中国石油大学过程控制课件11 精馏塔控制
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精馏塔操作指导PPT课件
第5页/共45页
进料量增加，塔内上升蒸汽速度上升，当进料量增加到上升蒸汽速度超过 液泛速度时，严重的雾沫夹带会破坏塔的正常操作。此时一般采用增大回流 比的方法，要提高传质效果。 ②进料量变化超过塔顶冷凝器和塔釜再沸器的设计负荷时，不仅改变了塔 内上升蒸汽的速度，而且塔顶、塔釜温度也发生相应的变化。致使塔板上气 液平衡组成发生变化，产品质量。此时尽是使进料量保持平稳，调节时也需 缓慢进行。 • 进料组成的影响： 进料组成的变化将直接影响精馏操作，当重组分浓度增加时，精馏段负荷 增加，重组分被带到塔顶，使塔顶产品质量不合格。当轻组分浓度增加时， 提馏段
这部份液体就叫回流液。回流比就是回流液量与塔顶产品量之比。 • 灵敏板：在精馏的操作中，某一板和相邻板的组成变化较大，因而温度变化也较大，在操作发生变化时，
该板的温度或组成变化最灵敏，所以称此板为灵敏板。
第2页/共45页
• 雾沫夹带：随着气速的提高，雾滴被带到上一块塔板的现象叫雾沫夹带。如 气体自下层塔板带到上层塔板的雾沫夹带量达百分之十，这时塔的操作就会 不正常，表现出的结果是塔顶重组分浓度增加，塔压增大。
第8页/共45页
• 顶冷凝器的冷剂影响： 对采用内回流的塔，其冷剂量的大小，对精馏操作影响较为显著，也是回 流量波动的主要原因。冷剂无相变化时，冷凝器的负荷主要由冷剂量来调节， 冷剂量减少，导致塔顶冷凝器的物料温度升高，回流量减少，顶温升高，塔 顶产品中重组分含量增加。当冷剂有相变化时，在冷剂量充分的前提下，调 节冷剂蒸发压力所带来的回流量、塔顶温度的变化更为灵敏。 对外回流的塔，冷剂量及冷剂蒸发压力的波动对精馏塔的操作影响与内回 流塔的影响形式相类似。
(2)液泛(有几种原因)
(1)注入解冻剂,防止产品污染,调整塔的 操作状态
进料量增加，塔内上升蒸汽速度上升，当进料量增加到上升蒸汽速度超过 液泛速度时，严重的雾沫夹带会破坏塔的正常操作。此时一般采用增大回流 比的方法，要提高传质效果。 ②进料量变化超过塔顶冷凝器和塔釜再沸器的设计负荷时，不仅改变了塔 内上升蒸汽的速度，而且塔顶、塔釜温度也发生相应的变化。致使塔板上气 液平衡组成发生变化，产品质量。此时尽是使进料量保持平稳，调节时也需 缓慢进行。 • 进料组成的影响： 进料组成的变化将直接影响精馏操作，当重组分浓度增加时，精馏段负荷 增加，重组分被带到塔顶，使塔顶产品质量不合格。当轻组分浓度增加时， 提馏段
这部份液体就叫回流液。回流比就是回流液量与塔顶产品量之比。 • 灵敏板：在精馏的操作中，某一板和相邻板的组成变化较大，因而温度变化也较大，在操作发生变化时，
该板的温度或组成变化最灵敏，所以称此板为灵敏板。
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• 雾沫夹带：随着气速的提高，雾滴被带到上一块塔板的现象叫雾沫夹带。如 气体自下层塔板带到上层塔板的雾沫夹带量达百分之十，这时塔的操作就会 不正常，表现出的结果是塔顶重组分浓度增加，塔压增大。
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• 顶冷凝器的冷剂影响： 对采用内回流的塔，其冷剂量的大小，对精馏操作影响较为显著，也是回 流量波动的主要原因。冷剂无相变化时，冷凝器的负荷主要由冷剂量来调节， 冷剂量减少，导致塔顶冷凝器的物料温度升高，回流量减少，顶温升高，塔 顶产品中重组分含量增加。当冷剂有相变化时，在冷剂量充分的前提下，调 节冷剂蒸发压力所带来的回流量、塔顶温度的变化更为灵敏。 对外回流的塔，冷剂量及冷剂蒸发压力的波动对精馏塔的操作影响与内回 流塔的影响形式相类似。
(2)液泛(有几种原因)
(1)注入解冻剂,防止产品污染,调整塔的 操作状态
《精馏塔的过程控制》PPT课件
2021年3月20日星期六
第23页
• 4.数据传送与通信
•
•
智能仪器通常都具有GP—IB标准通信接口,能够很方便地接入自动测试系
统,接受遥控命令、实现自动测试。许多智能仪器还配置有RS—232C/RS—
422/RS—485等标准串行接口、现场总线接口等,具有远距离数据通信功能,便
于组成测控网络。
2021年3月20日星期六
承认为IEEE-488标准;1979年又被IEC承认为IEC-625标准;1984年我国将此标
准承认为ZBY207,并正式命名为“可程控测量仪器的接口系统”。GP-IB的应
用十分广泛,智能仪器大都配有GP—IB通信接口。不管是哪个国家、哪家企业
生产的智能仪器产品,只要配有GP-IB标准接口,都可以借助一条无源电缆总线
2021年3月20日星期六
第20页
• ④最大/最小:求多个测量结果中的最大值、最小值和峰-峰值。智能仪器无须 保存每个测量结果,仅需保存当前的最大值和最小值。当发现新的最大值或最 小值时,就更新原来的最大值或最小值。⑤极限:在某些测量中,用户关心的是 被测量(如温度和压力等)是否越出安全范围。这时用户可先设置高、低极限。 当被测量越出该极限时,仪器就给出某种警告。在测量结束后,分别输出并显 示越出高限、低限和未越出界限的测量次数。⑥统计:计算测量结果的算术平 均值、方差、标准偏差、方均根值等。
接口问题。其主要特点是数据传输速率高、通用性及灵活性强,可兼容不同设
备。我国在20世纪80年代完成了CAMAC系统的开发,并在一些军工和普通工业
部门获得应用,但如今这种系统已逐渐被淘汰。
2021年3月20日星期六
第27页
• 2.GP-IB系统
精馏塔的控制方案(课堂PPT)
图10-41 精馏塔的物料 流程图
.
4
三、精馏塔的自动控制
以乙醇-水的分离为例，采用精馏塔的精馏段温控方案
如果采用以精馏段温度作为衡量质量指标的间接指标， 而以改变回流量作为控制手段的方案，就称为精馏段温控。
图10-43 精馏段温控的控制方案示意图
.
5
被控变量的选择：塔顶产品的成分要求比较高，二元系统精 馏时，p-t-x三者之间有一定的关系，考虑精馏塔工艺合理 性，塔压需要固定，气液平衡和挥发度才能稳定，t-x单值 对应关系才成立，所以以精馏段温度为被控变量，进行间 接指标控制；
.
9
在采用精馏段温控时，当分离的产品较纯时， 由于塔顶或塔底的温度变化很小，对测温仪表的灵 敏度和控制精度都提出了很高的要求，但实际上却 很难满足。解决这一问题的方法，是将测温元件安 装在塔顶以下几块塔板的灵敏板上，以灵敏板的温 度作为被控变量。
.
10
.
11
操纵变量的选择：影响精馏段温度的因素很多，从工艺角度 看，回流液量和蒸汽流量为可控因素，从两个因素对精馏 温度的影响看，回流量通道短，更及时、更显著，所以选 择回流液量为操纵变量。
.
6
控制器正反作用的选择：
对象的作用：回流量增大，精馏塔温度降低，为反作用；
执行器作用：从安全考虑，当没有信号时，回流液量不 能过小，即没有信号时阀门要开，执行器采用气关式， 为反作用；
控制器作用：考虑整个控制系统为负反馈，控制器采用 反作用
当精馏塔温度偏高时，控制器是反作用，所以控制器 的控制作用减弱；执行器也是反作用，档控制作用减 弱时，执行器的阀门开度是增大的，使回流液量增大， 从而使精馏段的温度降低，达到控制目的。
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7
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三、精馏塔的自动控制
以乙醇-水的分离为例，采用精馏塔的精馏段温控方案
如果采用以精馏段温度作为衡量质量指标的间接指标， 而以改变回流量作为控制手段的方案，就称为精馏段温控。
图10-43 精馏段温控的控制方案示意图
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5
被控变量的选择：塔顶产品的成分要求比较高，二元系统精 馏时，p-t-x三者之间有一定的关系，考虑精馏塔工艺合理 性，塔压需要固定，气液平衡和挥发度才能稳定，t-x单值 对应关系才成立，所以以精馏段温度为被控变量，进行间 接指标控制；
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9
在采用精馏段温控时，当分离的产品较纯时， 由于塔顶或塔底的温度变化很小，对测温仪表的灵 敏度和控制精度都提出了很高的要求，但实际上却 很难满足。解决这一问题的方法，是将测温元件安 装在塔顶以下几块塔板的灵敏板上，以灵敏板的温 度作为被控变量。
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11
操纵变量的选择：影响精馏段温度的因素很多，从工艺角度 看，回流液量和蒸汽流量为可控因素，从两个因素对精馏 温度的影响看，回流量通道短，更及时、更显著，所以选 择回流液量为操纵变量。
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6
控制器正反作用的选择：
对象的作用：回流量增大，精馏塔温度降低，为反作用；
执行器作用：从安全考虑，当没有信号时，回流液量不 能过小，即没有信号时阀门要开，执行器采用气关式， 为反作用；
控制器作用：考虑整个控制系统为负反馈，控制器采用 反作用
当精馏塔温度偏高时，控制器是反作用，所以控制器 的控制作用减弱；执行器也是反作用，档控制作用减 弱时，执行器的阀门开度是增大的，使回流液量增大， 从而使精馏段的温度降低，达到控制目的。
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精馏塔工作原理 ppt课件
② 溢流堰 为保证气液两相在塔板上形成足够的相际传质表 面 , 塔板上须保持一定深度的液层，为此 , 在塔板的出口端设置 溢流堰。塔板上液层高度在很大程度上由堰高决定。对于大型 塔板，为保证液流均布，还在塔板的进口端设置进口堰。 ③ 降液管 液体自上层塔板流至下层塔板的通道，也是气 （汽）体与液体分离的部位。为此，降液管中必须有足够的空 间，让液体有所需的停留时间。此外，还有一类无溢流塔板， 塔板上不设降液管，仅是块均匀开设筛孔或缝隙的圆形筛板。 操作时，板上液体随机地经某些筛孔流下，而气体则穿过另一 些筛孔上升。无溢流塔板虽然结构简单，造价低廉，板面利用 率高，但操作弹性太小，板效率较低，故应用不广。
以下为恒沸物与温度的关系图
四、临界温度
临界温度，使物质由气态变为液态的最高 温度叫临界温度。每种物质都有一个特定的温 度，在这个温度以上，无论怎样增大压强，气 态物质都不会液化，这个温度就是临界温度。 五、临界压力 临界压力为物质处于临界状态时的压力 （压强）。就是在临界温度时使气体液化所需 要的最小压力。也就是液体在临界温度时的饱 和蒸气压。在临界温度和临界压力下，物质的 摩尔体积称为临界摩尔体积。
较完全地分离，生产出所需纯度的两种产品。 十一、间歇精馏 间歇精馏过程的特点 当混合液的分离要求较高而料液品种或组成经常变化时， 采用间歇精馏的操作方式比较灵活机动。从精馏装置看， 间歇精馏与连续精馏大致相同。作间歇精馏时，料液成 批投入精馏釜，逐步加热气化，待釜液组成降至规定值 后将其一次排出。由此不难理解，间歇精馏过程具有如 下特点。 ① 间歇精馏为非定态过程。在精馏过程中，釜液组成不 断降低。若在操作时保持回流比不变，则馏出液组成将 随之下降；反之，为使馏出液组成保持不变，则在精
(工业过程控制)16.精馏塔控制
03
原料的筛选与清洗
去除原料中的杂质和污染 物，确保原料的质量和纯 度。
原料的破碎与混合
将大块原料破碎成小块， 并与其他原料进行均匀混 合，以提高后续处理的效 率。
原料的干燥与除湿
去除原料中的水分或其他 挥发性组分，以满足精馏 塔处理的要求。
精馏塔的操作流程
原料的加热与汽化
01
将原料加热至汽化状态，以便在精馏塔中进行分离。
精馏塔控制
目录
• 精馏塔控制概述 • 精馏塔的工艺流程 • 精馏塔的控制策略 • 精馏塔的优化与改进 • 精馏塔的未来发展与展望
01
精馏塔控制概述
精馏塔的工作原理
精馏塔是一种用于分离液体混合 物的工业设备，其工作原理基于 物质间沸点的不同来实现分离。
原料液进入精馏塔后，在塔内加 热至沸腾，不同沸点的组分在蒸 汽和液体的相变过程中得以分离。
详细描述
为了减小压力波动，可以采用多级控 制、前馈控制和反馈控制等策略，以 及使用先进的控制算法如PID控制器 和神经网络控制器等。
液位控制
液位是精馏塔操作的另一个重要参数，液位的变化会 影响到产品的质量和产量。
输入 标题
详细描述
通过调节精馏塔的进料流量和塔顶、塔底的排放量， 可以控制精馏塔的液位，使其保持在适宜的范围内。
精馏塔控制的挑战
精馏塔是一个多变量、强耦合、 非线性的复杂系统，控制难度
较大。
操作条件如进料流量、温度、 压力等的变化以及物料的特 性差异都可能影响精馏效果。
此外，精馏塔的动态特性和外 部干扰因素也可能对控制效果 产生影响，如蒸汽压力波动、
进料组成变化等。
02
精馏塔的工艺流程
原料的预处理
01
精馏塔的控制课件
人工智能与大数据
利用人工智能和大数据技术对精馏过程进行建模、预测和控制是未来的 研究热点之一。这将有助于实现更加精细和智能化的生产管理。
精馏塔的发展对工业应用的影响和意义
提高产品质量和收率
精馏技术的进步有助于提高产品的质量和收率，进而提高企业的 竞争力。
降低生产成本
通过高效节能技术和自动化智能化控制，精馏塔的发展可以降低生 产成本，提高企业的经济效益。
该企业采用了计算机模拟技术， 对乙烯/乙烷分离塔进行了模拟。 通过模拟，可以得出塔内各处 的温度、压力、组成等参数， 从而了解塔的性能和操作状况。
根据模拟结果，该企业采取了 一系列优化措施，包括改变进 料位置、调整操作参数等。这 些措施有效地提高了乙烯和乙 烷的分离效果，降低了能耗和 物耗。
案例三
诊断流程
按照“先易后难、先局部后整体”的 原则，逐步排查故障原因，并采取相 应的措施进行修复。
精馏塔的预防措施和安全注意事项
定期检查
防止堵塞
定期对精馏塔进行检查和维护，确保设备 正常运行。
定期清理塔内杂物，防止塔板和填料堵塞。
注意安全
严格控制工艺参数
在操作过程中要注意安全，避免发生泄漏、 火灾等事故。
特点
填料塔具有结构简单、压力降小、操作稳定等优点；板式塔具有分离效率高、操 作弹性大等优点；喷射精馏塔则具有处理能力大、节能效果显著等优点。不同类 型的精馏塔各有其优缺点，应根据实际需求选择合适的类型。
02
精馏塔的控制系统
精馏塔控制系统的组成和作用
组成
精馏塔控制系统通常由检测元件、控制元件、执行机构和被 控对象组成。
精馏塔的控制
contents
目录
• 精馏塔概述 • 精馏塔的控制系统 • 精馏塔的模拟和优化 • 精馏塔的故障诊断和预防措施 • 精馏塔的发展趋势和研究方向 • 精馏塔的应用案例分析
利用人工智能和大数据技术对精馏过程进行建模、预测和控制是未来的 研究热点之一。这将有助于实现更加精细和智能化的生产管理。
精馏塔的发展对工业应用的影响和意义
提高产品质量和收率
精馏技术的进步有助于提高产品的质量和收率，进而提高企业的 竞争力。
降低生产成本
通过高效节能技术和自动化智能化控制，精馏塔的发展可以降低生 产成本，提高企业的经济效益。
该企业采用了计算机模拟技术， 对乙烯/乙烷分离塔进行了模拟。 通过模拟，可以得出塔内各处 的温度、压力、组成等参数， 从而了解塔的性能和操作状况。
根据模拟结果，该企业采取了 一系列优化措施，包括改变进 料位置、调整操作参数等。这 些措施有效地提高了乙烯和乙 烷的分离效果，降低了能耗和 物耗。
案例三
诊断流程
按照“先易后难、先局部后整体”的 原则，逐步排查故障原因，并采取相 应的措施进行修复。
精馏塔的预防措施和安全注意事项
定期检查
防止堵塞
定期对精馏塔进行检查和维护，确保设备 正常运行。
定期清理塔内杂物，防止塔板和填料堵塞。
注意安全
严格控制工艺参数
在操作过程中要注意安全，避免发生泄漏、 火灾等事故。
特点
填料塔具有结构简单、压力降小、操作稳定等优点；板式塔具有分离效率高、操 作弹性大等优点；喷射精馏塔则具有处理能力大、节能效果显著等优点。不同类 型的精馏塔各有其优缺点，应根据实际需求选择合适的类型。
02
精馏塔的控制系统
精馏塔控制系统的组成和作用
组成
精馏塔控制系统通常由检测元件、控制元件、执行机构和被 控对象组成。
精馏塔的控制
contents
目录
• 精馏塔概述 • 精馏塔的控制系统 • 精馏塔的模拟和优化 • 精馏塔的故障诊断和预防措施 • 精馏塔的发展趋势和研究方向 • 精馏塔的应用案例分析
精馏塔操作—精馏塔的操作(制药单元操作课件)
例题: 氯仿和四氯化碳的混合液在连续精馏塔内分离，要求馏出液氯仿浓度为0.95(摩 尔分率)，塔顶为全凝器，平均相对挥发度1.6，回流比为2。求: (1) 由上向下数第一块塔板下降的液体组成; (2) 第二块塔板上升蒸气组成。
解：(1) y1 = xD= 0.95
y11(来自x1 1)x1
0.95 1.6 x1 1 (1.6 1)x 1
筛板精馏塔内部结构
筛板精馏塔内部构件：筛板、溢流堰、降液管 等
精馏工艺流程
精馏异常现象及处理
1.精馏塔液泛 1）塔负荷过大：调整负荷/调节加料量，降低釜温 2）回流量过大：减少回流，加大采出 3）塔釜加热过猛：减小加热量
2.系统压力增大 1）不凝气积聚：排放不凝气 2）采出量少：加大采出量 3）塔釜加热功率过大：调整加热功率
求后，关闭进料阀，停泵。 5.检查加热蒸汽（或其它加热介质）是否达到要求。
精馏塔的操作
（二）板式塔开车的操作步骤 1.蒸汽加热时，缓慢打开加热阀门。电加热时，打开加热电源开关，调 节可调电位计至要求值。同时打开通向塔顶冷凝冷却器上水阀门。 2.建立回流 在全回流情况下继续加热，直到塔温、塔压均达到规定指标， 产品质量符合要求。 3.进料与出产品 打开进料阀进料，同时从塔顶和塔釜采出产品，调节到 指定的回流比。 4.控制调节 对塔的操作条件和参数逐步调整，使塔的负荷、产品质量逐 步且尽快地达到正常操作值，转入正常操作。
精馏段操作线
精馏段操作线方程的意义：
在一定的操作条件下，从任一塔板（n）向下流的液体组成xn
与相邻的下一块塔板（n+1）上升蒸汽组成y n+1之间的关系。
L=RD
V = L+ D =（R + 1）D
解：(1) y1 = xD= 0.95
y11(来自x1 1)x1
0.95 1.6 x1 1 (1.6 1)x 1
筛板精馏塔内部结构
筛板精馏塔内部构件：筛板、溢流堰、降液管 等
精馏工艺流程
精馏异常现象及处理
1.精馏塔液泛 1）塔负荷过大：调整负荷/调节加料量，降低釜温 2）回流量过大：减少回流，加大采出 3）塔釜加热过猛：减小加热量
2.系统压力增大 1）不凝气积聚：排放不凝气 2）采出量少：加大采出量 3）塔釜加热功率过大：调整加热功率
求后，关闭进料阀，停泵。 5.检查加热蒸汽（或其它加热介质）是否达到要求。
精馏塔的操作
（二）板式塔开车的操作步骤 1.蒸汽加热时，缓慢打开加热阀门。电加热时，打开加热电源开关，调 节可调电位计至要求值。同时打开通向塔顶冷凝冷却器上水阀门。 2.建立回流 在全回流情况下继续加热，直到塔温、塔压均达到规定指标， 产品质量符合要求。 3.进料与出产品 打开进料阀进料，同时从塔顶和塔釜采出产品，调节到 指定的回流比。 4.控制调节 对塔的操作条件和参数逐步调整，使塔的负荷、产品质量逐 步且尽快地达到正常操作值，转入正常操作。
精馏段操作线
精馏段操作线方程的意义：
在一定的操作条件下，从任一塔板（n）向下流的液体组成xn
与相邻的下一块塔板（n+1）上升蒸汽组成y n+1之间的关系。
L=RD
V = L+ D =（R + 1）D
精馏塔的自动控制 ppt课件
40
第三节 精馏塔的自动控制
二、精馏塔的干扰因素
化学工业出版社
图10-41 精馏塔的物 料流程图
1.进料流量F的波动（＊） 2.进料成分ZF的变化（＊） 3.进料温度TF的变化 4.再沸器加热剂（如蒸汽）加入热量 的变化
5.冷却剂在冷凝器内除去热量的变化
6.环境温度的变化
41
第三节 精馏塔的自动控制
精馏塔的自动控制
第三节 精馏塔的自动控制
一、工艺要求
化学工业出版社
1.保证质量指标
对于一个正常操作的精馏塔，一般应当使塔顶或 塔底产品中的一个产品达到规定的纯度要求，另一个 产品的成分亦应保持在规定的范围内。为此，应当取 塔顶或塔底的产品质量作被控变量，这样的控制系统 称为质量控制系统。
质量控制系统需要能测出产品成分的分析仪表。
（2）当干扰首先进入提馏段时（液相进料）， 用提馏段温控就比较及时，动态过程也比较快。
43
第三节 精馏塔的自动控制
化学工业出版社
2.精馏塔的精馏段温控
以精馏段温度作为衡量产品质量的间接指标，而以改变 回流量作为控制手段的方案，就称为精馏段温控。
图10-43 精馏段温控的控制方案示意图
44
第三节 精馏塔的自动控制
48
化学工业出版社
三、精馏塔的控制方案
1.精馏塔的提馏段温控
以提馏段温度作为衡量产品质量的间接指标，而以改变再 沸器加热量作为控制手段的方案，就称为提馏段温控。
图10-42 提馏段温控的控制方案示意图
42
第三节 精馏塔的自动控制
化学工业出版社
提馏段温控的主要特点与使用场合：
（1）采用了提馏段温度作为间接质量指标，因 此它能较直接地反映提馏段产品情况。将提馏段 温度恒定后，就能较好地保证塔底产品的质量达 到规定值。
中国石油大学过程控制精馏塔控制 ppt课件
➢ 进料量、进料浓度、进料温度和状态 ➢ 再沸器加热量 ➢ 冷凝器冷却量 ➢ 回流量 ➢ 塔顶采出量 ➢ 塔底采出量 ➢ 塔压
ppt课件
12
动态影响分析
▪上升蒸汽和回流的影响
——除了顶部塔板外，再沸器加热量对汽液比的影响比回流 量快
▪组分滞后的影响
——组分滞后随着塔板上液相蓄存量和塔板数的增加而增加
ppt课件
10
塔内部平衡关系
——精馏段和提馏段的物料平衡
VR LR=L i
yi+1 xi
D, xD
V =Vs
yj xj-1 j
Ls
VRyi1LRxi D xD
B, xB
VSyj LSxj1BxB
改变精馏塔的回流和上升气体流量会改变每块塔板上的
浓度，最终导致产品浓度的改变
ppt课件
11
影响精馏过程的主要因素为：
（3）双温差信息，可用于精馏塔的适宜分离度控 制，即使塔顶/塔底产品纯度均适中。(参照板、灵 敏板，可以减弱操作点变化对温度的影响
ppt课件
17
精馏塔物料平衡控制问题
F
W
特点：仅保证塔的物料平 衡要求，而不对塔顶、塔
底产品质量作严格控制。
D L
精 馏 塔
LD
适应场合： （1）对产品质量要求不高；
（2）处理量与进料性质变
L
D
定，使相关回路的工作频
率拉开以减少关联；
（2）若耦合严重，则要
考虑采用解耦控制。
LC
B
ppt课件
32
两端质量指标控制之方案十四
TR
F
TC
TS
V
QH
根据精馏塔静态特性有：
TC
ppt课件
12
动态影响分析
▪上升蒸汽和回流的影响
——除了顶部塔板外，再沸器加热量对汽液比的影响比回流 量快
▪组分滞后的影响
——组分滞后随着塔板上液相蓄存量和塔板数的增加而增加
ppt课件
10
塔内部平衡关系
——精馏段和提馏段的物料平衡
VR LR=L i
yi+1 xi
D, xD
V =Vs
yj xj-1 j
Ls
VRyi1LRxi D xD
B, xB
VSyj LSxj1BxB
改变精馏塔的回流和上升气体流量会改变每块塔板上的
浓度，最终导致产品浓度的改变
ppt课件
11
影响精馏过程的主要因素为：
（3）双温差信息，可用于精馏塔的适宜分离度控 制，即使塔顶/塔底产品纯度均适中。(参照板、灵 敏板，可以减弱操作点变化对温度的影响
ppt课件
17
精馏塔物料平衡控制问题
F
W
特点：仅保证塔的物料平 衡要求，而不对塔顶、塔
底产品质量作严格控制。
D L
精 馏 塔
LD
适应场合： （1）对产品质量要求不高；
（2）处理量与进料性质变
L
D
定，使相关回路的工作频
率拉开以减少关联；
（2）若耦合严重，则要
考虑采用解耦控制。
LC
B
ppt课件
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两端质量指标控制之方案十四
TR
F
TC
TS
V
QH
根据精馏塔静态特性有：
TC
精馏塔控制及异常处理培训ppt课件
二、塔设备分类
蒸馏和吸收操作可采用板式塔，也可 采用填料塔。一般来说，生产能力大的或 需要采用较大塔径时，以板式塔较为适宜。
在蒸馏和逆流吸收操作中，塔内气、 液两相是逆流流动，即塔内液体依靠重力 自塔顶流向塔底，而气体则靠压差自塔底
中化蓝天技能培训课件
流向塔顶。但在吸收操作中，气、液两相 也可以是并流流动。
2019/11/24
Monitoring centre of soil and water conservation, Ministry o8f water resources, PR China
目录
一 塔设备性能 二 塔结构分类
三 塔内部结构
四 日常控制要点
2019/11/24
五 异常分析及处理
中化蓝天技能培训课件
Monitoring centre of soil and water conservation, Ministry o9f water resources, PR China
三、塔内部结构
1、板式塔和填料塔
板式 塔和 填料 塔除 内件 以外 ，其 余构 件是 大致 相同 的。
一、塔设备性能
一定值时，气相与液相的操作弹性。操作弹性大的塔 必然适应性强，易于稳定操作。
4、气体阻力小 气体阻力小可使气体输送的功率消耗 小。对真空精馏来说，降低塔器对气流的阻力可减小 塔顶，底间的压差，降低塔的操作压强，从而可降低 塔底溶液泡点，降低对塔釜加热剂的要求，还可防止 塔底物料的分解。
中化蓝天技能培训课件
效率最高时的气液负荷作为最佳负荷点，可把分离效 率比最高效率下降15%的最大负荷与最小负荷之比称为 操作弹性。工程上常用的，是液，气负荷比L/V为某
2019/11/24
精馏塔演示文稿课件
精馏塔的常见问题及解决方法
漏液问题
塔内压力波动
分离效果不佳
精馏塔的安全操作注意事项
严防高温烫伤
精馏塔操作过程中，塔内温度较 高，操作人员应穿戴好防护服， 避免接触高温部位，防止烫伤。
防止中毒和窒息
精馏过程中可能产生有毒有害气 体，操作人员应佩戴合适的呼吸 器，确保作业场所通风良好，防
止中毒和窒息事故。
感谢观看
智能化与自动化
借助人工智能、大数据等技术，实现 精馏塔的智能化监控和自动化操作， 提高运行效率。
高性能填料与新型塔内件
开发高性能填料和新型塔内件，进一 步提高分离效率和产能，降低能耗。
非常规精馏技术
探索非常规精馏技术，如超临界精馏、 离子液体精馏等，满足特殊物料和高 纯度产品的分离需求。
THANKS
精馏塔的预处理操作
01
原料准备
02
预处理设备准备
03
原料预处理
04
塔内环境准备
精馏塔的分离过程
加热
进料02分离0103排出
05
04 冷凝
精馏塔的后处理操作
产品收集
。
设备清洗
数据记录 安全检查
CATALOGUE
精馏塔的操作技巧与注意事项
精馏塔的操作技巧
预热操作
控制进料速度和位置
塔内压力控制
回流比调节
遵守操作规程
操作人员应严格遵守精馏塔的操 作规程，禁止随意更改操作参数，
确保精馏过程安全稳定。
CATALOGUE
精馏塔的优化与改进
精馏塔性能的评价指标
01
02
03
分离效率
产能
能耗
精馏塔的优化方法与技术
11 精馏过程控制
11.3 精馏塔的主要干扰因素 进料状态（主要干扰） 进料流量 进料组分 进料温度或热焓 载热体（冷剂/热剂）的压力、温度及环境温度等 因素
11.4 精馏塔被控变量的选择 主要讨论质量控制中的被控变量的确定，以及检测点的 位置等问题。 精馏塔的质量指标选取： 直接质量指标：产品成分信号 间接质量指标：温度信号
11.1.2 汽液传质装置： 板式塔： 汽相和液相在塔板上进行着质量传递过程。 填料塔： 汽相和液相在填料表面上进行着质量传递过程。 传质方向： 易挥发组分（低沸点物质）从液向转移至汽相， 难挥发组分（高沸点物质）从汽相转移至液相，
1）填料塔 填料塔的结构如图所示。 填充一定高度的填料，以 填料表面作为汽液相接触的 基本单元。 液体从塔顶加入，经液体 分布器均匀喷淋到塔截面上。 液体沿填料表面呈膜状流下。 气体从塔底送入，与液体 呈逆流连续通过填料层的缝 隙，从塔的上部排出。 气液两相在填料塔内进行 接触传质。
b. 塔板及塔板类型
塔板构造
塔板类型 泡罩塔板
操作示意：
筛孔塔板
浮阀塔板
操作示意
舌型塔板
操作示意：
各种塔板的优点及适用范围
塔板类型 泡罩板 浮阀板 优 点 缺 点 适用范围 较成熟， 结构复杂，阻力大 某些要求弹性好的特 操作范围宽 生产能力低 殊塔 效率高， 操作范围宽 采用不锈钢 浮阀易脱落 分离要求高,负荷变化 大;原油常压分馏塔
11.4.1 直接质量指标应用限制： 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针对不同的产品组分，成分分析上较难实现一一满足
11.4.2 温度作为间接质量指标 以温度作为间接质量指标是精馏塔质量控制中应用最早 也是目前最常见的一种。 1）温度作为质量指标的表现特点
精馏塔塔顶压力控制方式PPT教案
恢复到正常值为止。
第15页/共27页
热旁路的三个优点：
①冷凝器可以安装在地面，这样就不用设置平台， 减少材料降低成本。
②调节灵敏度高，易调节。 ③调节阀安装的管线可以比较细，可以使用比较
小的阀门，降低了成本。
第16页/共27页
气液相卡脖子
塔顶排出气相物料进 冷凝器，经调节阀进 回流罐。因调节阀直 接设在出料管道上， 调节阀关小，可使精 馏塔增压；调节阀开 大，可使精馏塔压力 降低，作用非常迅速, 这就是液相卡脖子， 如本装置的 C-403 C-612
第21页/共27页
减压塔塔顶的压力控制-不凝气回流
当使用电动真空泵时，可以将调节阀安装在真空 泵的回流线上，通过控制抽出量控制塔的真空度。
第22页/共27页
减压塔塔顶的压力控制-补氮气
使用电动真空泵时，还可以用补氮气的方法控制 塔压。在真空抽出线上接氮气线，通过调节氮气 量来实现控制真空度。
对某些在高温下精馏时容易分解或聚合而达不到 分离目的的物质，就必须采用减压精馏。
减压精馏可以降低混合物的泡点，从而降低分离 温度。因此可以减少用于加热的蒸汽消耗和使用 较低压力的加热蒸汽。
提高了分离能力。因为被分离混合物之间的相对 挥发度越大，越容易分离。在减压下，一般 的 说，组分间的相对挥发度将增大，越容易分离。
精馏塔塔顶压力控制方式
会计学
1
概述
塔的压力是精馏塔控制最重要的操作指标，任何 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 会影响全塔的气液相平衡和热量平衡，影响产品 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。
精馏塔按其操作压力不同可分为三种情况，即加 压精馏塔、减压精馏塔、常压精馏塔。一般来说， 凡通过常压下的精馏操作较易实现分离要求的系 统，都采用常压精馏；但若常压下混合物的沸点 过低，可采用加压精馏；若常压下混合物的沸点 过高，则宜采用减压精馏。
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热旁路的三个优点：
①冷凝器可以安装在地面，这样就不用设置平台， 减少材料降低成本。
②调节灵敏度高，易调节。 ③调节阀安装的管线可以比较细，可以使用比较
小的阀门，降低了成本。
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气液相卡脖子
塔顶排出气相物料进 冷凝器，经调节阀进 回流罐。因调节阀直 接设在出料管道上， 调节阀关小，可使精 馏塔增压；调节阀开 大，可使精馏塔压力 降低，作用非常迅速, 这就是液相卡脖子， 如本装置的 C-403 C-612
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减压塔塔顶的压力控制-不凝气回流
当使用电动真空泵时，可以将调节阀安装在真空 泵的回流线上，通过控制抽出量控制塔的真空度。
第22页/共27页
减压塔塔顶的压力控制-补氮气
使用电动真空泵时，还可以用补氮气的方法控制 塔压。在真空抽出线上接氮气线，通过调节氮气 量来实现控制真空度。
对某些在高温下精馏时容易分解或聚合而达不到 分离目的的物质，就必须采用减压精馏。
减压精馏可以降低混合物的泡点，从而降低分离 温度。因此可以减少用于加热的蒸汽消耗和使用 较低压力的加热蒸汽。
提高了分离能力。因为被分离混合物之间的相对 挥发度越大，越容易分离。在减压下，一般 的 说，组分间的相对挥发度将增大，越容易分离。
精馏塔塔顶压力控制方式
会计学
1
概述
塔的压力是精馏塔控制最重要的操作指标，任何 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 会影响全塔的气液相平衡和热量平衡，影响产品 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。
精馏塔按其操作压力不同可分为三种情况，即加 压精馏塔、减压精馏塔、常压精馏塔。一般来说， 凡通过常压下的精馏操作较易实现分离要求的系 统，都采用常压精馏；但若常压下混合物的沸点 过低，可采用加压精馏；若常压下混合物的沸点 过高，则宜采用减压精馏。
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TS
16
TR LD LB
TS
2020/4/27
29
两端质量指标控制之方案十三
PC
该方案在应用前应先
分析两个质量回路的
相关性：
F
TC
QH
TC
精 馏
L
塔
LC
B
LC
（1）若相互耦合不严重，
则可通过调节器参数的整
D
定，使相关回路的工作频
率拉开以减少关联；
（2）若耦合严重，则要
考虑采用解耦控制。
2020/4/27
精馏塔设备的控制
2020/4/27
1
内容
精馏塔的控制目标 精馏塔的静态特性 精馏塔质量指标的选取 精馏塔的基本控制方案 精馏塔的复杂控制方案
2020/4/27
2
连续精馏装置的工艺流程
原料 精 馏 塔
2020/4/27
冷凝器
回流罐
塔顶产品
回流泵
再 沸 器
塔底产品
操作目的： 通过反复的部分汽化 与部分冷凝，将混合 液中沸点不同的各组 分分离成产品。
31
精馏塔的其他控制方案
进料热焓控制， 以克服进料温度与进料状态对产品质量的影响；
进料前馈反馈控制， 以适应进料量的变化，并提高控制质量；
浮动塔压控制：尽可能降低塔压，以节约能耗；但应 相应改变灵敏板温度控制的设定，以保证产品合格。
产品质量指标的“卡边”控制： 关键技术：在线分析仪 (软测量仪) + 先进控制系统
塔底液位
LB
2020/4/27
14
精馏塔质量指标的选取
直接质量指标
（1）产品质量在线分析仪 / 软测量仪
间接质量指标
（1）灵敏板温度，与塔顶/塔底温度相比，可提 高温度变化的灵敏度（对于同样的浓度变化）；
（2）温差信息，与灵敏板温度相比，可减弱压力 波动对温度的影响；
（3）双温差信息，可用于精馏塔的适宜分离度控 制，即使塔顶/塔底产品纯度均适中。(参照板、灵 敏板，可以减弱操作点变化对温度的影响
5
精馏塔产品纯度、产品回收率 和能耗之间的相互关系
120
产品回收率*100%
100 80
V 2 F
4
68
60
40
20
0
80 90 95 98 99 99.5 99.8
产品纯度*100%
2020/4/27
6
精馏塔的静态特性
F, xF
V
总组分与轻组分的物料平衡方程：
F D B FxF DxD BxB
操作代价： 消耗能量，塔底需要 加热使塔底液部分汽 化；塔顶需要冷却使 塔顶组分冷凝；
3
精馏塔的控制目标
安全
平稳操作
产品质量:
产品质量应该控制到刚好满足规格要求。高质量 不会增加售价，却会增加能耗降低产量。
对于仅有塔顶、塔底出料的简单精馏塔，其质量指 标可用塔顶与塔底料中关键组分的纯度来表示。
LC
FC
TC
F
精 馏
塔
L
D
LC
FC
QH
B
塔顶温度回路和塔底液位回路之间存在着较严重的关
联，多为负相关，不使用。
2020/4/27
24
一端产品质量控制：塔底质量
被控变量：TS, LD, LB (即只对塔底产品质量指标进行
控制，对塔顶产品质量指标不作严格要求)
D
L
B QH?
¿
W
精
LD
馏
塔
TS
LB
方案 操纵变量 D L
B, xB
VS y j LS x j1 BxB
改变精馏塔的回流和上升气体流量会改变每块塔板上的
浓度，最终导致产品浓度的改变
2020/4/27
9
影响精馏过程的主要因素为：
➢ 进料量、进料浓度、进料温度和状态 ➢ 再沸器加热量 ➢ 冷凝器冷却量 ➢ 回流量 ➢ 塔顶采出量 ➢ 塔底采出量 ➢ 塔压
产品纯度*100%
产品回收率： 进料中每单位产品组分所 能得到的可售产品的数量； 能耗指标： 用单位进料的塔底上升蒸
气量V/F来表示；
若能耗一定，随着产品纯度提高，回收率迅速下降； 若产品纯度一定，在一定范围内随着能耗提高，回收率也明显提 高；到一定程度后，增加能耗的效果就不显著了。
2020/4/27
PC
FC
F
精 馏
塔
FC
QH
2020/4/27
LC FC
L
D
•对冷凝器和再沸器的操作波动
LC
无自动补偿作用
B 对产品的质量控制较弱 18
物料平衡控制方案之方案二
PC
FC
F
精 馏
塔
FC
QH
2020/4/27
LC
L
LC
B
当D＜＜B时采用
1、如果对B自控，
B的小波动会造成D
FC
的大波动
2、小流量控制液
位太慢
2020/4/27
10
动态影响分析
▪上升蒸汽和回流的影响
——除了顶部塔板外，再沸器加热量对汽液比的影响比回流 量快
▪组分滞后的影响
——组分滞后随着塔板上液相蓄存量和塔板数的增加而增加
▪回流罐蓄液量和塔釜液量引起的滞后影响
——回流罐和塔釜液位必须保持一定，否则会影响控制品质
2020/4/27
11
精馏塔的控制问题
2020/4/27
32
前馈反馈控制系统
TC
×
F
FC × TC
2020/4/27
FC D
B
33
方案 操纵变量 D L QH B
1
L D L QH LB
2
D
受控变量
LD QH LB
3
L D L LB B
4
D L D LB B
备注 对产品的质量控制较弱
当D＜＜B时采用 当B＜＜D时采用
不可用
方案4中，D和B不可同时作为受 控变量——否则F就由D和B来决
定了；
2020/4/27
17
物料平衡控制方案之方案一
D
Hale Waihona Puke 19物料平衡控制方案之方案三
PC
当B＜＜D时采用
FC
F
精 馏
塔
LC
QH
2020/4/27
LC FC
L
D
•回流L对塔压P的影响较小，回 FC 流罐液位回路和压力控制回路间
B 的相关影响较小；
20
一端产品质量控制：塔顶质量
被控变量：TR, LD, LB (即只对塔顶产品质量指标进行
控制，对塔底产品质量指标不作严格要求)
产品回收率
经济效益
在保证产品质量的前提下，尽可能提高产品的回收 率并设法降低装置的能耗。
能耗：再沸器加热量、冷凝器冷凝量、塔及其附
属设备的能量损耗
2020/4/27
4
精馏塔产品纯度、产品回收率 和能耗之间的相互关系
产品回收率*100%
120
100
V 2
80 F
4
68
60
40
20
0 80 90 95 98 99 99.5 99.8
9
LD L
10 受控变量 LD L
11
D LD
12
D LD
QH B TS LB LB TS TS LB LB TS
•方案12不采用，原因同方案8
2020/4/27
•方案11不推荐，原因同方案7
25
一个产品质量控制之方案九
PC
FC
F
精 馏
塔
TC
QH
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FC
L
LC
B
采用再沸器加热 量控制温度，动 LC 态响应快，反应 迅速。
27
精馏塔两端质量指标控制问题
目的：为了使操作成本特别是能耗减少
W
D L QH B
D
TR
LD
××
L
精 馏
LD
TR
××
B QH
塔
TS × ×
TS LB
LB × ×
2020/4/27
28
两端质量指标控制方案
方案 控制变量 D L QH B
13
LD TR TS
LB
14
TR LD TS
LB
受控变量
15
LD TR LB
30
两端质量指标控制之方案十四
根据精馏塔静态特性有：
TR
LC
TC
B xD xF
F xD xB
F
TC
TS
L
V
QH
B
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D
V F
ln S
ln
xD xB
(1 (1
xB xD
) )
则可求出相对增益：
xD ,D
xB ,V
1
1 xD z f xB 1 xB
z f xB xD 1 xD
FC
精
馏
F
塔
FC
QH
2020/4/27
LC
L
LC
B
TC D
一种物料平衡控制方 案。实质是通过D的变 化使LD改变，从而在 LD的液位控制作用下使 L变化。因此温度回路 滞后较大。
回流量较大时控制D较 灵敏。当产品质量不 合格时，可采取全回 流保证产品质量。
再沸器加热量也要保 持较高的值。
23
一个产品质量控制之方案七
外部扰动 (进料的流量,组成与温度等)
操作变量/控制变量