University of South China
过程控制仪表课程设计
设计题目：精馏塔提馏段温度控制系统**：***
班级：自动化073班
学号：***********
指导教师：高飞燕唐耀庚
2 0 1 0年12 月31日
1、系统简介
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，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。
2、设计方案及仪表选型
2.1控制方案的确定
图2-1是精馏塔底部示意图，在再沸器中，用蒸汽加热塔釜液产生蒸汽，然后在塔釜中与下降物料进行传热传质。为了保证生产过程顺利进行，需要把提馏段温度θ。保持恒定。为此在蒸汽管路上装上一个调节阀，用它来控制加热蒸汽流量。从调节阀的做到温度θ发生变化，需要相继通过很多热容积。实践证明，加热蒸汽压力的波动对θ的影响很大。此外，还有来自液相加料方面的各种干扰，包括它的流量、温度和组分等，它们通过提馏段的传质过程，以及再沸器中传热条件（塔釜温度、再沸器液面等），最后也影响到温度θ。很明显当加热蒸汽压力波动较大时，如果采用如图2-1所示的简单单回路温度控制系统，调节品质一般不能满足生产要求。由于存在这些扰动故考虑串级控制系统。
图2-1精馏塔提馏段单回路温度控制方案
串级控制系统（如图2-2）与单回路控制系统相比有一个显著的区别，即其在结构上多了一个副回路，形成了两个闭环----双闭环或称双环。
串级控制系统在结构上与电力传动自动控制系统中的双环系统相同，就其主回路（外环）来看是一个定值控制系统，而副回路（内环）则为一个随动系统。以加热炉串级控制系统为例，在控制过程中，副回路起着对炉出口温度的“粗调”作用，而主回路则完成对炉出口温度的“细调”任务。与单回路控制系统相比，串级控制系统多用了一个测量变送器与一个控制器（调节器），增加的投资并不多（对计算机控制系统来说，仅增加了一个测量变送器），但控制效果却有显著的提高。其原因是在串级控制系统中增加了一个包含二次扰动的副回路，使系统有如下几点的改善：
①改善了被控过程的动态特性，提高了系统的工作频率。 ②对二次扰动有很强的克服能力。
③提高了对一次扰动的克服能力和对回路参数变化的自适应能力 。 综上所述，根据系统工艺要求，决定在系统设计中采用闭环串级控制方式。
加热 蒸汽
图2-2一般闭环串级控制系统 2.2控制系统图、方框图
本系统为了较好的达到控制目标，采用如图2-3所示的提馏段温度串级控制系统。副调节器QC2根据加热蒸汽流量信号控制调节阀，这样就可以在加热蒸汽压力波动的情况下，仍能保持蒸汽流量稳定。但副调节器QC2的给定值则受主调节器θC1的控制，后者根据温度θ改变蒸汽流量给定值Qr ，从而保证在发生进料方面的扰动的情况下，仍能保持温度θ满足要求。用这个方法以非常有效地克服蒸汽压力波动对于温度θ的影响，因为流量自稳定系统的动作很快，蒸汽压力变化所引起的流量波动在2至3s 以内就消除了，而这样短暂时间的蒸汽流量波动对于温度θ的影响是很微小的。
图2-3精馏塔提馏段温度控制串级控制系统图
加热
蒸汽
串级控制系统方块图如图2-4所示，它有俩个闭环系统：副环是流量自稳定系统，主环是温度控制系统。
图2-4提馏段温度串级控制系统框图
主参数：塔底物料温度θ
副参数：加热蒸汽流量Q
控制量：蒸汽阀开度
一次扰动D1：加热蒸汽压力的波动对θ的扰动。
二次扰动D2：来自液相加料方面的各种干扰，包括它的流量、温度和组分等，它们通过提馏段的传质过程，以及再沸器中传热条件（塔釜温度、再沸器液面等）2.3控制器选择
控制器在自动控制系统中起控制作用。它将来自变送器的测量信号与给定值相减以得到偏差信号，然后对偏差信号按一定的控制规律进行运算，运算结果为控制信号，输出至执行器。
2.3.1副控制器的作用方向
工艺上要求副调节器为反向作用，确定调节器的作用方向，只要看调节器的输入偏差信号变化方向与工艺要求调节器的输出信号的变化方向是否一致，两者方向一致，则调节器为正向作用，两者方向相反，则调节器为反作用
2.3.2主控制器的作用方向
主调节器的作用方向，应在副调节器的作用确定以后，再根据工艺要求来确定。因为副调节器直接控制执行器，要保证执行器正确动作。在主调节器输入偏差增大（或减小）时，要求主调节的输出信号增大（或减小），因此主调节
的作用为正向作用。
2.3.3本精馏塔选择正作用主副调节器。
本系统中要用到两个调节器，这两个调节器都选用DDZ—Ⅲ型电动调节器，具体型号为DTZ—2100
主要技术指标：
①输入信号：1~5V，DC
②输入阻抗影响：﹤0.1%
③给定方式：内外给定由开关选择
外给定时红灯亮
④外给定信号：4~20Ma,DC
⑤测量信号及给定信号指标：0~100%全刻度误差≤±1%
⑥输出信号：4~20mA，DC
⑦调节形式：比例+积分+微分
比例带（P）：2~500%
积分时间（I）：0.01~2.5分（×1）
0.1~25分（×10）
微分时间（D）：断；0.04~10分
⑧负载阻抗：250Ω~750Ω
⑨手动切换特性：自动↔手动1↔手动2
⑩供电电压：24V±0.5%，DC
○11消耗功率：光柱不大于10W
表头不大于5W
○12工作条件：周围环境温度5~400C
空气相对湿度10~75%
无腐蚀气体
○13重量：约6.5公斤
○14接线端子图（见图2-5）
图2-5 DDZ —Ⅲ型电动调节器DTZ —2100接线端子图
2.4执行器选择
执行器在控制系统中的作用是接受来自控制器的控制信号，通过其本身开度的变化，从而达到控制流量的目的。
精馏塔的回流控制阀应在故障时全开来保证全回流，所以选择气关阀。 本系统采用电/气阀门定位器与气动执行机构配套使用来控制阀门开度。 如图2-6所示
图2-6阀门定位器与气动调节机构配套使用原理图 实际使用如图2-7所示
①
② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ ⑩
○11 ○12 ○13 ○14 ○15 ○16 ○17 ○18 ○19 ○20 +
测量信号 1~5VDC -
+
外给定信号4~20mA -
输出4~20mA
RL
地 +
-
电源24VDC
图2-7配气动薄膜调节阀的电气阀门定位器
动作原理如图2-7所示，它按力矩平衡原理动作的，当电流信号通入到力矩马达1的线圈两端时，它与永久磁钢作用后，主杠杆2产生一个向右的力，使主杠杆2绕支点13转动，挡板14靠近喷嘴15，喷嘴背压经放大器16放大后，送入到薄膜室8的压力增加，使阀杆向下移动，并带动反馈杆9绕支点4转动，反馈凸轮5也跟着作顺时针方向转动，通过滚轮10使付杠杆7绕支点6转动，并将反馈弹簧11拉伸，弹簧11对主杠杆2的力矩与电流信号
使力矩马达作用在主杠杆上的力矩相平衡时仪表达到平衡状态。此时，一定的电流信号就对应于一定的阀门位置。弹簧12是作调整零位用的。
2.4.1执行机构选择
选用反作用方式气动薄膜式执行机构，具体型号为5235LA
主要技术参数（见表1）
表1 5235LA技术参数
接线端子图（见图2-8）
+ I0-
图2-8 阀门定位器5235LA接线端子图
2.4.2调节机构选择
调节阀选用直通单座调节阀，器阀体内只有一个阀芯和一个阀座。其特点是结构简单、泄露量小（甚至可以完全切断）和允许压差小。具体型号为ZXP型气动薄膜单座调节阀。
主要技术参数（见表2）
表2 ZXP型调节阀参数
调节阀口径的选择应依据计算得到的流量系数K V来选取。
2.4.3电—气阀门定位器选择
选用ZPD—2000系列电—气阀门定位器
主要技术参数（见表3）
表3 ZPD2111型电—气阀门定位器参数表
2.5温度变送器的选择
2.5.1根据测量精度和测量范围等要求，选用K型镍铬-镍硅热电偶为温度传感
器，选择K B W-1121为温度变送器。
主要技术指标：
1、输入信号：最小量程≥3mV
最大量程<80mV（根据配用热电偶而定）
2、输出信号：1～5V d.c 或4～20mA d.c
3、负载电阻：0～500Ω
4、精度：±0.5%（量程范围≥5mV）
±1.0%(5mV量程范围≥3mV
5、工作条件：环境温度：5～40℃
相对湿度：10%-75%
供电电源：24V±10%
周围空气中不含有腐蚀性气体
6、功耗：2w
表4 KBW型热电偶变送器型号与规格
型号测温元件规格（测温范围）
单位0C
名称分度号
KBW-1121 镍铬—镍硅K 0～800℃，0～1200℃
0～1300℃，400～700℃
200～500℃，600～900℃
500～800℃，500～1300℃2.5.2接线图（如图2-7）
图2-7KBW-1121接线端子图
端子1、2为输入，3、4接补偿电阻，5、6为输出，7、8接24V直流电源。
2.6流量变送器选择
由于需要检测流量的介质为加热蒸汽，所以可以考虑选用靶式流量变送器DBLB矢量靶式流量变送器，在自动调节系统中，主要用于检测，适用于测量一般液体及气体的流量。将被测量值转换为4～20mA直流信号输出。
2.6.1本系统中流量变送器选择为DBLB—1505
技术参数：
1)输出电流：4～20mA DC
2)负载电阻：250Ω（接线电阻不大于100Ω）
3)基本误差：吊砝码±0.5％
4)水标定：±2％
5)被测介质温度：≤70℃，≤100℃（用外部水冷）
6)工作条件：
7)环境温度：-25℃～+60℃
8)相对湿度：≤95％
9)工作振动：频率≤10 ～ 55Hz
10)振幅≤0.15mm（双向）
11)供电电源：DC 24V±5％
12)消耗功率：≤6W；结构形式：现场安装式
13)仪表管接头螺纹：M18×1.5
14)本安防爆标志：ibⅡBT4；隔爆标志：Exd Ⅰ/ⅡBT4
15)型号与规格（如表2）
表5 DBLB型靶式流量变送器型号与规格
2.6.2接线图（如图2-8）
图2-8 DBLB—1505接线端子图
3、控制系统仪表配接图及说明（见图纸）
温度变送器KBW-1121的①②脚接K型镍铬—镍硅热电偶，③④脚接Cu电阻作为冷端补偿，⑦⑧脚接24V电源，⑤⑥脚接250Ω电阻并接到主调节器DTZ-2100的①②脚。靶式流量变送器DBLB-1505○+○-接到副调节器的①②脚。主调节器的○13○14输出脚接到副调节器的外给定信号⑦⑧脚。副调节器的输出脚○13○14接到电—气阀门定位器ZPD2111的电流信号输入脚，电—气阀门定位器的气压输出信号接到气动薄膜执行机构5235LA的薄膜气室。
4、仪表型号清单（见表6）
表6 仪表型号清单
编号名称个数型号
1 热电偶 1 K型镍铬—镍硅
2 温度变送器 1 KBW-1121
3 流量变送器 1 DBLB—1505
2 DTZ—2100
4 DDZ—Ⅲ型电动
调节器
1 5235LA
5 气动薄膜式执行
机构
6 直通单座调节阀 1 ZXP
1 ZPD2111
7 电—气阀门定位
器
5、参考文献
[1].张毅，张宝芬，曹丽，彭黎辉.自动检测技术及仪表控制系统[M].北京：
化学工业出版社，2009
[2].方崇智译.过程控制系统，化学工业出版社，1982
[2].周泽魁.控制仪表与计算机控制装置[M].北京：化学工业出版社，2007
[3].金以慧.过程控制[M].北京：清华大学出版社，2010
[4].胡寿松.自动控制原理[M].北京：科学出版社，2009
精馏塔温度控制系统设计 精馏塔是一种常见的化工设备，用于分离液体混合物中的成分。精馏 塔温度控制系统的设计是确保精馏塔能够稳定运行，提高产品质量和产量 的关键。下面将详细介绍精馏塔温度控制系统的设计原理和步骤。 精馏塔温度控制系统的设计原理是根据精馏塔内部的物料性质和工艺 要求，通过控制介质的流量和温度来实现温度的稳定控制。精馏塔内部通 常分为多个段落，每个段落都有一个特定的温度要求。温度的控制涉及到 对塔釜的加热和冷却以及介质的流量调节。 1.确定控制目标：根据工艺要求和产品规格，确定需要控制的温度范 围和偏差，以及控制精度要求。 2.确定控制方法：根据工艺特点和实际情况，选择适合的控制方法。 常见的控制方法包括比例控制、比例积分控制、比例积分微分控制等。 3.确定传感器：选择合适的温度传感器，用于测量精馏塔内部的温度。常见的温度传感器包括热电偶、热敏电阻等。 4.确定执行器：根据控制目标和方法，选择合适的执行器。常见的执 行器包括电动调节阀、蒸汽控制阀等。 5.设计控制回路：根据控制方法和控制器的性能，设计控制回路。控 制回路包括传感器、控制器和执行器。 6.参数整定：根据实际情况和反馈调整，优化控制回路的参数。参数 整定通常包括比例增益、积分时间和微分时间等。 7.验证和优化：通过实际运行验证控制系统的性能，并根据实际情况 进行反馈调整和优化。
总之，精馏塔温度控制系统的设计是确保精馏塔能够稳定运行，提高产品质量和产量的关键。设计步骤包括确定控制目标、控制方法、传感器和执行器的选择、设计控制回路、参数整定以及验证和优化。合理的设计能够使温度控制更加稳定和可靠。
精馏原理以及工业流程 精馏操作分为连续精馏和间歇精馏，本设计的研究对象是连续精馏的过程。连续精馏的流程装置如下图所示，其操作过程是：原料液经预热加热到一定温度后，进入精馏塔中的进料板，料液在进料板上与自塔上部下降的回流液体汇合后，在逐板下流，最后流入塔底再沸器中，液体在逐板下降的同时，它与上升的蒸汽在每层塔板上相互接触，同时进行部分汽化和部分冷凝的质量和能量的传递过程。操作时，连续从再沸器中取出的部分液体作为塔底产品，部分液体汽化产生上升蒸汽，从塔底回流入塔内出塔顶蒸汽进入冷凝器中被冷凝成液体，并将部分冷凝液用泵送回塔顶作为回流液体，其余部分经冷却器后被送出作为塔顶产品。 图连续精馏装置工艺流程图 精馏塔的特性 精馏塔的特性分为静态特性和动态特性，以二元简单精馏过程为例，说明精馏塔的基本关系。 1.2.1精馏塔的静态特性 一个精馏塔，进料与出料应保持物料平衡，即总物料量以及任一组分都符合物料平衡关系。图所示的精馏过程，其物料平衡关系为： 总物料平衡 B D F += （） 轻组分平衡 B D f x B x D z F ?+?=? （）
由式（）和（）联立可得： B B f D x x z D F x +-= )( B D f D x x z x F D --= （） 式中 F 、D 、B ——分别为进料、顶馏出液和底馏出液流量； f z 、D x 、B x ——分别为进料、顶馏出液和底馏出液中轻组分含量。 从上述关系可看出：当F D 增加时将引起顶、底馏出液中轻组分含量减少，即D x 、B x 下降。而当F B 增加时将引起顶、底馏出液中轻组分含量增加。即D x 、B x 上升。 然而，在F D （或F B ）一定，且f z 一定的条件下并不能完全确定D x 、B x 的数值，只能确定D x 与B x 之间的比例关系，也就是一个方程只能确定一个未知数。要确定D x 与B x 两个因数，必须建立另一个关系式：能量平衡关系。 在建立能量平衡关系时，首先要了解一个分离度的概念。所谓分离度s 可用下式表示： ) 1()1(D B B D x x x x s --= （） 从上 式可见：随着分离度s 的增大，而B x 减小，说明塔系统的分离效果增大。影响分离度s 的因素很多，诸如平均挥发度、理论塔板数、塔板效率、进料组分、进料板位置以及塔内上升蒸汽量V 和进料量F 的比值等。对于一个既定的塔来说： ) (F V f s ≈ （） 式（）的函数关系也可用一近似式表示： β =F V In )1()1(D B B D x x x x -- （） 式中β为塔的特性因子。 由式（）、（）可以看出，随着F V 增加，s 值提高。也就是D x 增加，B x 下降，分离效果提高了。由于V 是由再沸器施加热量来提高的，所以该式实际是表示塔的能量对产品成分的影响，故称为能量平衡关系式。而且由上述分析可见：F V 的增大，塔的分离效果提高，能耗也将增加。
目录 1 绪论 (2) 1.1精馏原理 (2) 1.2 串级控制 (3) 2 精馏塔精馏段温度串级系统的原理与结构 (3) 2.1变量的选择 (3) 2.2 工艺描述 (4) 2.3 精馏塔精馏段控制的原理 (4) 3仪表的选型 (6) 液位调节器选型 (7) 4 精馏塔精馏段温度串级控制的研究 (10) 4.1精馏塔温度串级过程中的主要假设: (11) 4.2模型的建立 (12) 5仿真 (14) 6 结束语 (20) 6.1设计思想 (16) 6.2 系统分析 (17) 7 参考文献 (18)
1 绪论 精馏是石油化工、炼油生产过程中的一个十分重要的环节，其目的是将混合物中各组分分离出来，达到规定的纯度。精馏过程的实质就是迫使混合物的气、液两相在塔体中作逆向流动，利用混合液中各组分具有不同的挥发度，在互相接触的过程中，液相中的轻组分逐渐转入气相，而气相中的重组分则逐渐进入液相，从而实现液体混合物的分离。一般精馏装置 组成，如图1所示。 由精馏塔、再沸器、冷凝器、回流罐等设备[1] 图 1 简单精馏控制示意图 进料流量F 从精馏塔中段某一塔板上进入塔内，这块塔板称为进料板。进料板将精馏塔分为上下两段，进料板以上部分称为精馏段，进料板以下部分称为提馏段。溶液中组分的数目可以是两个或两个以上。实际工业生产中，只有两个组分的溶液不多，大量需要分离的溶液往往是多组分溶液。多组分溶液的精馏在基本原理方面和两组分溶液的精馏是一样的。 1.1精馏原理 在恒定压力下，单组分液体在沸腾时虽然继续加热，其温度却保持不变，即单组分液体的沸点是恒定的。对于两组分的理想溶液来说，在恒定压力下，其沸点却是可变的。例如对于A、B 两种混合物的分馏，纯A 的沸点是140℃，纯B 的沸点是175℃。如果两组分的混合比发生变化，混合溶液的沸点也随之发生变化，如图2中的液相曲线所示。
University of South China 过程控制仪表课程设计 设计题目：精馏塔提馏段温度控制系统**：*** 班级：自动化073班 学号：*********** 指导教师：高飞燕唐耀庚 2 0 1 0年12 月31日
1、系统简介 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，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。 2、设计方案及仪表选型 2.1控制方案的确定 图2-1是精馏塔底部示意图，在再沸器中，用蒸汽加热塔釜液产生蒸汽，然后在塔釜中与下降物料进行传热传质。为了保证生产过程顺利进行，需要把提馏段温度θ。保持恒定。为此在蒸汽管路上装上一个调节阀，用它来控制加热蒸汽流量。从调节阀的做到温度θ发生变化，需要相继通过很多热容积。实践证明，加热蒸汽压力的波动对θ的影响很大。此外，还有来自液相加料方面的各种干扰，包括它的流量、温度和组分等，它们通过提馏段的传质过程，以及再沸器中传热条件（塔釜温度、再沸器液面等），最后也影响到温度θ。很明显当加热蒸汽压力波动较大时，如果采用如图2-1所示的简单单回路温度控制系统，调节品质一般不能满足生产要求。由于存在这些扰动故考虑串级控制系统。
目录 1. 精馏塔控制系统介绍1 1.1精馏塔原理1 2. 精馏塔精馏段控制分析2 2.1精馏塔精馏段的控制要求2 2.2精馏塔精馏段的扰动分析3 2.3精馏塔被控变量的选择7 3. 比值控制系统8 3.1比值控制系统简介8 3.2比值控制系统的设计9 4. 精馏塔精馏段温度比值控制系统设计11 4.1精馏塔精馏段比值控制系统参数的选择11 4.2控制参数的确定11 4.3现场仪表选型，编制有关仪表信息的设计文件12 4.4系统块图13 5. 分析被控对象特性，选择控制算法（调节器控制规律的确定）13 5.1比值系数的确定14 6. 精馏塔精馏段温度控制分析15 7. 系统仿真与参数整定17 7.1 控制系统的Simulink仿真框图17 7.2 PID参数整定17 8. 课程设计总结21
9. 参考文献22
1.精馏塔控制系统介绍 1.1精馏塔原理 精馏塔是进行精馏的一种塔式汽液接触装置，又称为蒸馏塔。有板式塔和填料塔两种主要类型。根据操作式又可分为连续精馏塔和间歇精馏塔。 蒸汽由塔底进入，与下降液进行逆流接触，两相接触中，下降液中的易挥发组分不断地向蒸汽中转移，蒸汽中的难会发组分不断地向下降液中转移，蒸汽越接近塔顶，其易挥发组分浓度越高，而下降液越接近塔底，其难挥发组分则越富集，达到组分分离的目的。由塔顶上升的蒸汽进入冷凝器，冷凝的液体的一部分作为回流液返回塔顶进入精馏塔中，其余的部分则作为馏出液取出。塔底流出的液体，其中的一部分送入再沸器，热蒸发后，蒸汽返回塔中，另一部分液体则作为釜残液取出。蒸馏的基本原理是将液体混合物部分气化，利用其中各组分挥发度不同的特性，实现分离目的的单元操作。蒸馏按照其操作式可分为：简单蒸馏，闪蒸，精馏，特殊精馏等。 1.2精馏装置的作用 （1）精馏段的作用 加料版以上的塔段为精馏段，其作用是逐板增加上升气相中的易挥发组分的浓度。 （2）提馏段的作用 包括加料版在的以下塔板为提馏段，其作用是逐板提取下降的液相中易挥发组分。 （3）塔板的作用 塔板是供气液两相进行传质和传热的场所。每一块塔板上气液两相进行双
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）：专业班级：学号：学生姓名： 指导教师：（签字）起止时间：
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。 影响物料平衡因素包括进料量和进料成分变化，顶部馏出物及底部出料变化；影响能量平衡因素主要包括进料温度或热焓变化，再沸器加热量和冷凝器冷却量变化，及塔的环境温度变化。采用串级控制系统能有效地去除蒸汽压强的波动对温度的影响。使用超驰控制系统控制釜液输出端，在塔釜温度较低时，塔底不出料只有当温度达到低线以上，液位控制器取代温度控制器以后，才有出料排出。 关键词：提馏段;温度;串级控制;超驰控制
目录 第1 章绪论................................................ 错.. 误! 未定义书签 第2 章课程设计的方案...................................... 错. 误! 未定义书签概述.................................................. 错.. 误! 未定义书签 物料平衡关系 ..................................... 错.. 误! 未定义书签 能量平衡关系 ..................................... 错.. 误! 未定义书签设计方案.............................................. 错.. 误! 未定义书签 控制方案类型 ..................................... 错.. 误! 未定义书签 控制方案的选择 ................................... 错.. 误! 未定义书签第3 章系统各仪表选择...................................... 错. 误! 未定义书签检测变送器的原理...................................... 错. 误! 未定义书签温度变送器的选择 ................................. 错.. 误! 未定义书签 流量变送器的选择 ................................. 错.. 误! 未定义书签执行器的选择.......................................... 错.. 误! 未定义书签 调节器的选择.......................................... 错.. 误! 未定义书签 调节器与执行器、检测变送器的选型...................... 错误! 未定义书签串级控制系统MATLAB仿真分析错. 误! 未定义书签
. 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）： 专业班级： 学号： 学生姓名： 指导教师：（签字） 起止时间：
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。 影响物料平衡因素包括进料量和进料成分变化，顶部馏出物及底部出料变化；影响能量平衡因素主要包括进料温度或热焓变化，再沸器加热量和冷凝器冷却量变化，及塔的环境温度变化。采用串级控制系统能有效地去除蒸汽压强的波动对温度的影响。使用超驰控制系统控制釜液输出端，在塔釜温度较低时，塔底不出料只有当温度达到低线以上，液位控制器取代温度控制器以后，才有出料排出。 关键词：提馏段;温度;串级控制;超驰控制
目录 第1章绪论 (1) 第2章课程设计的方案 (2) 2.1概述 (2) 2.1.1 物料平衡关系 (2) 2.1.2 能量平衡关系 (3) 2.2设计方案 (3) 2.2.1 控制方案类型 (3) 2.2.2 控制方案的选择 (4) 第3章系统各仪表选择 (9) 3.1检测变送器的原理 (9) 3.1.1 温度变送器的选择 (9) 3.1.2 流量变送器的选择 (10) 3.2执行器的选择 (11) 3.3调节器的选择 (12) 3.4调节器与执行器、检测变送器的选型 (14) 电磁流量计 (14) 第4章系统仿真 (15) 4.1串级控制系统MATLAB仿真分析 (15) 第5章课程设计总结 (18) 第6章参考文献 (20)
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）： 专业班级： 学号： 学生姓名： 指导教师：（签字） 起止时间：
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。 影响物料平衡因素包括进料量和进料成分变化，顶部馏出物及底部出料变化；影响能量平衡因素主要包括进料温度或热焓变化，再沸器加热量和冷凝器冷却量变化，及塔的环境温度变化。采用串级控制系统能有效地去除蒸汽压强的波动对温度的影响。使用超驰控制系统控制釜液输出端，在塔釜温度较低时，塔底不出料只有当温度达到低线以上，液位控制器取代温度控制器以后，才有出料排出。 关键词：提馏段;温度;串级控制;超驰控制
目录 第1章绪论 (1) 第2章课程设计的方案 (2) 2.1概述 (2) 2.1.1 物料平衡关系 (2) 2.1.2 能量平衡关系 (3) 2.2设计方案 (3) 2.2.1控制方案类型 (3) 2.2.2控制方案的选择 (4) 第3章系统各仪表选择 (9) 3.1检测变送器的原理 (9) 3.1.1 温度变送器的选择 (9) 3.1.2 流量变送器的选择 (10) 3.2执行器的选择 (11) 3.3调节器的选择 (12) 3.4调节器与执行器、检测变送器的选型 (14) 电磁流量计 (14) 第4章系统仿真 (15) 4.1串级控制系统MATLAB仿真分析 (15) 第5章课程设计总结 (18) 第6章参考文献 (20)
成绩 过程控制仪表课程设计 设计题目精馏塔提馏段的温度控制系统学生姓名 XX 专业班级自动化X X X X班 学号 XXXXXXXXXXX 指导老师 XXX 2019年XX月XX日
《过程控制仪表》课程设计评分标准表 姓名：XX 学号：XXXXXXXXX 课程设计的最终成绩采取“优秀”、“良好”、“中等”、“及格”和“不及格”五级记分。100-90分（优秀）、89-80（良好）、79-70（中等）、69-60（及格）、低于60（不及格）
《过程控制仪表课程设计》任务书
目录 1.设计任务与要求 (1) 1.1 设计任务 (1) 1.2 设计要求 (1) 2.系统简介 (1) 3.设计方案及仪表选型 (2) 3.1控制方案的确定 (2) 3.2系统原理及方框图 (3) 3.3仪表选型 (4) 4.系统仿真分析 (10) 5.控制系统仪表配接图及说明 (13) 6.仪表型号清单 (13) 7.总结 (14) 参考文献 (14)
1.设计任务与要求 1.1 设计任务 过程控制仪表课程设计，是《自动化仪表与装置》课程中的后续课程，实践教学环节，也是一次全面的专业知识的运用和实践。 ⑴巩固和深化所学课程的知识： 通过课程设计，要求学生初步学会运用本门课程和其它相关课程的基本知识和方法，来解决工程实际中的具体的设计问题，检验学生对本门课程及相关课程内容的掌握的程度，以进一步巩固和深化所学课程的知识。 ⑵培养学生的设计、实践能力： 通过课程设计，从方案选择、设计计算到绘制图纸、编写设计说明书，可以培养学生对工程设计的独立工作能力，树立正确的设计思想，掌握自动控制系统中各环节使用仪表的基本方法和步骤，为以后从事工程设计打下良好的基础。⑶使学生能熟悉和运用设计资料，学会查阅相关文献，如有关国家标准、手册、图册等，以完成作为工程技术人员在工程设计方面所必须的基本训练。 1.2 设计要求 （1）编写过程控制仪表设计说明书。内容包括：控制系统的简单介绍，工艺流程分析；各环节仪表的选型、仪表的工作原理及性能指标；控制系统的仿真分析；仪表间的配接说明。 （2）绘制工艺流程原理框图。 （3）给出系统仪表型号清单。 （4）绘制仪表盘电气接线图，端子接线图。 2.系统简介 精馏操作是炼油、化工生产过程中的一个十分重要的环节，精馏过程是一个复杂的传质传热过程,表现为:过程变量多,被控变量多,可操纵的变量也多，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。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，其自动控制系统的核心在于品质指标的设定、被控变量和操作变量的选择。在精馏塔的控制系统设计中，应选取馏出产品的质量指标、蒸馏产品的产量指标和蒸馏过程
精馏塔控制系统 1 概述 精馏是化工、石油化工、炼油生产过程中应用极为广泛的传质传热过程。精馏的目的是利用混合液中各组分具有不同挥发度，将各组分分离并达到规定的纯度要求。精馏过程的实质是利用混合物中各组分具有不同的挥发度，即同一温度下各组分的蒸汽分压不同，使液相中轻组分转移到气相，气相中的重组分转移到液相，实现组分的分离。 轻组分的转移提供能量；冷凝器将塔顶来的上升蒸汽冷凝为液相，并提供精馏所需的回流。 精馏过程是一个复杂的传质传热过程。表现为：过程变量多，被控变量多，可操纵的变量也多；过程动态和机理复杂。因此，熟悉工艺过程和内在特性，对控制系统的设计十分重要。 1.1 精馏塔的控制要求 精馏塔的控制目标是：在保证产品质量合格的前提下，使塔的回收率最高、能耗最低，即使总收益最大，成本最小。 精馏过程是在一定约束条件下进行的。因此，精馏塔的控 制要求可从质量指标、产品产量、能量消耗和约束条件四方面 考虑。 1．质量指标 精馏塔的质量指标是指塔顶或塔底产品的纯度。通常，满 足一端的产品质量，即塔顶或塔底产品之一达到规定纯度，而 另一端产品的纯度维持在规定范围内。所谓产品的纯度，就二 元精馏来说，其质量指标是指塔顶产品中轻组分含量和塔底产 品中重组分含量。对于多元精馏而言，则以关键组分的含量来 表示。关键组分是指对产品质量影响较大的组分，塔顶产品的 关键组分是易挥发的，称为轻关键组分；塔底产品的关键组分 是不易挥发的，称为重关键组分。产品组分含量并非越纯越好， 原因是，纯度越高，对控制系统的偏离度要求就越高，操作成 本的提高和产品的价格并不成比例增加，因此纯度要求应与使图1-1 精馏塔示意图 用要求适应。 2．物料平衡控制 进出物料平衡，即塔顶、塔底采出量应和进料量相平衡，维持塔的正常平稳操作，以及上下工序的协调工作。物料平衡的控制是以冷凝罐（回流罐）与塔釜液位一定（介于规定的上、下限之间）为目标的。 3．能量平衡和经济平衡性指标 要保证精馏塔产品质量、产品产量的同时，考虑降低能量的消耗，使能量平衡，实现较好的经济性。 4．约束条件 精馏过程是复杂传质传热过程。为了满足稳定和安全操作的要求，对精馏塔操作参数有一定的约束条件。 气相速度限：精馏塔上升蒸汽速度的最大限。当上升速度过高时，造成雾沫带，塔板上的液体不能向下流，下层塔板的气相组分倒流到上层塔板，出现液泛现象。 最小气相速度限：指精馏塔上升蒸汽速度的最小限值。当上升蒸汽速度过低时，上升蒸汽不能托起上层的液相，造成漏夜，使板效率下降，精馏操作不能正常进行。
摘要 在石油、轻工、化工等生产过程中，常常需要将原料、中间产物或粗产品中的组成部分进行分离，而精馏是最常用的方法。精馏是石油、化工等众多生产过程中广泛应用的传质过程，通过精馏过程，使混合物料中的各组分分离，分别达到规定的纯度。分离的机理是利用混合物中各组分的挥发度不同（沸点不同），使液相中的轻组分（低沸点）和汽相中的重组分（高沸点）相互转移，从而实现分离。精馏装置由精馏塔、再沸器、冷凝冷却器、回流罐及回流泵等组成。精馏塔是一个多输入多输出的多变量过程，内在机理较为复杂、动态响应迟缓、变量之间相互关联，不同的塔结构差别很大，而工艺对控制的要求又较高，所以确定精馏塔的控制方案是一个极为重要的课题。我们此次设计就是要设计一个精馏塔温度的控制系统。要求当物料进入精馏塔时，塔釜的温度可控并且温度恒定，保证生产的连续性。 关键词：精馏、多输入多输出、动态响应。
第1章绪论 精馏塔是化工生产中分离互溶液体混合物的典型分离设备。它是依据精馏原理对液体进行分离，即在一定压力下，利用互溶液体混合物各组分的沸点或饱和蒸汽压不同，使轻组份（即沸点较低或饱和蒸汽压较高的组分）汽化。经多次部分液相汽化和部分气相冷凝，使气相中的轻组分和液相中的重组分浓度逐渐升高，也就是说在提馏段上升的轻组分的易挥发组分逐渐增多，难挥发组分逐渐减少，而下降液相中易挥发组分逐渐减少，难挥发组分逐渐增多，从而实现分离的目的，满足化工连续化生产的需要。精馏塔塔釜温度控制的稳定与否直接决定了精馏塔的分离质量和分离效果，控制精馏塔的塔釜温度是保证产品高效分离，进一步得到高纯度产品的重要手段。维持正常的塔釜温度，可以避免轻约分流失，提高物料的回收率；也可减少残余物料的污染作用。 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。从上述干扰分析来看，有些干扰是可控的，有些干扰是不可控的。从而选择一种可靠并且稳定的控制系统是非常重要的。
第6章精馏塔控制系统 6.1 概述 精馏是化工、石油化工、炼油生产过程中应用极为广泛的传质传热过程。精馏的目的是利用混合液中各组分具有不同挥发度，将各组分分离并达到规定的纯度要求。精馏过程的实质是利用混合物中各组分具有不同的挥发度，即同一温度下各组分的蒸汽分压不同，使液相中轻组分转移到气相，气相中的重组分转移到液相，实现组分的分离。 轻组分的转移提供能量；冷凝器将塔顶来的上升蒸汽冷凝为液相，并提供精馏所需的回流。 精馏过程是一个复杂的传质传热过程。表现为：过程变量多，被控变量多，可操纵的变量也多；过程动态和机理复杂。因此，熟悉工艺过程和内在特性，对控制系统的设计十分重要。 6.1.1 精馏塔的控制要求 精馏塔的控制目标是：在保证产品质量合格的前提下，使塔的回收率最高、能耗最低，即使总收益最大，成本最小。 精馏过程是在一定约束条件下进行的。因此，精馏塔的控 制要求可从质量指标、产品产量、能量消耗和约束条件四方面 考虑。 1．质量指标 精馏塔的质量指标是指塔顶或塔底产品的纯度。通常，满 足一端的产品质量，即塔顶或塔底产品之一达到规定纯度，而 另一端产品的纯度维持在规定范围内。所谓产品的纯度，就二 元精馏来说，其质量指标是指塔顶产品中轻组分含量和塔底产 品中重组分含量。对于多元精馏而言，则以关键组分的含量来 表示。关键组分是指对产品质量影响较大的组分，塔顶产品的 关键组分是易挥发的，称为轻关键组分；塔底产品的关键组分 是不易挥发的，称为重关键组分。产品组分含量并非越纯越好， 原因是，纯度越高，对控制系统的偏离度要求就越高，操作成 本的提高和产品的价格并不成比例增加，因此纯度要求应与使图6.1-1 精馏塔示意图 用要求适应。 2．物料平衡控制 进出物料平衡，即塔顶、塔底采出量应和进料量相平衡，维持塔的正常平稳操作，以及上下工序的协调工作。物料平衡的控制是以冷凝罐（回流罐）与塔釜液位一定（介于规定的上、下限之间）为目标的。 3．能量平衡和经济平衡性指标 要保证精馏塔产品质量、产品产量的同时，考虑降低能量的消耗，使能量平衡，实现较好的经济性。 4．约束条件 精馏过程是复杂传质传热过程。为了满足稳定和安全操作的要求，对精馏塔操作参数有一定的约束条件。 气相速度限：精馏塔上升蒸汽速度的最大限。当上升速度过高时，造成雾沫带，塔板上的液体不能向下流，下层塔板的气相组分倒流到上层塔板，出现液泛现象。 最小气相速度限：指精馏塔上升蒸汽速度的最小限值。当上升蒸汽速度过低时，上升蒸汽不能托起上层的液相，造成漏夜，使板效率下降，精馏操作不能正常进行。
辽宁工业大学过程控制系统课程设计（论文）题目：精馏塔塔釜温度控制系统设计 院（系）：电气工程学院 专业班级： 学号： 学生姓名： 指导教师： 起止时间：2014-12-15至2014-12-26
课程设计（论文）任务及评语 院（系）：电气工程学院教研室：测控技术与仪器 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算
摘要 精馏是把液体混合物进行多次部分汽化，同时又把产生的蒸汽多次部分冷凝，使混合物分离为所要求组分的操作过程，是在石油及化工等众多生产过程中广泛应用的一种传质方法，通过精馏，使混合物料中的各组分分离，分别达到规定的纯度。精馏塔是一个多输入多输出的多变量过程，内在机理比较复杂，动态响应迟缓，变量之间相互关联，不同的塔工艺结构差别很大，而工艺对控制提出的要求又较高，确定精馏塔的控制方案是一个十分重要的课题。精馏塔塔釜温度控制的稳定与否直接决定了精馏塔的分离质量和分离效果，控制精馏塔的塔釜温度是保证产品高效分离，进一步得到高纯度产品的重要手段。对于精馏塔工作受物料平衡和能量平衡的制约，鉴于单回路控制系统和前馈控制系统无法满足精馏塔这一复杂的、综合性的控制要求，因此设计了基于串级控制的精馏塔塔釜温度控制系统。 关键词：精馏；多输入多输出；串级控制
目录 第1章绪论 (3) 第2章课程设计的方案论证 (4) 2.1系统对象特性分析 (4) 2.2方案设计 (5) 2.3确定设计方案 (7) 第3章仪表的设计选择 (8) 3.1检测仪表的选择设计 (8) 3.1.1温度传感器的选择设计 (8) 3.1.2 温度变送器的选择设计 (9) 3.1.3 压力传感器的选择设计 (10) 3.2执行器的选择设计 (11) 3.3电/气转换器的选择设计 (13) 3.4控制器的选择设计 (13) 3.4.1 温度控制器的选择设计 (14) 3.4.2 压力控制器的选择设计 (14) 3.5PID控制算法 (15) 第4章系统仿真或模拟调试 (17) 第5章课程设计总结 (18) 参考文献 (21)
精馏塔精馏段温度控制设计方案 1.课题研究的背景和意义 石油化工生产常需将液体混合物分离以达到提纯或回收有用组分的目的。分离互溶液体混合物有许多种方法，精馏是在炼油、化工等众多生产过程中广泛应用的一个传质过程。精馏过程通过反复的汽化与冷凝，使混合物料中的各组分分离，分别达到规定的纯度。精馏塔的控制直接影响到产品质量、产量和能量消耗，因此精馏塔的自动控制问题长期以来一直受到人们的高度重视[1]。 精馏过程是由精馏装置来实现的，精馏装置一般是由精馏塔、再沸器（重沸器）、冷凝冷却器、回流罐及回流泵等组成。 实际生产过程中，精馏操作可分为间歇精馏和连续精馏两种。石油化工等大型生产过程主要采用的连续精馏。 精馏塔是进行精馏的一种塔式汽液接触装置，又称为蒸馏塔。有板式塔与填料塔两种主要类型。根据操作方式又可分为连续精馏塔与间歇精馏塔。蒸溜的原理是蒸气由塔底进入。蒸发出的气相与下降液进行逆流接触，两相接触中，下降液中的易挥发(低沸点)组分不断地向气相中转移，气相中的难挥发(高沸点)组分不断地向下降液中转移，气相愈接近塔顶，其易挥发组分浓度愈高，而下降液愈接近塔底，其难挥发组分则愈富集，从而达到组分分离的目的。由塔顶上升的气相进入冷凝器，冷凝的液体的一部分作为回流液返回塔顶进入精馏塔中，其余的部分则作为馏出液取出。塔底流出的液体，其中的一部分送入再沸器，加热蒸发成气相返回塔中，另一部分液体作为釜残液取出。 精馏塔是一个多输入多输出的多变量过程，其在机理复杂，动态响应迟缓，变量之间相互关联，不同的塔工艺结构差别很大，而工艺对控制提出的要求又较高，所以确定精馏塔的控制方案是一个极为重要的课题[1]。 2.课题研究的现状 随着生产过程向着大型、连续和强化方面发展，对操作条件要求更加严格，参数间相互关系更加复杂，对控制系统的精度和功能提出许多新的要求，对能源消耗和环境污染也有明确的限制，采用传统的单回路PID控制往往不能达到控制要求，为此，需要在简单控制系统的基础上，采取其他设施，组成复杂控制系统，也称多回路控制系统。在这种控制