典型操作单元的控制 精馏塔的控制 戴连奎 浙江大学智能系统与决策研究所 浙江大学信息学院控制系 2000/12/04
典型操作单元的控制 精馏塔的控制 戴连奎 浙江大学智能系统与决策研究所 浙江大学信息学院控制系 2000/12/04
内容 引言 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 精馏塔的其它控制方案 结论
内 容 引 言 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 精馏塔的其它控制方案 结 论
连续精馏装置的工艺流程 冷凝器 操作目的: 塔顶产品 通过反复的部分汽化 H 与部分冷凝,将混合 原料 回流罐 精 液中沸点不同的各组 馏 分分离成产品。 流泵 操作代价: 消耗能量,塔底需要 再沸器 加热使塔底液部分汽 化;塔底需要冷却使 塔顶组分冷凝; 塔底产品
连续精馏装置的工艺流程 回流泵 原料 塔顶产品 塔底产品 精 馏 塔 再 沸 器 冷凝器 回流罐 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。 操作代价： 消耗能量，塔底需要 加热使塔底液部分汽 化；塔底需要冷却使 塔顶组分冷凝；
精馏塔的控制目标 质量指标 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。 产品产量和能量消耗 在保证产品质量的前提下,尽可能提高产品 的产品并设法降低装置的能耗
精馏塔的控制目标 质量指标 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。 产品产量和能量消耗 在保证产品质量的前提下，尽可能提高产品 的产品并设法降低装置的能耗
精馏塔产品纯度、产品回收率 和能耗之间的相互关系 120 100 产品回收率: 兴80 进料中每单位产品组分所 回一 60 能得到的可售产品的数量; 20 能耗指标: 用单位进料的塔底上升蒸 809095989999量VF来表示; 产品纯度*100% 定性规律:若能耗指标一定,产品纯度越高,其回收 率越低;若产品纯度一定,在一定范围内能耗指标越 高,其回收率越高
精馏塔产品纯度、产品回收率 和能耗之间的相互关系 120 100 80 60 40 20 0 80 90 95 98 99 99.5 99.8 产品回收率*100% 产品纯度*100% = 2 F V 4 6 8 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； 定性规律：若能耗指标一定，产品纯度越高，其回收 率越低；若产品纯度一定，在一定范围内能耗指标越 高，其回收率越高
精馏塔的静态特性 总与轻组分的物料平衡方程: F=d+B Fxr=Dx + B F D B Fx FB或 D F F DX Dx 能耗与分离度S的关系: B BIn S=BIn xB( 结论:对于给定的进料,若D/F和V/F保持一定,则该塔 的分离结果xD2x就完全确定
精馏塔的静态特性 F, xF V B, xB D, x D F = D + B 总与轻组分的物料平衡方程： FxF = DxD + BxB 能耗与分离度S的关系： − − = = (1 ) (1 ) ln ln B D D B x x x x S F V D B D F D B F B x x x x F B x x x x F D − − = − − = 或 结论：对于给定的进料，若D/F和V/F保持一定，则该塔 的分离结果xD, xB就完全确定
精馏塔的控制问题 外部扰动 (进料的流量,组成与温度等) 操作变量/控制变量 被控变量 塔顶采出量D 塔顶产品纯度xD 回流量R 回流罐液位L, 塔底采出量B 精馏 塔底产品纯度xg 再沸器上升蒸汽量V 过程 塔底液位 冷凝器冷却量Qc 塔顶汽相采出量Dp 塔顶压力
精馏塔的控制问题 精馏 过程 塔顶采出量 D 回流量 R 塔底采出量 B 再沸器上升蒸汽量 V 冷凝器冷却量 QC 塔顶汽相采出量 DV 塔顶产品纯度 x D 塔底产品纯度 xB 塔底液位 LB 回流罐液位 LR 塔顶压力 P 外部扰动 (进料的流量,组成与温度等) 操作变量/控制变量 被控变量
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 n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 波动对产品质量的影响; (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
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 波动对产品质量的影响； （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
精馏塔的压力控制 塔顶汽相采出量D一塔压P冷凝器冷却量Qc一塔压P
精馏塔的压力控制 F L D PC F L D PC 塔顶汽相采出量DV — 塔压 P 冷凝器冷却量 QC — 塔压 P
精馏塔 物料平衡与质量控制问题 外部扰动 (进料的流量,组成与温度等) 操作变量/控制变量 被控变量 塔顶采出量D 精馏段灵敏板温度TD 回流量R 精馏塔 回流罐液位 塔底采出量B 提馏段灵敏板温度TB 再沸器上升蒸汽量V 塔底液位 *考虑被控过程的静态与动态特性,结合就近原则, 可将控制问题分解简化为两个相对独立的子系统
精馏塔 物料平衡与质量控制问题 精馏塔 塔顶采出量 D 回流量 R 塔底采出量 B 再沸器上升蒸汽量 V 精馏段灵敏板温度 TD 塔底液位 LB 回流罐液位 LR 外部扰动 (进料的流量,组成与温度等) 操作变量/控制变量 被控变量 提馏段灵敏板温度 TB * 考虑被控过程的静态与动态特性，结合就近原则， 可将控制问题分解简化为两个相对独立的子系统