精馏塔温度控制
精馏塔是指在酒精通过以上两塔蒸馏后，酒精浓度还需要进一步的提高，杂质还需进一步的排除，精馏塔的目的就是通过加热蒸发、冷凝、回流这些程序后，起到上除头级杂质，中提杂醇油，下排尾级杂质的作用，最终获得符合质量标准的成品——酒精。
蒸馏塔的作用并不只局限于提纯酒精。蒸馏塔主要是为了分离混合液体，利用不同液体在不同条件下，如温度不同，挥发性（沸点）不同的特性，对液体进行分离，从而达到液体提纯效果。
对精馏塔的塔顶温度一般应控制在79℃，塔底温度一般控制在105—107℃，塔中温度在取酒正常的情况下一般取在88—92℃之间。精馏塔上的1*冷凝器水温应在60—65℃，2*冷凝器应在35—40℃，最后一个冷凝器温度应不低于25℃。
南华大学 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XXX 专业班级自动化X X X 学号XXXXXXXXXX 指导老师XXX 2012年6月25日
目录 1.系统简介与设计目的 (2) 2.控制系统工艺流程及控制要求 (3) 3．设计方案及仪表选型 (4) 3.1控制方案的确定 (4) 3.2控制系统图、方框图 (5) 4.各个环节仪表的选型，仪表的工作原理以及性能指标 (7) 4.1检测元件 (7) 4.1.1铠装热电偶特点 (7) 4.1.2铠装热电偶主要技术参数 (7) 4.2变送器 (7) 4.2.1变送器主要技术指标 (7) 4.3调节器 (8) 4.4执行器 (8) 4.4.1电／气阀门定位器作用 (8) 5.绘制仪表盘电气接线图，端子接线图 (10)
6.仪表型号清单 (11) 7.设计总结 (12) 参考文献 (13) 1.系统简介与设计目的 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，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。 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。
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： 090302074 学生姓名：杨昌宝 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 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，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
精馏塔的控制 12.1 概述? 精馏是石油、化工等众多生产过程中广泛应用的一种传质过程，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。 精馏塔的特点精馏塔是一个多输入多输出的多变量过程，内在机理较复杂，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，所以确定精馏塔的控制方案是一个极为重要的课题。而且从能耗的角度，精馏塔是三传一反典型单元操作中能耗最大的设备。 一、精馏塔的基本关系 （1）物料平衡关系总物料平衡： F=D+B (12-1) 轻组分平衡：F z f =D x D +B x B (12-2) 联立（12-1）、（12-2）可得： （2）能量平衡关系 在建立能量平衡关系时，首先要了解分离度的概念。所谓分离度s 可用下式表示： 回流泵 冷凝器 气液分离器 精馏塔 进料 再沸器 釜液 馏出液 冷剂 热剂 B,x B D,x D F,z F L L B L D V B D f D B B f D x x x z F D x x z D F x --= +-=)((12-3) ) 1()1(D B B D x x x x s --=(12-5)
可见，随着s 的增大，x D 也增大，x B 而减小，说明塔系统的分离效果增大。影响分离度s 的因素很多，如平均相对挥发度、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F 的比值等。对于一个既定的塔来说： 式（12-6）的函数关系也可用一近似式表示： 或可表示为： 式中β为塔的特性因子由上式可以看到，随着V /F 的增加，s 值提高，也就是x D 增加， x B 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。由上分析可见， V /F 的增加，塔的分离效果提高，能耗也将增加。 对于一个既定的塔，包括进料组分一定，只要D /F 和V /F 一定，这个塔的分离结果，即 x D 和x B 将被完全确定。也就是说，由一个塔的物料平衡关系与能量平衡关系两个方程式， 可以确定塔顶与塔底组分待定因素。 上述结论与一般工艺书中所说保持回流比一定，就确定了分离结果是一致的。二、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，使塔的总收益（利润）最大或总成本最小。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）产品质量控制； （2）物料平衡控制； （3）能量平衡控制； （4）约束条件控制（液泛限、漏液限、压力限、临界温差限等）。 防止液泛和漏液，可以塔压降或压差来监视气相速度。三、精馏塔的主要干扰因素精馏塔的主要干扰因素为进料状态，即进料流量F 、进料组分z f 、进料温度T f 或热焓F E 。 此外，冷剂与热剂的压力和温度及环境温度等因素，也会影响精馏塔的平衡操作。 所以，在精馏塔的整体方案确定时，如果工艺允许，能把精馏塔进料量、进料温度或热焓加以定值控制，对精馏塔的操作平稳是极为有利的。 12.3 精馏塔被控变量的选择 通常，精馏塔的质量指标选取有两类：直接的产品成分信号和间接的温度信号。 一、采用产品成分作为直接质量指标 成分分析仪表的制约因素： ①分析仪表的可靠性差； ②分析测量过程滞后大，反应缓慢； ③成分分析针对不同的产品组分，品种上较难一一满足。 二、采用温度作为间接质量指标 )(F V f s =(12-6) s F V ln β=) 1()1(ln D B B D x x x x F V --=β(12-7) (12-8)
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。
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。
精馏塔温度控制系统设计 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020
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： 0 学生姓名：杨昌宝 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
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，并不是所有的对象都是可得到精确模型的，而
1 导论 本文主要是对精馏塔进出料进行控制，使得进料量与出料量达到平衡，以此来实现物料液位均衡状态，以避免物料过多溢出造成浪费，或者物料不足延误生产的问题，从而能够达到提高生产效率的目的。因此，首先针对精馏塔原理、均匀控制的由来和目的做一简单的介绍和说明。 1.1 精馏塔控制系统介绍 1.1 .1 精馏塔控制 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(低沸点)组分不断地向蒸汽中转移，蒸汽中的难挥发(高沸点)组分不断地向下降液中转移，蒸汽愈接近塔顶，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，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,利用其中各组份挥发度不 同（相对挥发度）的特性，实现分离目的的单元操作。蒸馏按照其操作方法可分为：简单蒸馏、闪蒸、精馏和特殊精馏等。 1.1.2控制要求及干扰因素 为了保证精馏生产工序安全、高效持续进行,改造生产工艺提出如下控制要求: (1) 保证产品质量。以塔顶产品的纯度作为质量参数进行控制,构建质量控制系统。 (2) 保证平稳生产。首先要使精馏塔的进料参数保持稳定;其次为了维持塔的物料平衡,要控制塔顶和塔底产品采出量,使其和等于进料量;再次塔内的储 液量应保持在限定的范围内;最后要控制塔内压力稳定。 (3) 满足约束条件。系统必须满足一些参数的极限值所限定的约束条件,如塔内气体流速的上下限、塔内压力极限值等。 (4) 节能要求及经济性。主要是再沸器的加热量和冷凝器的冷却能量消耗。影响产品质量指标和平稳生产的主要干扰因素有: ①进料流量( F) 的波动; ②进料成分( Z F) 的变化; ③进料温度( T F) 和进料热焓值( Q F) 的变化;④再沸器加热剂输入热量的变化; ⑤冷却剂在冷凝器内吸收热量的变化; ⑥环境温度
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 (6) 3. 比值控制系统 (7) 3.1 比值控制系统简介 (7) 3.2 比值控制系统的设计 (7) 4. 精馏塔精馏段温度比值控制系统设计 (9) 4.1精馏塔精馏段比值控制系统参数的选择 (9) 4.2控制参数的确定 (9) 4.3现场仪表选型，编制有关仪表信息的设计文件 (9) 4.4系统方块图 (10) 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） (11) 5.1比值系数的确定 (11) 6. 精馏塔精馏段温度控制分析 (12) 7. 系统仿真与参数整定 (14) 7.1 控制系统的Simulink仿真框图 (14) 7.2 PID参数整定 (14) 8. 课程设计总结 (18) 9. 参考文献 (19)
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。根据操作方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。蒸馏按照其操作方式可分为：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 包括加料版在内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向传质，只要有足够的塔板数，就可以将混合液分离成两个较纯净的组分。 （4）再沸器的作用 其作用是提供一定流量的上升蒸气流。 （5）冷凝器的作用 其作用是提供塔顶液相产品并保证有适当的液相回流。回流主要补充塔板上易挥发组分的浓度，是精馏连续定态进行的必要条件。精馏是一种利用回流使混合液得到高纯度分离的蒸馏方法。
精馏塔常用的一些控制方案 塔的作用是在同一个设备中进行质量和热量的交换，是石油化工装置非常重要的设备。塔的型式有板式塔（泡罩塔、浮阀塔、栅板塔等）、填料塔（高效填料、常规填料、散装填料、规整填料等）、空塔。塔由筒体和内件组成。 蒸馏塔由精馏段和提馏段组成，进料口以上是精馏段，进料口以下是提馏段。 精馏塔的控制方案主要从塔压、釜温、顶温、塔釜液面四个方面来说明： 1．精馏操作中塔压的控制调节方法 塔的压力是精馏塔主要的控制指标之一。任何一个精馏塔的操作，都应当把塔压控制在规定的指标内，以相应地调节其它参数。塔压波动过大，就会破坏全塔的物料平衡和气液平衡，使产品达不到所要求的质量。所以，许多精馏塔都有其具体的措施，确保塔压稳定在适宜范周内。 对于加压塔的塔压，主要有以下三种调节方法 （1）塔顶冷凝器为分凝器时，塔压一般是靠气相采出量来调节的，如图6-1所示。在其它条件不变的情况下，气相采出量增大，塔压下降，气相采出量减小，塔压上升。
（2）塔顶冷凝器为全凝器时，塔压多是靠冷剂量的大小来调节，即相当于调节回流液温度，如图6-2所示。在其它条件不变的前提下，加大冷剂量，则回流液的温度降低，塔压降低，若减少冷剂量，回流液温度上升，塔压上升。 （3）热旁通(浸没式)法调节塔压。 对于常压塔的压力控制，主要有以下三种方法 （1）对塔顶压力在稳定性要求不高的情况下，无需安装压力控制系统，应当在精馏设备（冷凝器或回流罐）上设置一个通大气的管道，以保证塔内压力接近于大气压。 （2）对塔顶压力的稳定性要求较高或被分离的物料不能和空气接触时，塔顶压力的控制可采用加压塔塔压的控制方法，如图6-1、图6-2。
过程控制仪表课程设计 题目：精馏塔提馏段的温度控制系统 学生姓名： 班级：自动化班 学号：2008 指导老师：高飞燕，唐耀庚 2011年12月22日
目录 1．系统设计 (3) 1.1设计的目的与要求 (3) 1.1.1设计的目的 (3) 1.1.1设计的要求 (3) 2.控制系统的简单介绍以及工艺流程分析 (3) 2.1控制系统的简单介绍 (3) 3．绘制工艺流程原理框图 (4) 4. 各个环节仪表的选型，仪表的工作原理以及性能指标 (6) 4.1检测元件 (6) 4.2变送器 (6) 4.3调节器 (7) 4.4执行器 (7) 5.绘制仪表盘电气接线图，端子接线图 (8) 6.给出仪表型号清单 (9) 7．参考文献 (9)
一．系统设计 1.1设计的目的与要求 1.1.1设计的目的 精馏操作，选择的好与坏，能够很好的使回收率最高，能耗最小，得总效益最好。在控制过程中，主要是温度的控制，温度对产品质量的影响很大，因而温度控制和检测是十分必要的。这就需要对加热介质的温度进行连续的测量和控制。这样才能对产品的质量有很好的保证，同时可以确保公司的经济效益。 此次课程设计，主要是使我们更好的了解过程控制与仪表设计的要求，过程，必须完成的内容以及相应的设计方法。同时也使我们了解所学的理论知识，在设计的过程中，很好的运用理论知识并根据实际的情况掌握好理论知识。 1.1.2设计的要求 a.控制系统的简单介绍，工艺流程分析； b.各环节仪表的选型、仪表的工作原理及性能指标； c.仪表间的配接说明。 d.绘制工艺流程原理框图 e.给出仪表型号清单 f.绘制仪表盘电气接线图，端子接线图 二. 控制系统的简单介绍以及工艺流程分析 2.1控制系统的简单介绍 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了一些苦难。同时各塔工艺结构特点千差万别，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。 在这个情况下为了更好地实现精馏塔的目标就有了提溜段温度控制系统的产
1.精馏塔操作及自动控制系统的改进 问：蒸汽压力突然变化时，将直接影响塔釜难挥发组分的蒸发量，使当时塔内热量存在不平衡，导致气-液不平衡，为此如何将塔釜热量根据蒸汽进料量自动调节达到相对稳定，从而保证塔内热量平衡是问题的关键。在生产过程中，各精馏塔设备已确定，塔釜蒸发量与气体流速成正比关系，而流速与塔压差也成正比关系，所以控制好塔顶、塔釜压力就能保证一定的蒸发量，而在操作中，塔顶压力可通过塔顶压力调节系统进行稳定调节或大部分为常压塔，为此，稳定塔釜压力就特别重要。于是在蒸汽进料量不变情况下，我们对蒸汽压力变化情况与塔釜压力的变化进行对比，发现两者成正比关系，而且滞后时间极小。于是将蒸汽进料量与塔釜压力进行串级操作，将塔釜压力信号传递给蒸汽流量调节阀，蒸汽流量调节阀根据塔釜压力进行自动调节，通过蒸汽进料量自动增大或减少，确保塔釜压力稳定，从而保证了精馏操作不受外界蒸汽波动的影响。 我们在讨论精馏塔的控制方式，主要分析的是工艺系统对塔的影响，公用工程几乎不对内部有制约。实际上也是如此。举例分析：蒸汽系统的压力突然变化的系数要远远小于一个精馏塔内部压力变化的系数，也就是说蒸汽系统的压力对比塔压是更趋于稳定；基于这个原因塔压的控制才可以串级控制再沸器的进入蒸汽流量。如果发现蒸汽系统的压力发生了变化，塔压基本没法和加热蒸汽流量串控了。 第二塔的压差基本只是一个参考数据，一般不对塔压差进行控制。尽管塔压差过高我们要采取一定的措施。 DCS/SCS/APC等技术伴随着大容量的工业电脑的应用，投入成本逐渐下降，精 馏塔的高级智能控制也成为可能，比如APC/SCS等技术，精馏产品纯度也得到保证。可是这些系统其实很脆弱，由于影响这些先进控制的外来因素的影响，DCS操作工随时都可能摘除这些控制，回到DCS的水平，进行人工干预。 问：个人认为首先蒸汽压力的波动可以直接影响釜温和塔釜压力的不稳定,同时造成塔内压差的波动,在锅炉补水或蒸汽温度变化的情况下如果不即时去调节蒸汽量来稳定塔内压差的话,很有可能造成反混和塔釜轻组分超标现象.这个和采用双温差控制的方式相仿,而且在现场操作的时候,如果蒸汽压力升高或降低,如果阀门保持同样的开度的话,蒸汽的流量会多少有加大和减少的情况,我认为公用系统的稳定是精馏系统温度的先决条件,楼上你认为如何? 你“说”的没有任何错误。可是问题出在哪里呢？ 我们以控制塔压力为例。假设塔的其它参数不变，只有供应塔底再沸的蒸汽压力在变化，假定塔压直控塔底再沸蒸汽的量或者串控塔底蒸汽的流量。因为该蒸汽压力的变化，然后塔压命令再沸器的流量控制阀做出调整，这样才能保持塔的稳定。这是可以实现的，完全没有问题。（这是一元参数变化） 然而实际的情况却不能让你这样子。 我们知道塔的进料除非你特意的控制其进料流量（有这种模式），否则任何塔 的进料都是波动的，有时甚至有较大波幅（这时就产生二元参数变化），进料 板一般不能变化了（除非特殊工艺，设计了多个可控进料口），设塔的进料变 大了，就会出现塔的灵敏板以下温度降低，但是塔压已经正常，楼主的用塔压
、 过程控制系统与仪表课程设计 目录 : 一、研究对象.............................................. 错误!未定义书签。 二、研究任务.............................................. 错误!未定义书签。 三、仿真研究要求............................................................................. . (4) 四、传递函数计算............................................................................. . (5) 五、控制方案.............................................. 错误!未定义书签。 1. 单回路反馈控制系统 (6) $ 1) 控制方案的系统框图和工艺控制流程图................ 错误!未定义书签。 2) PID参数整定 (7) 3) 系统仿真.......................................... 错误!未定义书签。 4) 对象特性变化后仿真 (12) 2. Smith预估补偿控制系统................................. 错误!未定义书签。 1) 控制方案的系统框图和工艺控制流程图................ 错误!未定义书签。 2) 控制系统方框图.................................... 错误!未定义书签。 3) 系统仿真 (21) · 3. 前馈-反馈控制系统 1) 控制方案的系统框图和工艺控制流程图 (25) 2) 系统仿真 (27) 3) 对象特性变化后仿真............................................................................. . (30)
精馏塔操作中常见问题及处理方法 1精馏操作中怎样调节塔的压力？影响塔压变化的因素是什么？ 任何一个精馏塔的操作，都应把塔压控制在规定的指标内，以相应地调节其它参数。塔压波动过大，就会破坏全塔的物料平衡和气液平衡，使产品达不到所要求的质量。所以，许多精馏塔都有其具体的措施，确保塔压稳定在适宜范围内。 对于加压塔的塔压，主要有以下两种调节方法： 1.塔顶冷凝器为分凝器时，塔压一般是靠气相采出量来调节的。 在其它条件不变的情况下，气相采出量增大，塔压下降；气相采出量减小，塔压上升。 2.塔顶冷凝器为全凝器时，塔压多是靠冷剂量的大小来调节，即相当于调节回流液温度。 在其它条件不变的前提下，加大冷剂量，则回流液的温度降低，塔压降低；若减少冷剂量，回流液温度上升，塔压上升。
对于减压精馏塔的压力控制，主要有以下两种方法： 1.当塔的真空借助于喷射泵获得时，可以用调节塔顶冷凝器之冷剂量或冷剂温度从而改变尾气量的方法来调节塔的真空度。 当被分离的物料允许与空气接触时，在此控制方案中，蒸汽喷射泵在最大的能力下工作，调节阀装在通大气的管线上，用调节阀开度的大小，调节系统的尾气抽气量，从而达到调节塔的真空度的目的。 2.当采用电动真空泵抽真空时，调节阀装在真空泵的回流管线上，用调节阀开度的大小来调节系统的尾气抽出量，从而调节塔的真空度。 对于常压塔的压力控制，主要有以下三种方法： 1.对塔顶压力在稳定性要求不高的情况下，无需安装压力控制系统，应当在精馏设备（冷凝器或回流罐）上设置一个通大气的管道，以保证塔内压力接近于大气压。 2.对塔顶压力的稳定性要求较高或被分离的物料不能和空气接触时，塔顶压力的控制可采用加压塔塔压的控制方法。
精馏塔操作中常见的几大问题 前言 精馏技术广泛应用于各类化学品的生产中，而精馏塔在化工厂也是较为常见的装置之一。而在实际操作中，大家都会遇到这样那样的问题，今天小七就给大家总结总结精馏操作中常见的几种问题，看看你也有遇到过吗？以后再遇到问题，可参考小七给的方法呦~~ 1精馏操作中怎样调节塔的压力？影响塔压变化的因素是什么？ 任何一个精馏塔的操作，都应把塔压控制在规定的指标内，以相应地调节其它参数。塔压波动过大，就会破坏全塔的物料平衡和气液平衡，使产品达不到所要求的质量。所以，许多精馏塔都有其具体的措施，确保塔压稳定在适宜范围内。 对于加压塔的塔压，主要有以下两种调节方法： 1. 塔顶冷凝器为分凝器时，塔压一般是靠气相采出量来调节的。 在其它条件不变的情况下，气相采出量增大，塔压下降；气相采出量减小，塔压上升。 2. 塔顶冷凝器为全凝器时，塔压多是靠冷剂量的大小来调节，即相当于调节回流液温度。 在其它条件不变的前提下，加大冷剂量，则回流液的温度降低，塔压降低；若减少冷剂量，回流液温度上升，塔压上升。 对于减压精馏塔的压力控制，主要有以下两种方法： 1. 当塔的真空借助于喷射泵获得时，可以用调节塔顶冷凝器之冷剂量或冷剂温度从而改变尾气量的方法来调节塔的真空度。 当被分离的物料允许与空气接触时，在此控制方案中，蒸汽喷射泵在最大的能力下工作，调节阀装在通大气的管线上，用调节阀开度的大小，调节系统的尾气抽气量，从而达到调节塔的真空度的目的。 2. 当采用电动真空泵抽真空时，调节阀装在真空泵的回流管线上，用调节阀开度的大小来调节系统的尾气抽出量，从而调节塔的真空度。
对于常压塔的压力控制，主要有以下三种方法： 1. 对塔顶压力在稳定性要求不高的情况下，无需安装压力控制系统，应当在精馏设备（冷凝器或回流罐）上设置一个通大气的管道，以保证塔内压力接近于大气压。 2. 对塔顶压力的稳定性要求较高或被分离的物料不能和空气接触时，塔顶压力的控制可采用加压塔塔压的控制方法。 3. 用调节塔釜加热蒸汽量的方法来调节塔釜的气相压力。 2精馏操作中怎样调节釜温？影响釜温波动的因素是什么？ 釜温是由釜压和物料组成决定的。精馏过程中，只有保持规定的釜温，才能确保产品质量。因此釜温是精馏操作中重要的控制指标之一。 当釜温变化时，通常是用改变蒸发釜的加热蒸汽量，将釜温调节至正常。 当釜温低于规定值时，应加大蒸汽用量，以提高釜液的汽化量，使釜液中重组分的含量相对增加，泡点提高，釜温提高。 当釜温高于规定值时，应减少蒸汽用量，以减少釜液的汽化量，使釜液中轻组分的含量相对增加，泡点降低，釜温降低。 釜温波动的原因比较多。当塔压突然升高时，釜温会随之升高，而后又复下降。这是由于这种釜温的升高是因压力升高引起了釜液泡点的升高所致。因而，塔内的上升蒸汽量不但不会增加，反而还会因为压力的升高而减少；这样，塔釜混合液中轻组分的蒸出就不完全，将导致釜液泡点的下降，因而使釜温又随之下降。 反之，当塔压突然下降时，塔内的上升蒸汽量会因塔压的降低而增加，造成塔釜液面的迅速降低，这样重组分可能带至塔顶。随着釜液中组分的变重，釜液的泡点升高，釜温也会随之升高。由此看来，塔压是引起釜温变化的重要因素。因此，操作中只有首先把塔压控制在要求的指标上，才能确切地知道釜温是否符合工艺要求，否则会导致错误的操作。 釜温也会随着进料中轻组分浓度的增加而降低，重组分浓度的增加而升高。 另外，釜中有水、蒸发釜中物料聚合堵塞了部分列管、加热蒸汽压力的波动、调节阀的失灵、物料的平衡采出受到破坏等，都能引起釜温的波动。釜温波动时，要分析引起波动的原因，加以消除。 例如，塔顶采出量过小，使轻组分压入塔釜而引起釜温下降。此时若不增加塔顶采出，单纯地加大塔釜加热蒸汽的用量，不但对釜温没有作用，严重时还会造成液泛。又如，蒸发釜的列管因物料聚合而堵塞，致使釜温下降，此时，应该订车
摘要 在石化工业中，许多原料、中间产品或粗成品往往是由若干组分形成的混合物，需要通过精馏过程进行分离。精馏是利用混合液中不同组分挥发温度的差异将各组分分离的过程。精馏塔是精馏过程的关键设备。统计资料表明，在石化工业中，40%~50%的能量消耗在精馏设备中，精馏塔是过程控制的重要控制对象，一直受到控制领域的关注。 精馏塔由多级塔盘组成，内在工作机理复杂。在精馏过程中，工作参数对控制作用的响应缓慢，不同变量之间存在相互关联，因此，精馏塔是一个多参数的被控过程；不同工艺要求的精馏塔结构不同，工艺参数、变量之间存在多种组合，控制方案繁多；另外，精馏工艺控制要求较高，控制相对困难。只有对生产工艺进行深入分析，才可能控制出合理的控制系统。 本次设计中，通过对合成甲醇精馏过程的模拟，我们具体了解和掌握比值控制系统的工作原理。 关键词：精馏精馏塔多参数控制比值控制合成甲醇精馏
目录 摘要........................................................................ 1. 1精馏塔控制系统介绍 ........................................................ 1. 1.1精馏塔原理.......................................................... 1. 1.2精馏塔的控制要求及主要干扰因素 (1) 1.2.1精馏塔的控制要求 (1) 1.2.2精馏塔的干扰因素特性 (2) 2精馏塔控制方式的选择与论证 ................................................ .3 3比值控制系统 ............................................................ .5.. 3.1比值控制系统简介................................................... 5. 3.2比值控制系统的设计................................................. 5. 4甲醇精馏的比值控制系统 ................................................... 6. 5系统各器件选型 ........................................................... 8. 5.1检测转换元件的选择................................................. 8. 5.2调节阀气开气关式选择 (9) 6小结与体会 ............................................................... 1.1参考文献.. (12)
吉林化工学院 论文 题目：精馏塔塔釜温度自动控制方案 班级：化工0904 姓名：吴占鹏、齐明宇 学号：090110410、09110409 指导教师：刘艳杰 日期：2011.12.22
精馏塔塔釜温度自动控制方案 化工0904吴占鹏、齐明宇 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、控制、塔釜温度 Ab In stract petroleum, light industry, chemical industry and other production process, often need will raw materials, semi-finished products or coarse product parts of separation, and distillation is the most commonly used methods. Distillation is oil, chemical industry, etc widely applied in the
精馏塔操作中常见的几大问题与控制办法 精馏技术广泛应用于各类化学品的生产中，而精馏塔在化工厂也是较为常见的装置之一。而在实际操作中，大家都会遇到各种各样问题，现与大家分享一下精馏操作中常见的几种问题与控制办法。 1精馏操作中怎样调节塔的压力？影响塔压变化的因素是什么？ 任何一个精馏塔的操作，都应把塔压控制在规定的指标内，以相应地调节其它参数。塔压波动过大，就会破坏全塔的物料平衡和气液平衡，使产品达不到所要求的质量。所以，许多精馏塔都有其具体的措施，确保塔压稳定在适宜范围内。 对于加压塔的塔压，主要有以下两种调节方法： 1. 塔顶冷凝器为分凝器时，塔压一般是靠气相采出量来调节的。 在其它条件不变的情况下，气相采出量增大，塔压下降；气相采出量减小，塔压上升。 2. 塔顶冷凝器为全凝器时，塔压多是靠冷剂量的大小来调节，即相当于调节回流液温度。 在其它条件不变的前提下，加大冷剂量，则回流液的温度降低，塔压降低；若减少冷剂量，回流液温度上升，塔压上升。 对于减压精馏塔的压力控制，主要有以下两种方法： 1. 当塔的真空借助于喷射泵获得时，可以用调节塔顶冷凝器之冷剂量或冷剂温度从而改变尾气量的方法来调节塔的真空度。
当被分离的物料允许与空气接触时，在此控制方案中，蒸汽喷射泵在最大的能力下工作，调节阀装在通大气的管线上，用调节阀开度的大小，调节系统的尾气抽气量，从而达到调节塔的真空度的目的。 2. 当采用电动真空泵抽真空时，调节阀装在真空泵的回流管线上，用调节阀开度的大小来调节系统的尾气抽出量，从而调节塔的真空度。 对于常压塔的压力控制，主要有以下三种方法： 1. 对塔顶压力在稳定性要求不高的情况下，无需安装压力控制系统，应当在精馏设备（冷凝器或回流罐）上设置一个通大气的管道，以保证塔内压力接近于大气压。 2. 对塔顶压力的稳定性要求较高或被分离的物料不能和空气接触时，塔顶压力的控制可采用加压塔塔压的控制方法。 3. 用调节塔釜加热蒸汽量的方法来调节塔釜的气相压力。 2精馏操作中怎样调节釜温？影响釜温波动的因素是什么？ 釜温是由釜压和物料组成决定的。精馏过程中，只有保持规定的釜温，才能确保产品质量。因此釜温是精馏操作中重要的控制指标之一。当釜温变化时，通常是用改变蒸发釜的加热蒸汽量，将釜温调节至正常。当釜温低于规定值时，应加大蒸汽用量，以提高釜液的汽化量，使釜液中重组分的含量相对增加，泡点提高，釜温提高。 当釜温高于规定值时，应减少蒸汽用量，以减少釜液的汽化量，使釜液中轻组分的含量相对增加，泡点降低，釜温降低。
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的设计 院（系）： 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 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算
摘要 本系统利用工业生产过程控制采用串级控制系统实现精馏塔塔釜温度控制系统。通过选用铂铑10－铂热电偶传感器、ZMAP-16P DN15气动调节阀、DT2031数字调节器、热电偶温度变送器来实现。系统设计主要包括控制方案的设计和系统各仪表选型，软件设计，系统仿真四大部分。软件设计采用DCS组态来完成，并完成了系统监控画面。系统仿真采用MATLAB进行仿真，并得出仿真图。本系统便是基于工业生产过程控制采用串级控制系统实现精馏塔塔釜温度控制系统，通过对工业生产过程控制，来实现对精馏塔塔釜温度的控制。此次设计就是要设计一个精馏塔塔釜温度的串级控制系统。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；温度控制；PID
目录 第1章绪论 (1) 第2章控制方案的设计 (3) 2.1设计要求 (3) 2.2方案设计 (3) 2.2.1 塔釜温度的前馈控制 (4) 2.2.2 塔釜温度的串级控制 (5) 2.2.3 塔釜温度的反馈控制 (6) 第3章系统各仪表选型 (8) 3.1温度传感器的选择 (8) 3.2执行器的选择 (8) 3.3调节器的选择 (9) 3.4压力变送器的选择 (9) 3.5温度变送器的选择 (10) 3.6控制器的正反作用选择 (10) 第4章软件设计 (11) 4.1系统控制流程图 (11) 4.2DCS组态 (11) 第5章系统仿真 (14) 5.1PID控制器的参数整定 (14) 5.2凑试法确定PID参数 (14) 5.3切线法确定被控对象的传函 (15) 5.4系统MATLAB仿真分析 (17) 第6章课程设计总结 (19) 参考文献 (20)