精馏塔的控制课件

VSθF,F,ZFB,XBLRD,XD图1 精馏塔的物料流程图精馏塔控制及设计

摘要：精馏操作是化工生产过程中一个十分重要的环节，精馏的实质，就是利用混合物中各组分具有不同的挥发度，即在同一温度下各组分的蒸汽压不同这一性质，使液相中的轻组分转移到汽相中，而汽相中的重组分转移到液相中，从而实现分离的目的。

关键词 自动化控制 物料平衡和能量平衡 温度控制

一、精馏塔介绍

一般精馏装置由精馏塔塔身、冷凝器、回流罐以及再沸器等设备组成，如图（1）精馏塔的物料流程图中所示。

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.。

随着化工的迅速发展，精馏操作应用越来越广泛。由于所分离的物料组分不断增多，对分离产品的纯度要求亦不断提高，这就对精馏的控制提出了更高的要求。此外，对于精密精馏，由于所分离产品的纯度要求很高，若没有相应的自动控制与其配合，就难于达到预期的效果。因此，精馏塔的自动控制极为重要，亦很受到人们的注意。

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，回收率最高和能耗最低，或使塔的总收益最大，或总成本最小，一般来讲应满足如下三方面要求。

（1）质量指标

塔顶和塔底产品之一应保证合乎规定的纯度，另一产品的成分亦应维持在规定范围；或者塔顶和塔底的产品均应保证一定的纯度。就二元组分精馏塔来说，质量指标的要求就是

使塔顶产品中的轻组分含量和塔底产品中重组分的含量符合规定的要求。而在多元组分精馏塔中，通常仅对产品质量影响较大的关键组分可以控制。

（2）物料平衡和能量平衡

塔顶馏出液和塔底釜液的平均采出量之和应该等于平均进料量，而且这两个采出量的变动应该比较和缓，以利于上下工序的平稳操作，塔内及顶、底容器的蓄液量应介于规定的上下限之间。

精馏塔的输入、输出能量应平衡，使塔内操作压力维持稳定。

（3）约束条件

为保证精馏塔的正常、安全操作，必须使某些操作参数在约束条件之内，常用的精馏塔限制条件为液泛限、漏液限、压力限及临界温差限等。

目录

1 精馏塔控制系统介绍 ..................................................................................... 2

1.1 精馏塔原理 .......................................................................................... 2

1.2 控制要求及干扰因素 .......................................................................... 2

1.3工艺设计要求： ................................................................................... 3

2 控制方案的分析与论证 ................................................................................. 4

2.2 控制方案的设计 .................................................................................. 5

2.2.1方案选择——简单均匀控制 .................................................... 5

2.2.2 方案选择——串级控制 ........................................................... 6

3系统方框图，工艺流程简图及仪器仪表选型 .............................................. 8

3.1系统方框图 ........................................................................................... 8

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 zf=D xD+B xB (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,xB D,xD F,zF L

LB LD

V

BDfDBBfDxxxzFDxxzDFx)((12-3)

)1()1(DBBDxxxxs(12-5)

可见，随着s的增大，xD也增大，xB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xD增加， xB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。