精馏塔控制

一、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，可以用塔压降或压差来监视气相速度。

二、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，冷剂与热剂的压力盒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时极为有利的。

三、精馏塔控制变量的分析精馏塔的控制是为了保证精馏塔安全、平稳的运行，其目标是，是塔操作满足各种约束条件，保持塔的物料及能量的平衡，在较佳的工况下安全、平稳的运行，获得较大的产品回收率和较低的能耗及符合规定要求的产品。

在过程系统控制中所涉及的变量可分为以下几类。

（1）被控变量被控变量是通过改变调节其他相关变量使之维持在目标值的变量。

精馏塔的被控变量有5个：塔顶产品的浓度、塔底产品的浓度、塔内压力、塔釜及回流罐的液位。

（2）操纵变量操纵变量时通过改变调节阀的开度实施对介质的调节，该介质变量称为操纵变量。

控制系统是通过调节操纵变量来控制被控变量，而操纵变量通常是系统的流量。

如产品流量、塔回流量及加热剂、冷却剂量。

操纵变量也为5个。

（3）干扰变量精馏塔的环境参数及输入变量波动破坏塔的平衡，使产品质量发生变化，称这些变量为干扰变量，控制的目的就是克服干扰变量的扰动影响。

干扰变量有些可控，有些则不能控制。

a、可控干扰变量如塔的进料流量、温度或进料焓值或热状态。

b、不可控干扰变量如进料的成分、环境温度、冷却水温及大气压等。

四、精馏塔被控变量的选择精馏塔被控变量的选择，是指精馏塔产品质量控制中被控变量的确定，以及检测点的位置等问题。

精馏塔的控制要求2.1 质量指标混合物分离的纯度是精馏塔控制的主要指标。

在精馏塔的正常操作中，产品质量指标就必须符合预定的要求，即保证在塔底或塔顶产品中至少有一种组分的纯度达到规定的要求，其他组分也应保持在规定的范围内，因此，应当取塔底或塔顶产品的纯度作为被控变量。

但是，在线实时监测产品纯度有一定的困难，因此，大多数情况下是用精馏塔内的“温度和压力”来间接反应产品纯度。

对于二元精馏塔，当塔压恒定时，温度与成分之间有一一对应的关系，因此，常用温度作为被控变量。

对于多元精馏塔，由于石油化工过程中精馏产品大多数是碳氢化合物的同系物，在一定的塔压下，温度与成分之间仍有较好的对应关系，误差较小。

因此，绝大多数精馏塔当塔压恒定时采用温度作为间接质量指标。

2.2 平稳操作为了保证精馏塔的平稳操作，首先必须尽可能克服进塔之前的主要可控扰动，同时缓和一些不可控的主要扰动，例如，对塔进料温度进行控制、进料量的均匀控制、加热剂和冷却剂的压力控制等。

此外，塔的进出物料必须维持平衡，即塔顶馏出物与塔底采出物之和应等于进料量，并且两个采出量的变化要缓慢，以保证塔的平稳操作。

另外，控制塔内的压力稳定，也是塔平衡操作的必要条件之一。

2.3 约束条件为了保证塔的正常、平稳操作，必须规定某些变量的约束条件。

例如，对塔内气体流速的限制，塔内气体流速过高易产生液泛，流速过低会降低塔板效率；再沸器的加热温差不能超过临界值的限制等。

3精馏塔的温度控制精馏塔控制最直接的质量指标是产品的组分，但产品组分分析周期长，滞后严重，因而温度参数成了最常用的控制指标，即通过灵敏板进行控制[3]。

3.1 精馏段温度控制精馏段温控灵敏板取在精馏段的某层塔板处，称为精馏段温控。

适用于对塔顶产品质量要求高或是气相进料的场合。

调节手段是根据灵敏板温度，适当调节回流比。

例如，灵敏板温度升高时，则反映塔顶产品组成XD下降，故此时发出信号适当增大回流比，使XD上升至合格值时，灵敏板温度降至规定值。

精馏塔常用控制方案简介1.1.2 精馏塔常用控制方案简介a）传统控制方案1）按物料平衡关系控制精馏塔物料平衡控制方式并不对塔顶或塔底产品质量进展直接的控制，而依据精馏塔的物料平衡及能量平衡关系进展间接控制。

其根本原理是，当进料成分不变和进料温度一定时，在持全塔物料平衡的前提下，保持进料量F、再沸器加热量、塔顶产品量D一定；或者说保持D/F和B/F一定，就可保证塔顶、塔底产品质量指标一定。

2）质量指标控制精馏塔质量指标由精馏塔产品的纯度表达，精馏塔产品的纯度直接影响因素为精馏段灵敏板温度与提馏段灵敏板温度。

因此，精馏塔质量指标控制方案与温度控制有直接联系。

3）温度控制当为了生产两种合格的产品，只有塔顶、塔底两种。

而没有侧线产品时，常用的控制方案是：利用回流量来控制顶部塔板的温度，改变通往再沸器加热蒸汽量来控制底部塔板的温度。

b）先进控制方案1）自适应解耦控制一些学者将自适应控制应用于精馏塔的不同组分控制。

但是．没有考虑控制回路之问耦合的影响。

目前已提出的多变量自适应解耦控制算法，只能对最小相位系统实现动态解耦，对非最小相位系统实现近似动态解耦，近来，有人根据精馏塔的特点提出了一种可以对闭环系统实现动静态解耦的自适应控制器，并在精馏塔上进展了实验。

2）多变量预测控制预测控制是一类以对象模型为根底的计算机控制算法，依据对象模型的不同，预测算法可粉为模型算法（MAC）、动态矩阵控制算法（DMC）、广义预测控制（GPC）等详细实现形式。

工业上应用说明：多变量预测控制到达了期望的效果，实现了常压塔的平稳操作，提高了装置适应处理量与原料性质变化的能力；并简化了控制过程，减少了劳动强度及人工干预，显著提高了产品的合格率。

1.2 问题的提出及解决问题的途径对于精馏过程中的温度控制系统，当只有塔顶、塔底两种产品，而没有侧线产品时，常用的控制方案是：利用回流量来控制顶部塔板的温度，改变通往再沸器加热蒸汽量来控制底部塔板的温度。

精馏塔控制系统说课讲解精馏塔控制系统第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。

精馏塔塔压控制方法
1. 保持塔顶冷凝器的高效运行呀，就像给精馏塔戴了顶凉爽的帽子！比如在化工生产中，冷凝器运行良好就能让塔压乖乖听话。

2. 调控进料速度很关键哦，这不就像给精馏塔喂食一样，得适量呀！想想如果进料太快，塔压不就像发脾气一样升高啦。

3. 注意塔釜的供热稳定哟，这可关系到塔压的平稳呢，就好比人要保持体温稳定一样重要！实际操作中要是供热不稳定，塔压可就乱套喽。

4. 回流比的控制也是重中之重哇！就如同掌握好水流的大小，合适的回流比能让塔压稳定运行，在一些精细化工生产中就能深切体会到这一点。

5. 定期检查和维护设备也必不可少哒，这就像是给精馏塔做体检！要是设备出问题，塔压还能正常吗？
6. 及时处理塔顶不凝气呀，不然塔压可就像气球一样鼓起来喽！在实际的生产过程中，不及时处理那可不行呀。

7. 合理分配塔板负荷知道不？这就像给每个楼层分配合理的重量一样！不然塔压肯定不正常呀。

8. 关注塔内的气液平衡呀，这多重要呀！就如同走路要保持平衡一样，不平衡的话塔压就会出问题咯。

9. 操作人员的精心操作更是不能忽视哇，他们就像是精馏塔的守护者！一个不小心，塔压可能就被影响啦。

总之，要想控制好精馏塔塔压，这些方法都得重视起来，相互配合，才能让精馏塔乖乖听话，稳定运行！。

精馏塔的控制（一）掌握要点及要求1、掌握简单精馏塔的控制问题与分解方法；2、掌握精馏塔的静态特性；3、了解精馏塔对象中操作变量对主要被控变量的动态影响程度与速度；4、针对塔顶、塔底产品质量不同的要求，掌握基本控制系统的分析与设计方法；5、了解精馏塔的复杂控制与先进控制方法6.1概述6.1.1精馏塔控制要求及影响因素1.操作要求(1)产品质量指标塔顶或塔底产品之一保证合乎规定的纯度要求，而另一个产品维持在某一规定的范围内。

2.物料平衡（1）馏出液和备液的平均采出量之和应等于平均进料量，而且缓慢变化。

（2）塔内及塔顶、塔底容器的蓄热量应介于规定的上下限之间（3）保证高产优质，低消耗，如为保证塔顶产品纯度加大回流，但有消耗大量的蒸汽，物料平衡一般采用均匀、比值控制系统。

3．束条件：（1）塔内蒸汽速度既不能过高，也不能过低，过高引起液泛，过低塔板效率低。

（2）对再沸器的加热温差，加热蒸汽冷凝量和冷凝器冷却温差都有一定限制。

9不能超过临界温差）临界温差：由核状沸腾转为膜状沸腾时的温差，单位时间，单位面积内所传递热量称为临界热负荷液体在管外大容积内沸腾，膜系数与温差关系：随着温度差增加，汽化核数和气泡长大速率也增加，以致大量的气泡在加热表面层集合，形成蒸汽膜，热量必须通过此膜传递到液体当中去，由于蒸汽导热系数小，从而传热困难，以至膜系数下降。

工业生产一般维持在核状沸腾区操作，超过该区，进入膜状沸腾回烧坏传热管4、影响塔操作的干扰因素：（1）塔压波动（2）进料量F （3）进料成分Ef （4）进料温度Tf（5）进料状态①气相②液相③汽/液混合（6）热剂或蒸汽 Ps、Gs （7）汽剂或进口温度Gw、Tw（8）环境温度6.1.2精馏塔各干扰因素的分析及调节手段的确定1.塔压波动对操作影响及调节方法(1)塔压波动对操作影响（1）塔压波动影响汽液平衡（2）塔压波动影响物料平衡P↑→F↓ P↑→D↑（3）增加波动破坏X-T关系，压力低，沸点低(2)影响压力波动因素(3)控制塔压办法：塔压控制方法通常根据塔动作情况，可分为：常压塔、减压塔和加压塔分别控制。

精馏塔操作与控制1 概述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，精馏是广泛应用的一种方法。

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。

如图1所示。

图1 精馏装置结构示意图实际生产过程中，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是连续精馏。

精馏塔是一个多输入多输出的多变量过程，其内在机理复杂，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。

1.1 精馏塔两个基本平衡关系式影响精馏操作的因素很多，这些影响因素都是通过物料平衡和能量平衡的形式来影响精馏操作的。

然而，一个塔的物料平衡与能量平衡之间又是相互影响的。

现以二元精馏过程为例，说明精馏塔的这两个基本关系。

1.1.1 物料平衡关系一个精馏塔，进料和出料应保持平衡，即总物料量及任一组分的量应符合物料平衡关系。

对图1所示精馏塔而言，其物料平衡关系如下。

就总物料平衡关系而言，平均进料量应等于塔顶和塔底的平均采出量，即F=D+B (1)对轻组分而言，进料中的轻组分量应等于塔顶和塔底轻组分量之和，即Fzf=DxD+BxB (2)由式(1)和式(2)可得xD=F/D(zf-xB)+xB (3)或D/F=(zf-xB)/(xD-xB) (4)式中 F—进料流量;D—塔顶采出量;B—塔底采出量;zf—进料轻组分含量;xD—塔顶采出轻组分含量;xB—塔底采出轻组分含量。

同样方法也可以求得B/F=(xD-zf)/(xD-xB) (5)从上述关系可以看出，当D/F增加时，塔顶、塔底采出液中轻组分含量将会减少，即xD及xB将下降。

而当B/F增加时，塔顶、塔底采出液中轻组分含量将会增大，即xD及xB将上升。

然而，在D/F(或B/F)一定，和zf也一定的条件下，却不能完全确定xD和xB，而只能确定xD和xB之间的一个比例关系。

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。