1、资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。工程导论课程设计报告精馏塔提馏段温度控制系统时间12 月学院专业班级姓 名学 号年12月1、 应用背景随着石油化工的迅速发展, 精馏操作的应用越来越广, 分流物资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。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。 因此 , 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
2、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。2、 工艺要求精馏塔是化工生产中分离互溶液体混合物的典型分离设备。 它是依据精馏原理对液体进行分离 , 即在一定压力下 , 利用互溶液体混合物各组分的沸点或饱和蒸汽压不同 , 使轻组份 ( 即沸点较低或饱和蒸汽压较高的组分 ) 汽化。经多次部分液相汽化和部分气相冷凝 , 使气相中的轻组分和液相中的重组分浓度逐渐升高, 从而实现分离的目的 , 满足化工连续化生产的需要。精馏塔塔釜温度控制的稳定与否直接决定了精馏塔的分离质量和分离效果 , 控制精馏塔的塔釜温度是保证产品高效
3、分离 , 进一步得到高纯度产品的重要手段。维持正常的塔釜温度 , 能够避免轻组分流失 , 提高物料的回收率 , 也可减少残余物料的污染作用。影响物料平衡因素包括进料量和进料成分变化, 顶部馏出物及底部出料变化; 影响能量平衡因素主要包括进料温度或热焓变化 , 再沸器加热量和冷凝器冷却量变化, 及塔的环境温度变化。采用串级控制系统能有效地去除蒸汽压强的波动对温度的影响。 使用超驰控制系统控制釜液输出端 , 在塔釜温度较低时 , 塔底不出料只资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。有当温度达到低线以上 , 液位控制器取代温度控制器以后 , 才有出料排出。影响精馏塔温度不稳定的
4、因素主要是来自外界来的干扰( 如进料流量 , 温度及成分等的变化对温度的影响) 。一般情况下精馏塔塔釜的温度 , 我们是经过控制精馏塔釜内灵敏板的温度来控制的。灵敏板是当外界条件或负荷改变时精馏塔内温度变化最灵敏的一块塔板。以往调节只是采用灵敏板温度调节器单一回路调节, 调节反应慢 , 时间滞后 , 对精馏操作而言 , 产品的纯度很难保证。 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
5、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。3、 控制方案构思与制定精馏塔的控制目标应是 : 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) 产品质量指标控制塔顶或塔底产品之一合乎规定的分离纯度, 另一端产品成分应维持在规定的范围内。在某些特定的条件下也有要求塔顶和塔底产品均保证一定纯度的要求。资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。( 2) 物料平衡控制塔
6、顶、塔底的平均采出量应等于平均进料量, 而且这两个采出量的变动应该比较缓和, 以维持塔的正常平稳操作, 以及上下工序的协调工作。 为此 , 必须对冷凝液罐( 回流罐 ) 和塔釜液位进行控制, 使其介于规定的上、下限之间。( 3) 能量平衡控制应使精馏塔的输入、输出能量维持平衡, 使塔的操作压力维持稳定。( 4) 约束条件控制为保证精馏塔正常而安全地运行, 必须使某些操作限制在约束条件之内。常见的精馏塔限制条件有液泛限、漏液限、压力限和临界温差限等。所谓液泛限也称气相速度限 , 即塔内气相上升速度过高时 , 雾沫夹带十分严重 , 实际上液相将从下面塔板倒流到上面塔板 , 产生泛液 , 破坏正常操
7、作。漏液限也称最小气相上升速度限 , 当气相上升速度小于某一数值时, 将产生塔板漏液 , 板效率会下降。防止液泛和液漏 , 可经过塔压降或压差来监视气相速度, 一般控制气相速度在液泛附近略小于液泛点较好。压力限是指塔的操作压力限制 , 一般是最大操作压力限 , 就是说塔的操作压力不能过大 , 否则会影响塔内的汽液平衡 , 严重超限甚至会影响到安全生产。临界温差限主要是指再沸器两侧的温差限度 , 当这一温差高于临界温差时 , 给热系数会急剧下降 , 传热量会随之下降 , 将不能保证塔的正常传热的需要。资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。如下图所示在蒸汽输入端引入串级控制
8、系统引入选择性控制系统。其P&ID 图如图 1 所示, 在塔釜出料端图 1 精馏塔提馏段复杂控制系统4、 控制机理说明影响精馏塔提馏段过程的因素是多方面的, 而提馏段是在一定物料平衡和能量平衡的基础上进行操作的 , 因此 , 分析精馏塔的物料和能量平衡对制定提馏段控制策略至关重要。4.1 物料平衡关系对提留段内任一塔板j 作物料平衡计算, 其组分的物料平衡关系为 :Vs yj Ls xj 1B x式中 , V s表示各层塔板的上升蒸汽量, y j为塔板 j 上气相的轻组分浓度 ,L s为提留段内各层踏板的下流液体流量, xj 1 是从j 1 快塔板留下的液相中轻组分浓度, B 为塔釜采出量 ,
9、 X 为塔釜资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。采出物轻组分的浓度。4.2 能量平衡关系在稳态时 , 进入精馏塔的所有能量必然与离开塔的能量相平衡, 表示为 :QH F HF QC DHD BHB式中 , F 、 D 、 B 分别表示进料量、 塔顶采集量和塔釜采出量 , QH 为再沸器加热量 , QC 为冷凝器冷却量 , HF 、 H D 、 H B 分别为进料、 塔顶和塔釜产品的热焓。从平衡方程并结合精馏塔工艺特点 , 不难看出影响能量平衡的因素为 : 进料量、 进料浓度、进料温度和进料状态、 再沸器的加热量、 冷凝器冷却量、 回流量。5、 系统硬件组成检测变送器、
10、 温度变送器、 流量变送器、 液位变送器、 执行器、 调节器调节器与执行器、检测变送器的选型调节器、 执行器、 变送器的控制信号均采用国际标准信号制,即 420mA 直流电流和 15V 直流电压。 信号电流和电压的转换电阻为250。表 1器件选型调节器温度传液位传流量变感器感器送器DTZ-24PCT/TTYSB型电磁流0 系列温液位变量计 TIDDZ-度变送送器046D资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。型器PID 调节器6、 系统结构图串级控制部分的结构框图如图2 所示图 2 串级控制部分结构框图本系统釜底液位和温度的超驰控制系统框图如图3 所示 :图 3超驰控制系统框图7、 控制算法选择1、 蒸汽输入端串级控制系统串级控制系统就是两只调节器串联起来工作, 其中一个调节器的输出作为另一个调节器的给定值的系统。整个系统包括两个控
