第九章 -2精馏塔控制
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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。
精馏过程是石油和化工生产中应用极为广泛的生产过程,它是利用混合液中各组分挥发度的不同,将各组分进行分离以提取达到规定纯度要求的产品。
精馏过程是一个非常复杂的过程,其关键设备是精馏塔,。
在精馏操作中,被控变量多,可以选用的操作变量也多,它们之间又可以有多种不同组合。
所以,控制方案繁多。
一、工艺要求和约束条件要对精馏塔实施有效的自动控制,必须首先了解精馏塔的控制目标。
精馏塔的控制目标一般从质量指标、产品产量和能量消耗三方面考虑。
任何精馏塔的操作情况同时受约束条件的制约,因此,在考虑精馏塔控制方案时一定要把这些因素考虑进去。
1.质量指标质量指标(即产品纯度)必须符合规定的要求。
一般应使塔顶或塔底产品之一达到规定的纯度,要求另一个产品也应该维持在规定的范围之内,或者塔项和塔底的产品均保证一定的纯度要求。
如果产品质量不合格,它的价值就将远远低于合格产品。
但决不是说质量越高越好。
由于质量超过规定,产品的价值并不因此而增加;而产品产量却可能下降,同时操作成本主要是能量消耗会增加很多。
因此,总的价值反倒下降了。
由此可见,除了要考虑使产品符合规格外,还应同时考虑产品的产量和能量消耗。
2.产品产量指标在达到一定质量指标要求的前提下,应得到尽可能高的产量,从而使产品的回收率提高。
这对于提高经济效益显然是有利的。
产品的回收率定义为产品量与进料中该产品组分的量之比。
即:Ri =P/Fzi(8)生产效益除了产品纯度与产品回收率之间的关系,还必须考虑能量消耗因素。
由精馏原理可知,用精馏搭进行混合物的分离是要消耗一定能量的;要使分离的产品质量越高,产品产量越多,所需的能量也就越大。
3.能耗要求和经济性指标精馏过程中消耗的能量,主要是再沸器的加热量和冷凝器的冷却量消耗;此外,塔和附属设备及管线也要散失部分能量。
在一定的纯度要求下,增加塔内的上升蒸汽是有利于提高产品回收率的;同时也意味着再沸器的能量消耗要增大。
且任何事物总是有一定限度的。