(46)-8.3 精餾塔的控制-精餾塔的基本控制

《過程控制工程》

“ProcessControlEngineering”

第八章-精餾塔的控制-精餾塔的基本控制本節(jié)目錄CONTENS1精餾塔的被控變量2精餾塔控制的變量配對原則（Shinsky）3精餾塔的基本控制1.精餾塔的被控變量精餾塔直接控制目標(biāo)是兩端的產(chǎn)品質(zhì)量，即xD和xB實際應(yīng)用時，絕大多數(shù)精餾塔采用間接質(zhì)量指標(biāo)精餾段溫度控制的控制場合塔頂產(chǎn)品成分要求比對塔底產(chǎn)品成分的要求嚴(yán)格；全部為氣相進料；塔底或提餾段溫度不能很好反映組分的變化，即組分變化時，提餾段塔板溫度變化不顯著，或進料含比塔底產(chǎn)品更重的影響溫度和成分關(guān)系的重雜質(zhì)1.精餾塔的被控變量精餾段溫度控制方案-塔頂溫度控制直接反映產(chǎn)品質(zhì)量，但鄰近塔頂處塔板之間的溫度差很小產(chǎn)品中的雜質(zhì)影響產(chǎn)品的沸點，造成對溫度的擾動很少采用，常用于石油產(chǎn)品按沸點的初級切割餾分處理1.精餾塔的被控變量精餾段溫度控制方案-精餾段靈敏板溫度控制快速反映產(chǎn)品成分的變化靈敏板與上下塔板之間有最大濃度梯度，具有快速過程動態(tài)響應(yīng)和較大增益因塔板效率不易準(zhǔn)確估計，靈敏板位置確定較困難應(yīng)用最廣1.精餾塔的被控變量國家級精品課程-過程控制工程精餾段溫度控制方案-精餾段中溫控制中溫指加料板稍上或稍下塔板，或加料板溫度可以兼顧塔頂和塔底成分，及時發(fā)現(xiàn)操作線的變化不能及時反映塔頂或塔底產(chǎn)品成分不能用于分離要求較高，進料濃度變化較大的應(yīng)用場合1.精餾塔的被控變量提餾段溫度控制的控制場合塔底產(chǎn)品成分要求比對塔頂產(chǎn)品成分的要求嚴(yán)格；全部為液相進料；塔頂或精餾段溫度不能很好反映組分的變化，即組分變化時，精餾段塔板溫度變化不顯著，或進料含比塔頂產(chǎn)品更輕的影響溫度和成分關(guān)系的輕雜質(zhì)采用回流控制時，回流量較大，它的微小變化對產(chǎn)品成分影響不顯著，而較大變化又會影響精餾塔平穩(wěn)操作的場合1.精餾塔的被控變量提餾段溫度控制的控制方案溫度檢測點位置也可分為塔底溫度、靈敏板溫度和中溫控制等。操縱變量可選擇再沸器加熱蒸汽量VS或塔底采出量B可將塔頂采出量D作為操縱變量，但應(yīng)用較少?？刂撇呗耘c精餾段溫度控制類似1.精餾塔的被控變量壓力補償?shù)臏囟瓤刂扑鹤兓蚓芫s等控制要求較高時，微小壓力變化將影響溫度和成分之間的關(guān)系，因此，需對溫度進行壓力的補償補償方法：溫差控制、雙溫差控制和補償計算控制1.精餾塔的被控變量壓力補償?shù)臏夭羁刂票３炙敚ɑ蛩祝┊a(chǎn)品純度不變?yōu)榍疤?，塔壓變化對兩個塔板上的溫度有幾乎相同的變化，因此，溫度差可保持不變。選擇塔頂（或稍下）或塔底（或稍上）溫度作為基準(zhǔn)溫度（溫度和成分保持基本不變）。另一點溫度選擇靈敏板溫度要合理設(shè)置溫差設(shè)定值用于分離要求較高的精密精餾。例如，苯-甲苯-二甲苯、乙烯-乙烷、丙烯-丙烷等精密精餾1.精餾塔的被控變量壓力補償?shù)碾p溫差控制進料對精餾段溫差的影響和對提餾段溫差的影響相同，因此，可用雙溫差控制來補償因進料流量變化造成的對溫差的影響要合理設(shè)置雙溫差設(shè)定值雙溫差=提餾段溫差-精餾段溫差適用進料流量變化較大，引起塔內(nèi)成分變化和塔內(nèi)壓降變化的應(yīng)用場合1.精餾塔的被控變量壓力補償?shù)臏夭羁刂瓢茨Ｐ陀嬎銣囟仍O(shè)定值：實施時注意事項：塔壓信號需進行濾波溫度檢測點位置應(yīng)合適補償系數(shù)應(yīng)合適適用場合：需要進行塔壓補償?shù)母黝惥s過程2.精餾塔控制的變量配對原則（Shinsky）當(dāng)僅需要控制塔的一端產(chǎn)品時，應(yīng)選用物料平衡方式控制該端產(chǎn)品的質(zhì)量；塔兩端產(chǎn)品流量較小者，應(yīng)作為操縱變量去控制塔的產(chǎn)品質(zhì)量；當(dāng)塔兩端產(chǎn)品均需按質(zhì)量指標(biāo)控制時，一般對含純產(chǎn)品較少，雜質(zhì)較多的一端采用物料平衡方式控制其質(zhì)量；對含純產(chǎn)品較多，雜質(zhì)較少的一端采用能量平衡方式控制其質(zhì)量3.精餾塔的基本控制精餾塔控制的產(chǎn)品開環(huán)控制：固定回流量LR和蒸汽量VS可使D和B固定，能保證產(chǎn)品成分的恒定3.精餾塔的基本控制精餾塔控制的產(chǎn)品開環(huán)控制固定塔頂餾出量D和蒸汽量VS回流比（LR

/D）很大時，控制餾出量D比控制回流量LR更有利，操作更平穩(wěn)3.精餾塔的基本控制精餾塔控制的產(chǎn)品開環(huán)控制固定塔底采出量B和回流量LR控制B，可使VS固定，并保證產(chǎn)品成分的恒定3.精餾塔的基本控制精餾塔控制-按精餾段指標(biāo)的控制-直接物料平衡控制適用于塔頂餾出量D很小（回流比很大）和回流罐容積較小的精餾物料和能量平衡之間的關(guān)聯(lián)最小產(chǎn)品不合格時不出料控制回路的滯后大，改變D后，需經(jīng)回流罐液位變化并影響回流量，再影響溫度，動態(tài)響應(yīng)較差精餾段溫度或成分作為被控變量的控制操縱變量是產(chǎn)品出料（直接物料平衡控制）D波動大，將D作為溫度控制副環(huán)，組成串級控制系統(tǒng)進料F波動大且不可控，組成前饋反饋控制進料經(jīng)預(yù)熱時，可組成熱焓控制3.精餾塔的基本控制精餾塔控制-按精餾段指標(biāo)的控制-間接物料平衡控制適用于回流比（LR/D）<0.8及需要動態(tài)響應(yīng)快速的精餾控制作用及時，溫度變化時通過回流量控制動態(tài)響應(yīng)快，有利克服擾動影響內(nèi)回流受外界環(huán)境溫度影響大能量和物料平衡之間的關(guān)聯(lián)大精餾段溫度或成分作為被控變量的控制操縱變量是回流量（間接物料平衡控制）環(huán)境溫度影響大，可組成內(nèi)回流控制系統(tǒng)回流比波動大，組成回流比為副環(huán)的串級控制系統(tǒng)進料波動大，組成前饋反饋控制；進料經(jīng)預(yù)熱時，可組成熱焓控制3.精餾塔的基本控制精餾塔控制-按提餾段指標(biāo)的控制-直接物料平衡控制適用于B很小，且B/VS<0.2的精餾物料和能量平衡之間的關(guān)聯(lián)最小產(chǎn)品不合格時不出料塔底采出量B較小時，操作較平穩(wěn)動態(tài)響應(yīng)較差，滯后較大，液位控制回路存在反向特性提餾段溫度或成分作為被控變量的控制操縱變量是產(chǎn)品出料（直接物料平衡控制）B波動大，將B作為溫度控制副環(huán)，組成串級控制系統(tǒng)進料F波動大且不可控，組成前饋反饋控制進料經(jīng)預(yù)熱時，可組成熱焓控制3.精餾塔的基本控制精餾塔控制-按提餾段指標(biāo)的控制-間接物料平衡控制適用于V/F<2.0的精餾響應(yīng)快、滯后小迅速克服進入精餾塔的擾動影響物料平衡和能量平衡關(guān)系有較大關(guān)聯(lián)提餾段溫度或成分作為被控變量的控制操縱變量是再沸器加熱量（間接物料平衡控制）加熱蒸汽壓力波動大，將其壓力或流量作為溫度控制副環(huán)，組成串級控制系統(tǒng)進料F波動大且不可控，組成前饋反饋控制進料經(jīng)預(yù)熱時，可組成熱焓控制3.精餾塔的基本控制精餾塔控制-塔壓控制塔壓控制的必要性塔壓變化會引起塔板上汽液平衡關(guān)系的變化，影響塔的平穩(wěn)操作用溫度反映塔的質(zhì)量指標(biāo)時，溫度和成分的對應(yīng)關(guān)系是在一定塔壓下才成立塔壓的影響增加塔壓，可提高混合液的沸點,有利于減少冷量降低塔壓，可降低混合物的沸點，可防止分解3.精餾塔的基本控制精餾塔控制-塔壓控制-加壓塔塔壓控制-液相采出應(yīng)用場合：液相采出，餾出物含大量不凝物的精餾塔控制策略：直接排放不凝氣體，保持塔壓恒定控制方案：控制回流罐氣相排出量，動態(tài)響應(yīng)快3.精餾塔的基本控制精餾塔控制-塔壓控制-加壓塔塔壓控制-液相采出應(yīng)用場合：液相采出，餾出物含少量不凝物的精餾塔。不凝氣體量小于塔頂總氣相流量的2%；只有部分時間產(chǎn)生干氣時控制策略：調(diào)節(jié)冷量，間歇排放不凝氣體，保持塔壓恒定控制方案：組成分程控制系統(tǒng)。先通過改變冷卻劑量，然后，如塔壓不降，則排放不凝性氣體，降低塔壓3.精餾塔的基本控制精餾塔控制-塔壓控制-加壓塔塔壓控制-液相采出應(yīng)用場合：液相采出，餾出物含微量不凝物或氣相全部冷凝的精餾塔?？刂品桨福褐苯诱{(diào)節(jié)冷量的塔壓控制系統(tǒng)最節(jié)省冷卻水量動態(tài)響應(yīng)差動態(tài)響應(yīng)較靈敏。但液位變化對壓力影響較小，而壓力變化對液位影響較大。

3.精餾塔的基本控制精餾塔控制-塔壓控制-加壓塔塔壓控制-氣相采出應(yīng)用場合：氣相采出的精餾塔?？刂品桨福核簽楸豢刈兞?，氣相采出量為操縱變量組成單回路控制系統(tǒng)塔壓和氣相采出量組成串級均勻控制系統(tǒng)3.精餾塔的基本控制精餾塔控制-塔壓控制-減壓塔塔壓控制蒸汽噴射泵抽真空：控制方案：蒸汽噴射壓力定值控制系統(tǒng)電動真空泵抽真空：控制方案：塔壓為被控變量，不凝氣量為操縱變量的單回路控制系統(tǒng)3.精餾塔的基本控制精餾塔控制-塔壓控制-常壓塔塔壓控制控制方案：不需要壓力控制系統(tǒng)。僅需在精餾設(shè)備（冷凝器或回流罐）上設(shè)置一個通大氣的管道，用于平衡壓力。如果空氣進入塔內(nèi)會影響產(chǎn)品質(zhì)量或引起事故時，或?qū)λ攭毫Φ姆€(wěn)定要求較高時