物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù) 課件 C過控第五章 精餾塔設備控制

第五章

精餾塔設備控制問題討論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試設計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。內(nèi)容精餾塔工藝原理與控制問題精餾塔壓力控制(A)物料平衡控制分離產(chǎn)品純度控制

(B)塔頂產(chǎn)品純度單端控制

(C)塔底產(chǎn)品純度單端控制

(D)兩端產(chǎn)品純度控制其它控制方案兩元精餾過程典型工藝流程過程描述平衡條件控制目標CVs選擇?精餾塔控制目標確保操作安全性與穩(wěn)定性控制產(chǎn)品的純度與成份增加產(chǎn)品產(chǎn)率與產(chǎn)量降低操作能耦CVs與MVs的選擇精餾塔控制問題塔頂壓力控制問題CV:PMVs:QC,DG,V,L

DVs:F,xFMV選擇與控制方案?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)應用舉例簡化的精餾塔控制問題物料平衡控制問題

（即雙液位控制）CVs:LD,LBMVs:LorD,QV

orBDVs:F,xFCVs與MVs如何配對?物料平衡控制系統(tǒng)的變量配對“就近”原則下的變量配對基本方案MVsDLBVA1CVsLD--LB--A2CVs--LDLB--A3CVsLD----LBA4CVs--LD--LB物料平衡控制方案A1方案特點（1）兩液位回路無耦合（2）蒸發(fā)量V的變化對控制系統(tǒng)的影響大物料平衡控制方案A2方案特點（1）兩液位回路無閉環(huán)耦合（2）蒸發(fā)量V的變化對控制系統(tǒng)的影響?。?）不適合于小回流比系統(tǒng)物料平衡控制方案A2+控制方案特點分析物料平衡控制方案A3控制方案優(yōu)缺點分析物料平衡控制方案A4兩液位控制回路關聯(lián)分析物料平衡控制下

產(chǎn)品純度影響因素分析對于雙組分塔，影響塔頂（與塔底）產(chǎn)品純度的因素：xF,D/F,L/D（或V/D）雙組份兩元精餾塔的

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

及其影響因素分離度：回流比L/D

對分離度的影響：變量意義分析進料組成變化

對產(chǎn)品不純度的影響某雙組份精餾塔，塔板數(shù)n=16，塔板效率E=0.816，輕重組份平均分離度α=2.0。操作參數(shù)：頂產(chǎn)品產(chǎn)率D/F=0.5;回流比L/D=2.5物理意義分析D/F與L/D變化

對產(chǎn)品不純度的影響物料平衡控制下

產(chǎn)品純度影響因素分析小結(jié)對于雙組分塔，影響產(chǎn)品純度的因素：xF,D/F,L/D（或V/D）當D/F、L/D不變時，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xF、L/D不變時，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xF、D/F不變時，L/D（或V/D、V/F）增加，塔頂與塔底產(chǎn)品的純度均提高（以能耗換純度）。產(chǎn)品純度的在線檢測方法直接檢測方法

(1)在線成份分析儀（色譜、光譜與質(zhì)譜法）

(2)基于過程測量信息的軟測量儀間接測量手段

(1)塔壓穩(wěn)定時的精餾段或提餾段靈敏板溫度

(2)經(jīng)壓力補償?shù)撵`敏板溫度

(3)靈敏板溫度與塔頂（或塔底）溫度之溫差精餾塔產(chǎn)品純度控制問題(D)(B)(C)塔頂產(chǎn)品純度控制問題CVs:LD,TR,LBMVs:L,D,QV

orBDVs:F,xFCVs&MVs如何配對?塔頂產(chǎn)品純度控制系統(tǒng)的

變量配對方案MVsDLBVB1CVsLDTRLB--B2CVsTRLDLB--B3CVsLDTR--LBB4CVsTRLD--LB塔頂產(chǎn)品純度控制方案B1（1）L

對TR的控制作用快且強（2）回流量快速變化對塔的操作影響大（3）當回流比很大時，難以控制LT22方案特點分析塔頂產(chǎn)品純度控制方案B2方案特點分析：容易控制LT22（當回流比較大時）塔頂產(chǎn)品量D

對TR

的調(diào)節(jié)作用慢回路TC32與LC22之間存在強耦合塔頂產(chǎn)品純度控制方案B2+方案特點分析：容易控制LT22（對于任意D/L）TC32與LC22的耦合較弱塔頂產(chǎn)品量D

對TR

的調(diào)節(jié)作用迅速與靈敏塔底產(chǎn)品純度控制問題CVs:LD,TS,LBMVs:L,D,QV

orBDVs:F,xFCVs&MVs如何配對?塔底產(chǎn)品純度控制系統(tǒng)的

變量配對方案MVsDLBVC1CVsLD--LBTSC2CVsLD--TSLBC3CVs--LDLBTSC4CVs--LDTSLB塔底產(chǎn)品純度控制方案C1控制方案特點分析蒸汽量QV

對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C2控制方案特點分析容易控制LD

若B<<VB

對TS的控制作用慢回路間耦合嚴重需要確保充分大的回流量，導致能耗較大。.

塔底產(chǎn)品純度控制方案C3（1）加熱蒸汽量QV

對TS

的調(diào)節(jié)靈敏（2）回流量L

與蒸發(fā)量V自動平衡，可減少能耗（3）TC31與LC22耦合嚴重

控制方案特點分析塔底產(chǎn)品純度控制方案C4總的物料平衡難以滿足（為什么?）若進料輕組分比例增大，則……兩端產(chǎn)品純度控制問題CVs:LD,LB,

TR,TSMVs:L,D,QV,BDVs:F,xFCVs&MVs如何配對?兩端產(chǎn)品純度控制系統(tǒng)的

變量配對方案MVsDLBVD1CVsLDTRLBTSD2CVsLDTRTSLBD3CVsTRLDLBTSD4CVsTRLDTSLB物料平衡下的被控對象#1分析該對象對于u1,u2

階躍變化的動態(tài)響應，并估計穩(wěn)態(tài)增益矩陣各元素的正負物料平衡下的被控對象#2分析該對象輸出y1,y2對于u1,u2

階躍變化的穩(wěn)態(tài)增益矩陣，并估計該矩陣各元素的正負兩端產(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D2TC31、TC32與LC21的關聯(lián)分析兩端產(chǎn)品純度控制方案D3TC31、TC32與LC22關聯(lián)分析兩端產(chǎn)品純度控制方案討論同時控制塔頂與塔底產(chǎn)品純度不容易，但有時為節(jié)能或其它目標，仍是很有意義的；最多只有一個產(chǎn)品流量可用于控制其產(chǎn)品純度（即至少有一個產(chǎn)品流量需要用于控制液位），另一個產(chǎn)品純度需要由V

或L來控制；兩產(chǎn)品純度控制回路可能存在強耦合；為減少耦合，需要采用一些特殊的控制策略，例如解耦、預測控制與其它APC（AdvancedProcessControl，先進過程控制）算法精餾塔其它控制系統(tǒng)進料熱焓控制 為減少產(chǎn)品質(zhì)量控制的干擾，需要對進料溫度或熱焓進行定值控制進料前饋控制 為提高精餾塔控制系統(tǒng)的魯棒性，需要對進料流量的變化進行有效的前饋控制精餾操作的節(jié)能控制

基于在線分析儀的產(chǎn)品純度閉環(huán)控制

進料流量前饋控制方案分析該控制方案的自動調(diào)節(jié)過程與技術(shù)優(yōu)勢在線分析儀

在產(chǎn)品純度控制中的應用（1）控制周期不同的離散控制算法的引入（2）三串級系統(tǒng)控制參數(shù)整定方法討論水-酒精體系精餾塔

控制系統(tǒng)的模型化與仿真物料平衡控制下

回流量階躍變化的系統(tǒng)輸出響應精餾塔控制仿真研究1.液位控制方案：D

LD,B

LB

(1.1)V或L

階躍變化對CVs及D,B的影響；

(1.2)塔頂產(chǎn)品純度控制：L

xD,而V

不變；

(1.3)塔底產(chǎn)品純度控制：V

xB,而L

不變；

(1.4)兩端產(chǎn)品純度控制：L

xD,V

xB.2.液位控制方案：L

LD,B

LB

3.液位控制方案：L+D

LD,B

LB

塔頂產(chǎn)品量D為自由變量情況下

的精餾塔控制問題

塔底產(chǎn)品量B為自由變量情況下

的精餾塔控制