为气开阀，所以K 0。v1根据工艺条件确定副被控对象的特性。阀打开，蒸汽量增加，可确定K 0。根据负反馈准则，选反作用控制器，即：K 0。蒸汽量增加，提馏段 温度升高，K 0。C2根据负反馈准则，选反作用控制器，即K 0。C1副控制器是反作用，主控制器从串级切换到主控时，主控制器的作用方式不 变。前馈-反馈控制部分的结构框图如图下图所示Gr图2.2系统结构框图方案二：如下图所示在蒸汽输入端引入串级控制系统，在塔釜出料端引入 选择性控制系统。其P&ID图如下图所示it汽F.Zt；tX 1亠110。v1根据工艺条件确定副被控对象的特性。阀打开，蒸汽量增加，可确定K 0。根据
