精餾設(shè)備控制課件

精餾塔控制方案設(shè)計(jì)戴連奎浙江大學(xué)控制學(xué)院2017/06/08精餾塔控制方案設(shè)計(jì)戴連奎問(wèn)題討論CVs(被控變量):P,LD,LB,TR/xD,TS/xBMVs(操作變量):D,B,L,QH,QC,DGDVs:F,xF,TF試設(shè)計(jì)你的多回路控制系統(tǒng)以滿足工藝要求，并減少回路間的耦合。問(wèn)題討論CVs(被控變量):MVs(操作變量):DVs內(nèi)容精餾塔的工藝原理精餾塔的操作目標(biāo)與控制問(wèn)題精餾塔的壓力控制雙組份二元精餾塔的穩(wěn)態(tài)特性分析精餾塔的物料平衡控制精餾段質(zhì)量指標(biāo)控制提餾段質(zhì)量指標(biāo)控制兩端質(zhì)量指標(biāo)控制內(nèi)容精餾塔的工藝原理兩元精餾過(guò)程典型工藝流程過(guò)程描述分離原理平衡條件兩元精餾過(guò)程典型工藝流程過(guò)程描述精餾分離基礎(chǔ)：氣液平衡的概念對(duì)于某一乙醇水溶液，在常壓條件下，加熱直至沸騰，待沸騰后通過(guò)控制加熱量使系統(tǒng)溫度T保持恒定。開(kāi)始階段，氣體量增加、液體量下降。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，液體量不再減少（即蒸發(fā)量與冷凝量相同），系統(tǒng)達(dá)到“氣液平衡”狀態(tài)。（1）水的沸點(diǎn)為100℃，乙醇的沸點(diǎn)為78.3℃，乙醇水溶液可能的沸點(diǎn)？（2）氣液平衡條件下，液態(tài)、氣態(tài)中乙醇摩爾分?jǐn)?shù)xi與yi的大小比較。精餾分離基礎(chǔ)：氣液平衡的概念對(duì)于某一乙醇水溶液，在常壓條件下分離基礎(chǔ)：相對(duì)揮發(fā)度概念相對(duì)揮發(fā)度分離基礎(chǔ)：相對(duì)揮發(fā)度概念相對(duì)乙醇水溶液的氣液平衡曲線乙醇水溶液的氣液平衡曲線乙醇水溶液的相對(duì)揮發(fā)度曲線

相對(duì)揮發(fā)度的物理意義乙醇水溶液的相對(duì)揮發(fā)度曲線相對(duì)揮發(fā)度的物理意義單層塔板計(jì)算舉例假設(shè)某一乙醇水溶液中的質(zhì)量百分比為30m%，乙醇對(duì)應(yīng)的摩爾分?jǐn)?shù)為為計(jì)算方便，假設(shè)乙醇水體系常壓下的相對(duì)揮發(fā)度不變，a=5，則以下方程成立：求解，得：x=0.025,y=0.1135,T=96.0℃單層塔板計(jì)算舉例假設(shè)某一乙醇水溶液中的質(zhì)量百分比為30m%，三層塔板計(jì)算示例xi=0.025,yi=0.1135,Ti=96.0℃xi+1=0.1135,yi+1=0.3906,Ti=89.0℃xi=????,yi=0.025,Ti=????℃三層塔板計(jì)算示例xi=0.025,yi=0.11全回流下雙組份精餾塔

塔頂塔底分離度分離度：全回流下分離度的影響因素：平均揮發(fā)度塔板效率塔板數(shù)精餾塔的分離要求與塔板數(shù)選擇全回流下雙組份精餾塔

塔頂塔底分離度分離度：全回流下分離度的正常操作過(guò)程中

塔頂塔底產(chǎn)品分離度影響因素分離度：回流比L/D

對(duì)分離度的影響：變量意義分析精餾塔中的溫度分布與輕組分的濃度分布正常操作過(guò)程中

塔頂塔底產(chǎn)品分離度影響因素分離度：回流比L精餾塔的操作目標(biāo)確保操作安全性與平穩(wěn)性 具體包括塔壓、塔底與回流罐液位的平穩(wěn)，并避免異常工況（如漏塔、液泛等）的出現(xiàn)控制產(chǎn)品的純度與成份 涉及塔底、塔頂產(chǎn)品純度的檢測(cè)與控制，很多塔只有一端出料作為產(chǎn)品，少數(shù)塔兩端出料均為產(chǎn)品增加產(chǎn)品產(chǎn)率與產(chǎn)量 產(chǎn)品產(chǎn)率通?？捎卯a(chǎn)品量與進(jìn)料的比值來(lái)表示降低操作能耗 涉及塔底熱能耗與塔頂冷能耗精餾塔的操作目標(biāo)確保操作安全性與平穩(wěn)性精餾過(guò)程產(chǎn)品純度、

產(chǎn)品回收率與能耗的關(guān)系產(chǎn)品回收率：能量消耗：V/F精餾過(guò)程產(chǎn)品純度、

產(chǎn)品回收率與能耗的關(guān)系產(chǎn)品回收率：能量消精餾塔CVs與MVs的選擇產(chǎn)品質(zhì)量對(duì)應(yīng)的CVs的選擇問(wèn)題?精餾塔CVs與MVs的選擇產(chǎn)品質(zhì)量對(duì)應(yīng)的CVs的選擇問(wèn)題?精餾塔常用控制問(wèn)題精餾塔常用控制問(wèn)題塔頂壓力控制問(wèn)題CV:PMVs:QC,DG,QH,L

與P對(duì)應(yīng)的MV選擇原則與控制方案?塔頂壓力控制問(wèn)題CV:P與P對(duì)應(yīng)的MV選擇原則與控制方案塔頂壓力控制方案方案1.1：MV為塔頂不凝氣流量方案1.2：MV為冷卻劑流量或其它冷卻手段

方案比較與工業(yè)應(yīng)用舉例塔頂壓力控制方案方案1.1：MV為塔頂不凝氣流量方案1簡(jiǎn)化的精餾塔控制問(wèn)題CVs不同的原因分析與應(yīng)用背景介紹W=(F,xF,TF)簡(jiǎn)化的精餾塔控制問(wèn)題CVs不同的原因分析與應(yīng)用背景介紹W=雙組份兩元精餾塔的

物料平衡關(guān)系總物料平衡：輕組分物料平衡：物料平衡方程：雙組份兩元精餾塔的

物料平衡關(guān)系總物料平衡：輕組分物料平衡：塔頂塔底產(chǎn)品分離度

及其影響因素分離度：回流比L/D

對(duì)分離度的影響：塔頂塔底產(chǎn)品分離度

及其影響因素分離度：回流比L/D對(duì)分雙組份二元精餾塔的

產(chǎn)品純度穩(wěn)態(tài)模型物料平衡方程：分離度：雙組份二元精餾塔的

產(chǎn)品純度穩(wěn)態(tài)模型物料平衡方程：分離度：物料平衡條件下

產(chǎn)品純度影響因素分析當(dāng)D/F、L/D不變時(shí)，xF增加，則塔頂產(chǎn)品的純度提高，而塔底產(chǎn)品的純度下降；當(dāng)xF、L/D不變時(shí)，D/F增加，則塔頂產(chǎn)品的純度下降，而塔底產(chǎn)品的純度提高；當(dāng)xF、D/F不變時(shí)，L/D增加（同時(shí)需要V/D增加），兩端產(chǎn)品純度均提高（以能耗換純度）。當(dāng)xF、L/F不變時(shí)，V/F增加，同時(shí)導(dǎo)致L/D下降、D/F增加，塔底產(chǎn)品純度提高，但塔頂產(chǎn)品純度顯著下降。物料平衡條件下

產(chǎn)品純度影響因素分析當(dāng)D/F、L/D不變時(shí)，雙組份二元精餾塔穩(wěn)態(tài)特性在精餾塔操作平穩(wěn)（即塔底液位與回流罐液位穩(wěn)定）的條件下，塔頂與塔底產(chǎn)品純度（xD/xB）主要與進(jìn)料輕組分含量xF、塔頂產(chǎn)品產(chǎn)率D/F與回流比L/D有關(guān)。結(jié)合物料平衡關(guān)系，B/F=1－D/F，對(duì)于液相泡點(diǎn)進(jìn)料，V/D=1+L/D。若進(jìn)料輕組分含量xF變化不大時(shí)，則只要維持產(chǎn)品產(chǎn)率D/F、回流比L/D（或V/D或V/F）基本不變，則產(chǎn)品純度基本不變。雙組份二元精餾塔穩(wěn)態(tài)特性在精餾塔操作平穩(wěn)（即塔底液位與回流罐精餾塔的物料平衡控制問(wèn)題CVs:LD,LBMVs:LorD,QH

orBCVs與MVs如何配對(duì)?物料平衡控制的意義？它與雙液位控制的關(guān)系？精餾塔的物料平衡控制問(wèn)題CVs:LD,LBCVs與物料平衡控制系統(tǒng)的變量配對(duì)方案MVsDLBQHA1CVsLD--LB--A2CVs--LDLB--A3CVsLD----LBA4CVs--LD--LB“就近”原則下的變量配對(duì)方案比較原則：既要滿足控制CVs的基本要求，又要盡可能減少對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響物料平衡控制系統(tǒng)的變量配對(duì)方案MVsDLBQHA1CVsLD物料平衡控制方案A1重點(diǎn)討論系統(tǒng)動(dòng)態(tài)與穩(wěn)態(tài)特性分析干擾輸入：F、V、L；系統(tǒng)輸出：LD、LB、xD、xB物料平衡控制方案A1重點(diǎn)討論系統(tǒng)動(dòng)態(tài)與穩(wěn)態(tài)特性分析物料平衡控制方案A1方案特點(diǎn)（1）使用要求：V足夠大（2）兩液位回路無(wú)耦合（3）干擾因素V的變化對(duì)產(chǎn)品純度影響大物料平衡控制方案A1方案特點(diǎn)方案A1的抗干擾性分析討論：塔底蒸發(fā)量對(duì)產(chǎn)品純度的影響試分析L/F變化對(duì)產(chǎn)品純度的影響方案A1的抗干擾性分析討論：塔底蒸發(fā)量對(duì)產(chǎn)品純度的影響物料平衡控制方案A2系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性分析干擾輸入：xF、V、D；系統(tǒng)輸出：xD、xB物料平衡控制方案A2系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性分析物料平衡控制方案A2方案特點(diǎn)（1）使用要求：V足夠大（2）兩液位回路無(wú)閉環(huán)耦合（3）干擾V對(duì)產(chǎn)品純度影響小（4）不適合于小回流比系統(tǒng)物料平衡控制方案A2方案特點(diǎn)方案A2的抗干擾性分析方案A2的抗干擾性分析物料平衡控制方案A2+與方案A2有何差別？物料平衡控制方案A2+與方案A2有何差別？物料平衡控制方案A3控制方案優(yōu)缺點(diǎn)分析與應(yīng)用場(chǎng)合物料平衡控制方案A3控制方案優(yōu)缺點(diǎn)分析與應(yīng)用場(chǎng)合物料平衡控制方案A4物料平衡？?jī)梢何豢刂苹芈逢P(guān)聯(lián)分析物料平衡控制方案A4物料平衡？小結(jié)當(dāng)精餾塔進(jìn)料組成變化不大，或產(chǎn)品純度要求不高時(shí)，可采用純物料平衡控制。 （1）考慮到控制的快速性，塔底液位宜選擇塔底出料加以控制； （2）而對(duì)于回流罐液位，MV可為塔頂出料或回流量?？紤]到塔底蒸發(fā)量波動(dòng)對(duì)塔頂產(chǎn)品純度的影響，宜選擇回流量作為控制手段。 （3）當(dāng)進(jìn)料量變化頻繁時(shí)，可考慮引入比值控制，以維持D/F、V/F基本不變。小結(jié)當(dāng)精餾塔進(jìn)料組成變化不大，或產(chǎn)品純度要求不高時(shí)，可采塔頂產(chǎn)品純度控制問(wèn)題分析塔底液位合適的變量配對(duì)：

B→LB塔頂配對(duì)方案B1：

L→TR，D→LD塔頂配對(duì)方案B2：

D→TR，L→LD若進(jìn)料組成變化顯著，且僅對(duì)塔頂產(chǎn)品純度要求高，則宜選擇精餾段指標(biāo)控制目標(biāo)。塔頂產(chǎn)品純度控制問(wèn)題分析塔底液位合適的變量配對(duì)：若進(jìn)料組成變塔頂產(chǎn)品純度控制方案B1（1）L

對(duì)TR的控制作用快且強(qiáng)（2）當(dāng)回流比很大時(shí)，難以控制LT22方案特點(diǎn)分析塔頂產(chǎn)品純度控制方案B1（1）L對(duì)TR的控制作用快且強(qiáng)塔頂產(chǎn)品純度控制方案B2容易控制LT22（當(dāng)回流比較大時(shí)）塔頂產(chǎn)品量D

對(duì)TR

的調(diào)節(jié)作用慢回路TC32與LC22之間存在強(qiáng)耦合方案特點(diǎn)分析塔頂產(chǎn)品純度控制方案B2容易控制LT22（當(dāng)回流比較大時(shí)

塔頂產(chǎn)品純度控制方案B2+容易控制LT22（對(duì)于任意D/L）TC32與LC22的耦合較弱塔頂產(chǎn)品量D

對(duì)TR

的調(diào)節(jié)作用迅速與靈敏方案特點(diǎn)分析

塔頂產(chǎn)品純度控制方案B2+容易控制LT22（對(duì)于任意D小結(jié)當(dāng)進(jìn)料組成變化較大且塔頂產(chǎn)品純度要求高時(shí)，需要實(shí)施精餾段質(zhì)量指標(biāo)控制。精餾段質(zhì)量控制方案包括： （1）塔底液位宜選擇物料平衡控制； （2）須保持塔底加熱量的充分； （3）對(duì)于精餾段靈敏板溫度，既可采用塔頂能量平衡控制（L），也可采用物料平衡控制（D或F）。具體采用哪種方案，取決于回流比與回流罐的容量。小結(jié)當(dāng)進(jìn)料組成變化較大且塔頂產(chǎn)品純度要求高時(shí)，需要實(shí)施精餾提餾段指標(biāo)控制問(wèn)題分析塔底合適的變量配對(duì)：

QH→TS，B→LB塔頂配對(duì)方案C1：

D→LD塔頂配對(duì)方案C2：

L→LD若進(jìn)料組成變化顯著，且僅對(duì)塔底產(chǎn)品純度要求高，則宜選擇提餾段指標(biāo)控制。提餾段指標(biāo)控制問(wèn)題分析塔底合適的變量配對(duì)：若進(jìn)料組成變化顯著塔底產(chǎn)品純度控制方案C1控制方案特點(diǎn)分析蒸汽量QH

對(duì)TS

的調(diào)節(jié)靈敏為減少塔頂產(chǎn)物中可能含有的重組分，需要確保充分大的回流量（為什么？）。塔底產(chǎn)品純度控制方案C1控制方案特點(diǎn)分析塔底產(chǎn)品純度控制方案C2（1）加熱蒸汽量QH

對(duì)TS

的調(diào)節(jié)靈敏（2）回流量L

與蒸發(fā)量V自動(dòng)平衡，可減少能耗（3）TC31與LC22存在耦合

控制方案特點(diǎn)分析塔底產(chǎn)品純度控制方案C2（1）加熱蒸汽量QH對(duì)TS的塔底產(chǎn)品純度控制方案C2+若進(jìn)料的輕組分含量增大，則控制系統(tǒng)如何響應(yīng)？塔底產(chǎn)品純度控制方案C2+若進(jìn)料的輕組分含量增大，則控制系小結(jié)當(dāng)進(jìn)料組成變化較大且塔底產(chǎn)品純度要求高時(shí)，需要實(shí)施提餾段質(zhì)量指標(biāo)控制。提餾段質(zhì)量控制包括： （1）塔底液位宜選擇物料平衡控制，塔底產(chǎn)品純度宜選擇能量平衡控制； （2）須保持塔頂回流量的充分； （3）而對(duì)于回流罐液位，既可采用能量平衡控制（L），也可用物料平衡控制（D或F）。小結(jié)當(dāng)進(jìn)料組成變化較大且塔底產(chǎn)品純度要求高時(shí)，需要實(shí)施提餾兩端產(chǎn)品純度控制問(wèn)題分析塔底合適的變量配對(duì)：

B→LB，QH→TS塔頂配對(duì)方案D1：

D→LD，L→TR塔頂配對(duì)方案D2：

L→LD，D→TR分析方法：先考慮兩液位的平衡控制，使被控過(guò)程成為穩(wěn)定對(duì)象；再對(duì)新對(duì)象進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，最后選擇合適的控制方案。配對(duì)D1與D2，哪個(gè)好？?jī)啥水a(chǎn)品純度控制問(wèn)題分析塔底合適的變量配對(duì)：分析方法：先考慮物料平衡控制下的穩(wěn)定對(duì)象#1分析該對(duì)象對(duì)于u1,u2

階躍變化的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，并估計(jì)穩(wěn)態(tài)增益矩陣各元素的正負(fù)物料平衡控制下的穩(wěn)定對(duì)象#1分析該對(duì)象對(duì)于u1,u2穩(wěn)定對(duì)象#1的關(guān)聯(lián)分析穩(wěn)態(tài)增益方程：相對(duì)增益為：相對(duì)增益矩陣為：假設(shè)則……K11<0，K12>0，K21<0，K22>0，穩(wěn)定對(duì)象#1的關(guān)聯(lián)分析穩(wěn)態(tài)增益方程：相對(duì)增益為：相對(duì)增益矩陣物料平衡控制下的穩(wěn)定對(duì)象#2分析該對(duì)象輸出y1,y2對(duì)于u1,u2

階躍變化的穩(wěn)態(tài)增益矩陣，并估計(jì)該矩陣各元素的正負(fù)物料平衡控制下的穩(wěn)定對(duì)象#2分析該對(duì)象輸出y1,y2對(duì)穩(wěn)定對(duì)象#2的關(guān)聯(lián)分析穩(wěn)態(tài)增益方程：相對(duì)增益為：相對(duì)增益矩陣為：假設(shè)則……K11>0，K12<0，K21>0，K22>0，穩(wěn)定對(duì)象#2的關(guān)聯(lián)分析穩(wěn)態(tài)增益方程：相對(duì)增益為：相對(duì)增益矩陣兩端產(chǎn)品純度控制方案D1結(jié)合穩(wěn)態(tài)增益矩陣，分析TC31與TC32之間的耦合兩端產(chǎn)品純度控制方案D1結(jié)合穩(wěn)態(tài)增益矩陣，分析TC31與兩端產(chǎn)品純度控制方案D2TC31、TC32與LC22關(guān)聯(lián)分析兩端產(chǎn)品純度控制方案D2TC31、TC32與LC22兩端產(chǎn)品純度控制方案D2+TC31、TC32與LC22關(guān)聯(lián)分析兩端產(chǎn)品純度控制方案D2+TC31、TC32與LC22兩端產(chǎn)品純度控制方案討論同時(shí)控制塔頂與塔底產(chǎn)品純度不容易，但有時(shí)為節(jié)能或其它目標(biāo)，仍是很有意義的；最多只有一個(gè)產(chǎn)品流量可用于控制其產(chǎn)品純度（即至少有一個(gè)產(chǎn)品流量需要用于控制液位），另一個(gè)產(chǎn)品純度需要由V

或L來(lái)控制；兩產(chǎn)品純度控制回路可能存在強(qiáng)耦合；為減少耦合，需要采用一些特殊的控制策略，例如解耦、預(yù)測(cè)控制與其它APC（AdvancedProcessControl，先進(jìn)過(guò)程控制）算法兩端產(chǎn)品純度控制方案討論同時(shí)控制塔頂與塔底產(chǎn)品純度不容易，但課堂討論：逆流操作模式#1下

精餾段質(zhì)量指標(biāo)控制CVs:LD,LB

+TRMVs:L

,QH

,F,BDVs:xF、D控制目標(biāo)：平穩(wěn)操作，克服干擾對(duì)塔頂產(chǎn)品質(zhì)量的影響；并自動(dòng)適應(yīng)塔頂產(chǎn)品需求量變化?課堂討論：逆流操作模式#1下

精餾段質(zhì)量指標(biāo)控制CVs:課堂討論：逆流操作模式#2下

提餾段質(zhì)量指標(biāo)控制CVs:LD,LB

+TSMVs:L

,QH,F,DDVs:xF、B控制目標(biāo)：在平穩(wěn)操作的前提下，克服干擾對(duì)塔底產(chǎn)品質(zhì)量的影響；并自動(dòng)適合塔底需求量的變化課堂討論：逆流操作模式#2下

提餾段質(zhì)量指標(biāo)控制CVs:精餾塔控制小結(jié)精餾過(guò)程控制目標(biāo)常規(guī)多回路控制方案 塔頂壓力控制，進(jìn)料溫度（或熱焓）控制，塔底與回流罐液位控制，塔頂與/或塔底產(chǎn)品純度控制，主要干擾（如進(jìn)料量）的前饋控制等先進(jìn)控制策略的應(yīng)用 產(chǎn)品純度的在線分析與閉環(huán)控制，基于模型的多變量預(yù)測(cè)控制，實(shí)時(shí)操作優(yōu)化等精餾塔控制小結(jié)精餾過(guò)程控制目標(biāo)精餾塔控制方案設(shè)計(jì)戴連奎浙江大學(xué)控制學(xué)院2017/06/08精餾塔控制方案設(shè)計(jì)戴連奎問(wèn)題討論CVs(被控變量):P,LD,LB,TR/xD,TS/xBMVs(操作變量):D,B,L,QH,QC,DGDVs:F,xF,TF試設(shè)計(jì)你的多回路控制系統(tǒng)以滿足工藝要求，并減少回路間的耦合。問(wèn)題討論CVs(被控變量):MVs(操作變量):DVs內(nèi)容精餾塔的工藝原理精餾塔的操作目標(biāo)與控制問(wèn)題精餾塔的壓力控制雙組份二元精餾塔的穩(wěn)態(tài)特性分析精餾塔的物料平衡控制精餾段質(zhì)量指標(biāo)控制提餾段質(zhì)量指標(biāo)控制兩端質(zhì)量指標(biāo)控制內(nèi)容精餾塔的工藝原理兩元精餾過(guò)程典型工藝流程過(guò)程描述分離原理平衡條件兩元精餾過(guò)程典型工藝流程過(guò)程描述精餾分離基礎(chǔ)：氣液平衡的概念對(duì)于某一乙醇水溶液，在常壓條件下，加熱直至沸騰，待沸騰后通過(guò)控制加熱量使系統(tǒng)溫度T保持恒定。開(kāi)始階段，氣體量增加、液體量下降。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，液體量不再減少（即蒸發(fā)量與冷凝量相同），系統(tǒng)達(dá)到“氣液平衡”狀態(tài)。（1）水的沸點(diǎn)為100℃，乙醇的沸點(diǎn)為78.3℃，乙醇水溶液可能的沸點(diǎn)？（2）氣液平衡條件下，液態(tài)、氣態(tài)中乙醇摩爾分?jǐn)?shù)xi與yi的大小比較。精餾分離基礎(chǔ)：氣液平衡的概念對(duì)于某一乙醇水溶液，在常壓條件下分離基礎(chǔ)：相對(duì)揮發(fā)度概念相對(duì)揮發(fā)度分離基礎(chǔ)：相對(duì)揮發(fā)度概念相對(duì)乙醇水溶液的氣液平衡曲線乙醇水溶液的氣液平衡曲線乙醇水溶液的相對(duì)揮發(fā)度曲線

相對(duì)揮發(fā)度的物理意義乙醇水溶液的相對(duì)揮發(fā)度曲線相對(duì)揮發(fā)度的物理意義單層塔板計(jì)算舉例假設(shè)某一乙醇水溶液中的質(zhì)量百分比為30m%，乙醇對(duì)應(yīng)的摩爾分?jǐn)?shù)為為計(jì)算方便，假設(shè)乙醇水體系常壓下的相對(duì)揮發(fā)度不變，a=5，則以下方程成立：求解，得：x=0.025,y=0.1135,T=96.0℃單層塔板計(jì)算舉例假設(shè)某一乙醇水溶液中的質(zhì)量百分比為30m%，三層塔板計(jì)算示例xi=0.025,yi=0.1135,Ti=96.0℃xi+1=0.1135,yi+1=0.3906,Ti=89.0℃xi=????,yi=0.025,Ti=????℃三層塔板計(jì)算示例xi=0.025,yi=0.11全回流下雙組份精餾塔

塔頂塔底分離度分離度：全回流下分離度的影響因素：平均揮發(fā)度塔板效率塔板數(shù)精餾塔的分離要求與塔板數(shù)選擇全回流下雙組份精餾塔

塔頂塔底分離度分離度：全回流下分離度的正常操作過(guò)程中

塔頂塔底產(chǎn)品分離度影響因素分離度：回流比L/D

對(duì)分離度的影響：變量意義分析精餾塔中的溫度分布與輕組分的濃度分布正常操作過(guò)程中

塔頂塔底產(chǎn)品分離度影響因素分離度：回流比L精餾塔的操作目標(biāo)確保操作安全性與平穩(wěn)性 具體包括塔壓、塔底與回流罐液位的平穩(wěn)，并避免異常工況（如漏塔、液泛等）的出現(xiàn)控制產(chǎn)品的純度與成份 涉及塔底、塔頂產(chǎn)品純度的檢測(cè)與控制，很多塔只有一端出料作為產(chǎn)品，少數(shù)塔兩端出料均為產(chǎn)品增加產(chǎn)品產(chǎn)率與產(chǎn)量 產(chǎn)品產(chǎn)率通?？捎卯a(chǎn)品量與進(jìn)料的比值來(lái)表示降低操作能耗 涉及塔底熱能耗與塔頂冷能耗精餾塔的操作目標(biāo)確保操作安全性與平穩(wěn)性精餾過(guò)程產(chǎn)品純度、

產(chǎn)品回收率與能耗的關(guān)系產(chǎn)品回收率：能量消耗：V/F精餾過(guò)程產(chǎn)品純度、

產(chǎn)品回收率與能耗的關(guān)系產(chǎn)品回收率：能量消精餾塔CVs與MVs的選擇產(chǎn)品質(zhì)量對(duì)應(yīng)的CVs的選擇問(wèn)題?精餾塔CVs與MVs的選擇產(chǎn)品質(zhì)量對(duì)應(yīng)的CVs的選擇問(wèn)題?精餾塔常用控制問(wèn)題精餾塔常用控制問(wèn)題塔頂壓力控制問(wèn)題CV:PMVs:QC,DG,QH,L

與P對(duì)應(yīng)的MV選擇原則與控制方案?塔頂壓力控制問(wèn)題CV:P與P對(duì)應(yīng)的MV選擇原則與控制方案塔頂壓力控制方案方案1.1：MV為塔頂不凝氣流量方案1.2：MV為冷卻劑流量或其它冷卻手段

方案比較與工業(yè)應(yīng)用舉例塔頂壓力控制方案方案1.1：MV為塔頂不凝氣流量方案1簡(jiǎn)化的精餾塔控制問(wèn)題CVs不同的原因分析與應(yīng)用背景介紹W=(F,xF,TF)簡(jiǎn)化的精餾塔控制問(wèn)題CVs不同的原因分析與應(yīng)用背景介紹W=雙組份兩元精餾塔的

物料平衡關(guān)系總物料平衡：輕組分物料平衡：物料平衡方程：雙組份兩元精餾塔的

物料平衡關(guān)系總物料平衡：輕組分物料平衡：塔頂塔底產(chǎn)品分離度

及其影響因素分離度：回流比L/D

對(duì)分離度的影響：塔頂塔底產(chǎn)品分離度

及其影響因素分離度：回流比L/D對(duì)分雙組份二元精餾塔的

產(chǎn)品純度穩(wěn)態(tài)模型物料平衡方程：分離度：雙組份二元精餾塔的

產(chǎn)品純度穩(wěn)態(tài)模型物料平衡方程：分離度：物料平衡條件下

產(chǎn)品純度影響因素分析當(dāng)D/F、L/D不變時(shí)，xF增加，則塔頂產(chǎn)品的純度提高，而塔底產(chǎn)品的純度下降；當(dāng)xF、L/D不變時(shí)，D/F增加，則塔頂產(chǎn)品的純度下降，而塔底產(chǎn)品的純度提高；當(dāng)xF、D/F不變時(shí)，L/D增加（同時(shí)需要V/D增加），兩端產(chǎn)品純度均提高（以能耗換純度）。當(dāng)xF、L/F不變時(shí)，V/F增加，同時(shí)導(dǎo)致L/D下降、D/F增加，塔底產(chǎn)品純度提高，但塔頂產(chǎn)品純度顯著下降。物料平衡條件下

產(chǎn)品純度影響因素分析當(dāng)D/F、L/D不變時(shí)，雙組份二元精餾塔穩(wěn)態(tài)特性在精餾塔操作平穩(wěn)（即塔底液位與回流罐液位穩(wěn)定）的條件下，塔頂與塔底產(chǎn)品純度（xD/xB）主要與進(jìn)料輕組分含量xF、塔頂產(chǎn)品產(chǎn)率D/F與回流比L/D有關(guān)。結(jié)合物料平衡關(guān)系，B/F=1－D/F，對(duì)于液相泡點(diǎn)進(jìn)料，V/D=1+L/D。若進(jìn)料輕組分含量xF變化不大時(shí)，則只要維持產(chǎn)品產(chǎn)率D/F、回流比L/D（或V/D或V/F）基本不變，則產(chǎn)品純度基本不變。雙組份二元精餾塔穩(wěn)態(tài)特性在精餾塔操作平穩(wěn)（即塔底液位與回流罐精餾塔的物料平衡控制問(wèn)題CVs:LD,LBMVs:LorD,QH

orBCVs與MVs如何配對(duì)?物料平衡控制的意義？它與雙液位控制的關(guān)系？精餾塔的物料平衡控制問(wèn)題CVs:LD,LBCVs與物料平衡控制系統(tǒng)的變量配對(duì)方案MVsDLBQHA1CVsLD--LB--A2CVs--LDLB--A3CVsLD----LBA4CVs--LD--LB“就近”原則下的變量配對(duì)方案比較原則：既要滿足控制CVs的基本要求，又要盡可能減少對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響物料平衡控制系統(tǒng)的變量配對(duì)方案MVsDLBQHA1CVsLD物料平衡控制方案A1重點(diǎn)討論系統(tǒng)動(dòng)態(tài)與穩(wěn)態(tài)特性分析干擾輸入：F、V、L；系統(tǒng)輸出：LD、LB、xD、xB物料平衡控制方案A1重點(diǎn)討論系統(tǒng)動(dòng)態(tài)與穩(wěn)態(tài)特性分析物料平衡控制方案A1方案特點(diǎn)（1）使用要求：V足夠大（2）兩液位回路無(wú)耦合（3）干擾因素V的變化對(duì)產(chǎn)品純度影響大物料平衡控制方案A1方案特點(diǎn)方案A1的抗干擾性分析討論：塔底蒸發(fā)量對(duì)產(chǎn)品純度的影響試分析L/F變化對(duì)產(chǎn)品純度的影響方案A1的抗干擾性分析討論：塔底蒸發(fā)量對(duì)產(chǎn)品純度的影響物料平衡控制方案A2系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性分析干擾輸入：xF、V、D；系統(tǒng)輸出：xD、xB物料平衡控制方案A2系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性分析物料平衡控制方案A2方案特點(diǎn)（1）使用要求：V足夠大（2）兩液位回路無(wú)閉環(huán)耦合（3）干擾V對(duì)產(chǎn)品純度影響?。?）不適合于小回流比系統(tǒng)物料平衡控制方案A2方案特點(diǎn)方案A2的抗干擾性分析方案A2的抗干擾性分析物料平衡控制方案A2+與方案A2有何差別？物料平衡控制方案A2+與方案A2有何差別？物料平衡控制方案A3控制方案優(yōu)缺點(diǎn)分析與應(yīng)用場(chǎng)合物料平衡控制方案A3控制方案優(yōu)缺點(diǎn)分析與應(yīng)用場(chǎng)合物料平衡控制方案A4物料平衡？?jī)梢何豢刂苹芈逢P(guān)聯(lián)分析物料平衡控制方案A4物料平衡？小結(jié)當(dāng)精餾塔進(jìn)料組成變化不大，或產(chǎn)品純度要求不高時(shí)，可采用純物料平衡控制。 （1）考慮到控制的快速性，塔底液位宜選擇塔底出料加以控制； （2）而對(duì)于回流罐液位，MV可為塔頂出料或回流量?？紤]到塔底蒸發(fā)量波動(dòng)對(duì)塔頂產(chǎn)品純度的影響，宜選擇回流量作為控制手段。 （3）當(dāng)進(jìn)料量變化頻繁時(shí)，可考慮引入比值控制，以維持D/F、V/F基本不變。小結(jié)當(dāng)精餾塔進(jìn)料組成變化不大，或產(chǎn)品純度要求不高時(shí)，可采塔頂產(chǎn)品純度控制問(wèn)題分析塔底液位合適的變量配對(duì)：

B→LB塔頂配對(duì)方案B1：

L→TR，D→LD塔頂配對(duì)方案B2：

D→TR，L→LD若進(jìn)料組成變化顯著，且僅對(duì)塔頂產(chǎn)品純度要求高，則宜選擇精餾段指標(biāo)控制目標(biāo)。塔頂產(chǎn)品純度控制問(wèn)題分析塔底液位合適的變量配對(duì)：若進(jìn)料組成變塔頂產(chǎn)品純度控制方案B1（1）L

對(duì)TR的控制作用快且強(qiáng)（2）當(dāng)回流比很大時(shí)，難以控制LT22方案特點(diǎn)分析塔頂產(chǎn)品純度控制方案B1（1）L對(duì)TR的控制作用快且強(qiáng)塔頂產(chǎn)品純度控制方案B2容易控制LT22（當(dāng)回流比較大時(shí)）塔頂產(chǎn)品量D

對(duì)TR

的調(diào)節(jié)作用慢回路TC32與LC22之間存在強(qiáng)耦合方案特點(diǎn)分析塔頂產(chǎn)品純度控制方案B2容易控制LT22（當(dāng)回流比較大時(shí)

塔頂產(chǎn)品純度控制方案B2+容易控制LT22（對(duì)于任意D/L）TC32與LC22的耦合較弱塔頂產(chǎn)品量D

對(duì)TR

的調(diào)節(jié)作用迅速與靈敏方案特點(diǎn)分析

塔頂產(chǎn)品純度控制方案B2+容易控制LT22（對(duì)于任意D小結(jié)當(dāng)進(jìn)料組成變化較大且塔頂產(chǎn)品純度要求高時(shí)，需要實(shí)施精餾段質(zhì)量指標(biāo)控制。精餾段質(zhì)量控制方案包括： （1）塔底液位宜選擇物料平衡控制； （2）須保持塔底加熱量的充分； （3）對(duì)于精餾段靈敏板溫度，既可采用塔頂能量平衡控制（L），也可采用物料平衡控制（D或F）。具體采用哪種方案，取決于回流比與回流罐的容量。小結(jié)當(dāng)進(jìn)料組成變化較大且塔頂產(chǎn)品純度要求高時(shí)，需要實(shí)施精餾提餾段指標(biāo)控制問(wèn)題分析塔底合適的變量配對(duì)：

QH→TS，B→LB塔頂配對(duì)方案C1：

D→LD塔頂配對(duì)方案C2：

L→LD若進(jìn)料組成變化顯著，且僅對(duì)塔底產(chǎn)品純度要求高，則宜選擇提餾段指標(biāo)控制。提餾段指標(biāo)控制問(wèn)題分析塔底合適的變量配對(duì)：若進(jìn)料組成變化顯著塔底產(chǎn)品純度控制方案C1控制方案特點(diǎn)分析蒸汽量QH

對(duì)TS

的調(diào)節(jié)靈敏為減少塔頂產(chǎn)物中可能含有的重組分，需要確保充分大的回流量（為什么？）。塔底產(chǎn)品純度控制方案C1控制方案特點(diǎn)分析塔底產(chǎn)品純度控制方案C2（1）加熱蒸汽量QH

對(duì)TS

的調(diào)節(jié)靈敏（2）回流量L

與蒸發(fā)量V自動(dòng)平衡，可減少能耗（3）TC31與LC22存在耦合

控制方案特點(diǎn)分析塔底產(chǎn)品純度控制方案C2（1）加熱蒸汽量QH對(duì)TS的塔底產(chǎn)品純度控制方案C2+若進(jìn)料的輕組分含量增大，則控制系統(tǒng)如何響應(yīng)？塔底產(chǎn)品純度控制方案C2+若進(jìn)料的輕組分含量增大，則控制系小結(jié)當(dāng)進(jìn)料組成變化較大且塔底產(chǎn)品純度要求高時(shí)，需要實(shí)施提餾段質(zhì)量指標(biāo)控制。提餾段質(zhì)量控制包括： （1）塔底液位宜選擇物料平衡控制，塔底產(chǎn)品純度宜選擇能量平衡控制； （2）須保持塔頂回流量的充分； （3）而對(duì)于回流罐液位，既可采用能量平衡控制（L），也可用物料平衡控制（D或F）。小結(jié)當(dāng)進(jìn)料組成變化較大且塔底產(chǎn)品純度要求高時(shí)，需要實(shí)施提餾兩端產(chǎn)品純度控制問(wèn)題分析塔底合適的變量配對(duì)：

B→LB，QH→TS塔頂配對(duì)方案D1：

D→LD，L→TR塔頂配對(duì)方案D2：

L→LD，D→TR分析方法：先考慮兩液位的平衡控制，使被控過(guò)程成為穩(wěn)定對(duì)象；再對(duì)新對(duì)象進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，最后選擇合適的控制方案。配對(duì)D1與D2，哪個(gè)好？?jī)啥水a(chǎn)品純度控制問(wèn)題分析塔底合適的變量配對(duì)：分析方法：先考慮物料平衡控制下的穩(wěn)定對(duì)象#1分析