《過(guò)程控制工程》教學(xué)PPT課件

《過(guò)程控制工程》教學(xué)PPT課件,過(guò)程控制工程,過(guò)程,控制工程,教學(xué),PPT,課件 過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程華華 東東 理理 工工 大大 學(xué)學(xué)國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -2-第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制主要內(nèi)容6.1概述概述6.2精餾塔的特性精餾塔的特性6.3精餾塔產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)的選擇精餾塔產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)的選擇6.4精餾塔的基本控制精餾塔的基本控制6.5精餾塔的節(jié)能控制精餾塔的節(jié)能控制國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -3-6.1 6.1 概述概述國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -4-6.1 6.1 概述概述精餾精餾是化工、石是化工、石油化工、煉油生產(chǎn)中油化工、煉油生產(chǎn)中應(yīng)用極為廣泛的傳質(zhì)應(yīng)用極為廣泛的傳質(zhì)傳熱過(guò)程，其目的是傳熱過(guò)程，其目的是將混合物中各組分離，將混合物中各組分離，達(dá)到規(guī)定的純度。達(dá)到規(guī)定的純度。一般的精餾裝置一般的精餾裝置由精餾塔塔身、冷凝由精餾塔塔身、冷凝器、回流罐，以及再器、回流罐，以及再沸器等設(shè)備組成。沸器等設(shè)備組成。國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -5-6.1.16.1.1精餾過(guò)程的分類精餾過(guò)程的分類精餾過(guò)程的分類精餾過(guò)程的分類按需分按需分類組分分二元精二元精餾、多元精、多元精餾l二元精二元精餾：需要分離的：需要分離的組分分為兩個(gè)，如乙醇與水兩個(gè)，如乙醇與水l多元精多元精餾：需要分離的：需要分離的組分?jǐn)?shù)大于兩個(gè)。一般由多個(gè)精分?jǐn)?shù)大于兩個(gè)。一般由多個(gè)精餾塔塔組成。除了最后一個(gè)他分離二元成。除了最后一個(gè)他分離二元組分外，其余各塔分外，其余各塔只能分離出一個(gè)高只能分離出一個(gè)高純組分。分。按混合物中按混合物中組分分揮發(fā)度的差異度的差異一般精一般精餾、特殊精、特殊精餾（共（共沸精沸精餾、萃取精、萃取精餾、熔、熔鹽精精餾、反、反應(yīng)精精餾）l共沸精共沸精餾精精餾過(guò)程中加入第三程中加入第三組分，使其與某一分，使其與某一組分形成最低恒沸物，從而使原溶液易于分離；分形成最低恒沸物，從而使原溶液易于分離；6.1 6.1 概述概述國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -6-按混合物中按混合物中組分分揮發(fā)度的差異度的差異一般精一般精餾、特殊精、特殊精餾（共（共沸精沸精餾、萃取精、萃取精餾、熔、熔鹽精精餾、反、反應(yīng)精精餾）l萃取精萃取精餾向塔向塔頂連續(xù)加入高沸點(diǎn)添加加入高沸點(diǎn)添加劑，改，改變料液料液中被分離中被分離組分分間的相的相對(duì)揮發(fā)度度；l熔熔鹽精精餾又稱加又稱加鹽精精餾，利用，利用鹽效效應(yīng)實(shí)現(xiàn)過(guò)程程強(qiáng)化化的特殊精的特殊精餾過(guò)程，以含程，以含鹽混合溶混合溶劑代替代替單純?nèi)苋軇┑妮腿〉妮腿【s過(guò)程程；l反反應(yīng)精精餾在在進(jìn)行反行反應(yīng)的同的同時(shí)用精用精餾方法分離出方法分離出產(chǎn)物物的的過(guò)程。程。6.1 6.1 概述概述6.1.16.1.1精餾過(guò)程的分類精餾過(guò)程的分類精餾過(guò)程的分類精餾過(guò)程的分類國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -7-6.1.16.1.1精餾過(guò)程的分類精餾過(guò)程的分類精餾過(guò)程的分類精餾過(guò)程的分類按按結(jié)構(gòu)分構(gòu)分板式塔（泡罩塔、浮板式塔（泡罩塔、浮閥塔、塔、篩板塔、浮板塔、浮噴塔等）塔等）、填料塔、填料塔6.1 6.1 概述概述國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -8-6.1.16.1.1精餾過(guò)程的分類精餾過(guò)程的分類精餾過(guò)程的分類精餾過(guò)程的分類按按結(jié)構(gòu)分構(gòu)分板式塔（泡罩塔、浮板式塔（泡罩塔、浮閥塔、塔、篩板塔、浮板塔、浮噴塔等）塔等）、填料塔、填料塔l泡罩塔泡罩塔塔內(nèi)裝有多塔內(nèi)裝有多層水平塔板，板上有若干個(gè)供蒸水平塔板，板上有若干個(gè)供蒸氣（或氣體）通氣（或氣體）通過(guò)的短管，其上各覆蓋底的短管，其上各覆蓋底緣有有齒縫或小或小槽的泡罩，并裝有溢流管槽的泡罩，并裝有溢流管；6.1 6.1 概述概述國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -9-6.1.16.1.1精餾過(guò)程的分類精餾過(guò)程的分類精餾過(guò)程的分類精餾過(guò)程的分類按按結(jié)構(gòu)分構(gòu)分板式塔（泡罩塔、浮板式塔（泡罩塔、浮閥塔、塔、篩板塔、浮板塔、浮噴塔等）塔等）、填料塔、填料塔l篩板塔板塔篩板塔內(nèi)裝若干板塔內(nèi)裝若干層水平塔板，板上有水平塔板，板上有許多小多小孔，形狀如孔，形狀如篩；并裝有溢流管或沒(méi)有溢流管；并裝有溢流管或沒(méi)有溢流管；6.1 6.1 概述概述國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -10-6.1.16.1.1精餾過(guò)程的分類精餾過(guò)程的分類精餾過(guò)程的分類精餾過(guò)程的分類按按結(jié)構(gòu)分構(gòu)分板式塔（泡罩塔、浮板式塔（泡罩塔、浮閥塔、塔、篩板塔、浮板塔、浮噴塔等）塔等）、填料塔、填料塔l浮浮閥塔塔在在篩板塔基板塔基礎(chǔ)上，在每個(gè)上，在每個(gè)篩孔安裝一個(gè)孔安裝一個(gè)閥片。片。當(dāng)當(dāng)篩孔氣速高孔氣速高時(shí)，閥片被片被頂起上升，空速低起上升，空速低時(shí)，閥片因片因自身重而下降自身重而下降。6.1 6.1 概述概述國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -11-6.1.16.1.1精餾過(guò)程的分類精餾過(guò)程的分類精餾過(guò)程的分類精餾過(guò)程的分類按按結(jié)構(gòu)分構(gòu)分板式塔（泡罩塔、板式塔（泡罩塔、浮浮閥塔、塔、篩板塔、浮板塔、浮噴塔等）、塔等）、填料塔填料塔l填料塔填料塔結(jié)構(gòu)構(gòu)簡(jiǎn)單，易用耐，易用耐蝕材材料制作，阻力小，適用于直徑料制作，阻力小，適用于直徑小的塔。小的塔。6.1 6.1 概述概述國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -12-6.1.16.1.1精餾過(guò)程的分類精餾過(guò)程的分類精餾過(guò)程的分類精餾過(guò)程的分類按操作的按操作的連續(xù)性分性分連續(xù)精精餾、間歇精歇精餾l連續(xù)精精餾塔塔頂?shù)睦淠魇拐魵獾玫讲糠掷淠睦淠魇拐魵獾玫讲糠掷淠糠帜夯亓鞑糠帜夯亓?，其余其余餾出液是塔出液是塔頂產(chǎn)品品。塔。塔頂回流入塔的液體量與塔回流入塔的液體量與塔頂產(chǎn)品量之比，稱品量之比，稱為回流比回流比；塔底的再沸器使液體部分汽化，蒸氣沿塔上升，余下塔底的再沸器使液體部分汽化，蒸氣沿塔上升，余下的液體作的液體作為塔底塔底產(chǎn)品品；進(jìn)料在塔的中部料在塔的中部，進(jìn)料口以上稱料口以上稱為精精餾段段，進(jìn)料口以料口以下，稱下，稱為提提餾段段。6.1 6.1 概述概述國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -13-6.1.16.1.1精餾過(guò)程的分類精餾過(guò)程的分類精餾過(guò)程的分類精餾過(guò)程的分類按操作的按操作的連續(xù)性分性分連續(xù)精精餾、間歇精歇精餾l間歇精歇精餾料液成批投入精料液成批投入精餾釜，逐步加釜，逐步加熱氣化，待氣化，待釜液釜液組成降至成降至規(guī)定定值后將其一次排出。后將其一次排出。其特點(diǎn)：其特點(diǎn)：間歇精歇精餾為非定非定態(tài)過(guò)程程，精，精餾過(guò)程中，釜液程中，釜液組成不斷降成不斷降低；低；間歇精歇精餾時(shí)全塔均全塔均為精精餾段，沒(méi)有提段，沒(méi)有提餾段段。能耗大于。能耗大于連續(xù)精精餾。6.1 6.1 概述概述國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -14-6.1.16.1.1精餾過(guò)程的分類精餾過(guò)程的分類精餾過(guò)程的分類精餾過(guò)程的分類精精餾過(guò)程的特點(diǎn)程的特點(diǎn)l過(guò)程程變量多量多被控被控變量多，操量多，操縱變量也多量也多l(xiāng)過(guò)程程動(dòng)態(tài)和機(jī)理復(fù)和機(jī)理復(fù)雜非非線性、性、時(shí)變、關(guān)、關(guān)聯(lián)、分布參、分布參數(shù)特征數(shù)特征6.1 6.1 概述概述國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -15-6.1 6.1 概述概述1.質(zhì)質(zhì)量指量指標(biāo)標(biāo)產(chǎn)產(chǎn)品的品的純純度度二元二元組組分精分精餾餾：塔：塔頂輕組頂輕組分含量和塔釜重分含量和塔釜重組組分含量分含量多元多元組組分精分精餾餾塔：通常只能控制其中的關(guān)塔：通常只能控制其中的關(guān)鍵組鍵組分的分的濃濃度度輕輕關(guān)關(guān)鍵組鍵組分：分：揮發(fā)揮發(fā)度度較較大而由塔大而由塔頂鎦頂鎦出的關(guān)出的關(guān)鍵組鍵組分分重關(guān)重關(guān)鍵組鍵組分：分：揮發(fā)揮發(fā)度度較較小而由塔底小而由塔底鎦鎦出的關(guān)出的關(guān)鍵組鍵組分分2.物料平衡和能量平衡物料平衡和能量平衡塔塔頂餾頂餾出液出液+塔底釜液采出量塔底釜液采出量=平均平均進(jìn)進(jìn)料量料量精精餾餾塔的塔的輸輸入入輸輸出能量出能量應(yīng)應(yīng)平衡，使塔內(nèi)操作平衡，使塔內(nèi)操作壓壓力力維維持恒定。持恒定。進(jìn)進(jìn)料料熱熱量塔底再沸器加量塔底再沸器加熱熱量塔量塔頂產(chǎn)頂產(chǎn)品品熱熱量塔底量塔底產(chǎn)產(chǎn)品品熱熱量量塔塔頂頂冷凝器冷卻冷凝器冷卻熱熱量量熱熱量量損損失失6.1.2精餾塔的控制要求精餾塔的控制要求國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -16-3.約約束條件束條件保保證證精精餾餾塔的正常、安全操作塔的正常、安全操作液泛限：液泛限：氣相速度氣相速度過(guò)過(guò)高，氣相中高，氣相中夾帶夾帶液體到上液體到上層層塔板中，出塔板中，出現(xiàn)現(xiàn)霧霧沫沫夾帶夾帶，該現(xiàn)該現(xiàn)象象嚴(yán)嚴(yán)重重時(shí)時(shí)，液相從下，液相從下層層塔板倒流到上塔板倒流到上層層塔板，塔板，稱稱為為液泛液泛。氣相速度的上限稱。氣相速度的上限稱為為液泛限。液泛限。漏液限：漏液限：氣相速度氣相速度過(guò)過(guò)低，塔板漏液，板效率下降。氣相速度的低，塔板漏液，板效率下降。氣相速度的下限稱下限稱為為漏液限。漏液限。壓壓力限：力限：塔的操作塔的操作壓壓力的限制，操作力的限制，操作壓壓力力過(guò)過(guò)大，影響氣液平衡，大，影響氣液平衡，分離效果分離效果變變差。差。嚴(yán)嚴(yán)重重時(shí)時(shí)會(huì)影響安全生會(huì)影響安全生產(chǎn)產(chǎn)。臨臨界溫差限：界溫差限：主要指再沸器兩主要指再沸器兩側(cè)側(cè)冷冷熱熱流體的溫度差。溫差越大，流體的溫度差。溫差越大，傳熱傳熱量越大，溫差低于量越大，溫差低于臨臨界溫差界溫差時(shí)時(shí)，給熱給熱系數(shù)急系數(shù)急劇劇下降，不能下降，不能保保證證正常正常傳熱傳熱。6.1 6.1 概述概述6.1.2精餾塔的控制要求精餾塔的控制要求國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -17-4、節(jié)節(jié)能與能與經(jīng)濟(jì)經(jīng)濟(jì)性性回收率：回收率：例如：例如：丙丙烯烯丙丙烷烷塔，塔，進(jìn)進(jìn)料流量料流量F，進(jìn)進(jìn)料丙料丙烯烯含量含量Ei，塔，塔頂頂丙丙烯產(chǎn)烯產(chǎn)品品流量流量D，則則丙丙烯烯回收率回收率D/(FEi)100其他的丙其他的丙烯進(jìn)烯進(jìn)入到塔底的丙入到塔底的丙烷產(chǎn)烷產(chǎn)品中。品中。6.1 6.1 概述概述6.1.2精餾塔的控制要求精餾塔的控制要求國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -18-4、節(jié)節(jié)能與能與經(jīng)濟(jì)經(jīng)濟(jì)性性能耗能耗產(chǎn)產(chǎn)品品純純度回收率度回收率的關(guān)系：的關(guān)系：能耗不能耗不變時(shí)變時(shí)，產(chǎn)產(chǎn)品品純純度度，回收率，回收率保保證產(chǎn)證產(chǎn)品品純純度度時(shí)時(shí)，能耗，能耗，回收率，回收率，但回收率增加到一定程度，但回收率增加到一定程度時(shí)時(shí)，提高的就不明，提高的就不明顯顯了。了。保保證產(chǎn)證產(chǎn)品品純純度的前提下，度的前提下，權(quán)權(quán)衡回收率與能耗，衡回收率與能耗，選選擇擇最佳的回收率與能耗最佳的回收率與能耗搭配，使得搭配，使得產(chǎn)產(chǎn)量盡量多量盡量多些，能耗盡量少些。些，能耗盡量少些。6.1 6.1 概述概述4V/F=268產(chǎn)品回收率產(chǎn)品回收率產(chǎn)品純度產(chǎn)品純度國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -19-6.1 6.1 概述概述6.1.3精餾塔的擾動(dòng)分析精餾塔的擾動(dòng)分析各種各種擾動(dòng)因素中，有些是可控的，因素中，有些是可控的，有些是不可控制的。有些是不可控制的。進(jìn)料流量料流量F在很多情況下是不在很多情況下是不可控制的?？煽刂频摹＿M(jìn)料成分料成分zF一般是不可一般是不可控的，控的，它由上一工序或原料確定。它由上一工序或原料確定。進(jìn)料溫度料溫度F一般是可控的。一般是可控的。國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -20-6.1 6.1 概述概述6.1.3精餾塔的擾動(dòng)分析精餾塔的擾動(dòng)分析蒸汽蒸汽壓力的力的變動(dòng)可以通可以通過(guò)總管管壓力控制方法消除，也可力控制方法消除，也可以在串以在串級(jí)控制系控制系統(tǒng)的副回路的副回路予于克服。予于克服。冷卻水的冷卻水的壓力波力波動(dòng)也可以也可以類似方式解決。似方式解決。冷卻水的溫度冷卻水的溫度變化通常比化通常比較緩和，主要受季和，主要受季節(jié)的影響。的影響。環(huán)境溫度的境溫度的變化一般影響化一般影響較小。小。國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -21-第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制主要內(nèi)容6.1概述概述6.2精餾塔的特性精餾塔的特性6.3精餾塔產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)的選擇精餾塔產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)的選擇6.4精餾塔的基本控制精餾塔的基本控制6.5精餾塔的節(jié)能控制精餾塔的節(jié)能控制國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -22-6.2 6.2 精餾塔的特性精餾塔的特性6.2.1物料平衡和內(nèi)部物料平衡物料平衡和內(nèi)部物料平衡1.總物料平衡總物料平衡B、D：塔釜、塔頂餾出液塔釜、塔頂餾出液 xB、xD：塔釜、頂輕組分含量塔釜、頂輕組分含量國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -23-若進(jìn)料濃度改變?yōu)槿暨M(jìn)料濃度改變?yōu)閦F=0.4，如，如D/F仍為仍為50%，即，即設(shè)設(shè)苯與甲苯的精苯與甲苯的精餾餾中，原定的中，原定的進(jìn)進(jìn)料料濃濃度度zF=0.5，產(chǎn)產(chǎn)品要求品要求xD=0.95，xB=0.05，則則可知可知那么那么xD所能達(dá)到的最高極限（即在釜液中不含苯的條件下所能達(dá)到的最高極限（即在釜液中不含苯的條件下xB=0）即即如不調(diào)整如不調(diào)整D/F，xD無(wú)論如何也達(dá)不到設(shè)定值。因此，如果無(wú)論如何也達(dá)不到設(shè)定值。因此，如果進(jìn)料濃度進(jìn)料濃度zF發(fā)生變化，就必須調(diào)整發(fā)生變化，就必須調(diào)整D/F或或B/F才能滿足才能滿足xD和和xB6.2 6.2 精餾塔的特性精餾塔的特性國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -24-6.2 6.2 精餾塔的特性精餾塔的特性2.內(nèi)部物料平衡內(nèi)部物料平衡塔板塔板n上各項(xiàng)物料平衡上各項(xiàng)物料平衡恒分子流假設(shè)恒分子流假設(shè)Kg mol/hKg mol/h精餾段：精餾段：LR、VR提餾段：提餾段：LS、VS國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -25-6.2 6.2 精餾塔的特性精餾塔的特性2.內(nèi)部物料平衡內(nèi)部物料平衡（1）加料板的物料平衡）加料板的物料平衡如果是液相沸點(diǎn)進(jìn)料如果是液相沸點(diǎn)進(jìn)料如果是氣相沸點(diǎn)進(jìn)料如果是氣相沸點(diǎn)進(jìn)料VRRLFFzF,qDXD,BXB,SVLs精餾段：精餾段：LR、VR提餾段：提餾段：LS、VS國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -26-6.2 6.2 精餾塔的特性精餾塔的特性精餾段的物料平衡精餾段的物料平衡（2）精餾段的物料平衡）精餾段的物料平衡就冷凝器寫(xiě)出物料平衡關(guān)系式就冷凝器寫(xiě)出物料平衡關(guān)系式對(duì)精餾段上任意塔板對(duì)精餾段上任意塔板j以上作以上作物料平衡計(jì)算，輕組分的物物料平衡計(jì)算，輕組分的物料平衡關(guān)系式料平衡關(guān)系式y(tǒng)j+1自自j+1板來(lái)的氣相中輕組分濃度；板來(lái)的氣相中輕組分濃度；xj塔板塔板j上液相總輕組分濃度。上液相總輕組分濃度。國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -27-平衡曲線和操作線平衡曲線和操作線上式表明了任一塔板上式表明了任一塔板上的氣相組分與上一上的氣相組分與上一塔板的液相組分之間塔板的液相組分之間的關(guān)系，如圖中紅線的關(guān)系，如圖中紅線所示，通常稱為所示，通常稱為精餾精餾段操作線段操作線，其斜率為：，其斜率為：6.2 6.2 精餾塔的特性精餾塔的特性xxBzFxDy回流比回流比R越大，越大，斜率越大。斜率越大。國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -28-對(duì)提餾段的任意塔板對(duì)提餾段的任意塔板k以下作物以下作物料平衡關(guān)系式是料平衡關(guān)系式是也可寫(xiě)為：也可寫(xiě)為：6.2 6.2 精餾塔的特性精餾塔的特性（3）提）提餾餾段的物料平衡段的物料平衡提餾段的物料平衡提餾段的物料平衡就再沸器寫(xiě)物料平衡關(guān)系式就再沸器寫(xiě)物料平衡關(guān)系式Ls國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -29-平衡曲線和操作線平衡曲線和操作線上式表明了任一塔板上式表明了任一塔板上的氣相組分與上一上的氣相組分與上一塔板的液相組分之間塔板的液相組分之間的關(guān)系，如圖中綠線的關(guān)系，如圖中綠線所示，通常稱為所示，通常稱為提餾提餾段操作線段操作線，其斜率為：，其斜率為：6.2 6.2 精餾塔的特性精餾塔的特性xxBzFxDy國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -30-6.2.2能量平衡關(guān)系能量平衡關(guān)系分離度分離度因此有因此有:若若s一一定定，則則控控制制任任一一產(chǎn)產(chǎn)品品的的成成分分，同同時(shí)時(shí)也也起起到到了了對(duì)對(duì)另另一一種種產(chǎn)品成分的控制；產(chǎn)品成分的控制；若若s一定，則在確定了一定，則在確定了D/F或或B/F后，則后，則xD和和xB都確定了都確定了。6.2 6.2 精餾塔的特性精餾塔的特性國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -31-6.2 6.2 精餾塔的特性精餾塔的特性分離度分離度 對(duì)對(duì)一一個(gè)個(gè)既既定定塔塔，（平平均均相相對(duì)對(duì)揮揮發(fā)發(fā)度度）、n（理理論論塔塔板板數(shù)數(shù)）、E（塔塔板板效效率率）和和nF（進(jìn)進(jìn)料料板板位位置置）是是一一定定的的或或變變化化不不大大，同同時(shí)時(shí)進(jìn)進(jìn)料料成成分分zF的的變變化化對(duì)對(duì)s的的影影響響相相對(duì)對(duì)較較小小，可可以以忽忽略略。近似為：近似為：能量平衡方程，能量平衡方程，為塔的特性因子為塔的特性因子表征了表征了s與與V/F的關(guān)系的關(guān)系,V/F增加，增加，s也增加，但能耗增加。也增加，但能耗增加。對(duì)于特定的塔，進(jìn)料組分一定，只要對(duì)于特定的塔，進(jìn)料組分一定，只要D/F和和V/F一定，塔一定，塔頂和塔底的組分就可確定。頂和塔底的組分就可確定。6.2.2能量平衡關(guān)系能量平衡關(guān)系國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -32-6.2 6.2 精餾塔的特性精餾塔的特性6.2.3進(jìn)料濃度進(jìn)料濃度zF和流量和流量F對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量影響對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量影響(a)zF變化的影響zF:各線右移，各線右移，xD xBzF :各線左移，各線左移，xDxB1.進(jìn)料濃度進(jìn)料濃度zF假設(shè)假設(shè)D/F和和LR/D不變，兩條不變，兩條操作線的斜率（操作線的斜率（LR/VR，LS/VS）不變，結(jié)果將使它們）不變，結(jié)果將使它們向左或右平移。向左或右平移。國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -33-6.2 6.2 精餾塔的特性精餾塔的特性（b）消除zF影響的措施當(dāng)當(dāng)zF增加時(shí)，保持增加時(shí)，保持xD和和xB不變，不變，應(yīng)增加應(yīng)增加D和減少和減少B?？紤]到?？紤]到D=VR-LR，B=LS-VS，可將，可將LR適適當(dāng)減少當(dāng)減少，VS適當(dāng)增加適當(dāng)增加。概括起來(lái)，對(duì)概括起來(lái)，對(duì) 的補(bǔ)償條件是的補(bǔ)償條件是其中，其中，K1，K2為正值。為正值。國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -34-6.2 6.2 精餾塔的特性精餾塔的特性2.進(jìn)進(jìn)料流量料流量F在液相沸點(diǎn)進(jìn)料時(shí)，如在液相沸點(diǎn)進(jìn)料時(shí)，如F:LS,使提餾段操使提餾段操作線斜率增加（離開(kāi)對(duì)角線），作線斜率增加（離開(kāi)對(duì)角線），XB在氣相沸點(diǎn)進(jìn)料時(shí)，如在氣相沸點(diǎn)進(jìn)料時(shí)，如F:VR,使精餾段操使精餾段操作線斜率減?。x開(kāi)對(duì)角線），作線斜率減?。x開(kāi)對(duì)角線），XD因此，對(duì)因此，對(duì) 的補(bǔ)償條件是的補(bǔ)償條件是其中，其中，K3，K4為正值。為正值。xxBzFxDF增加后，應(yīng)按比例增加增加后，應(yīng)按比例增加D、B、LR、VS，使，使D/F和和B/F保持不變。保持不變。國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -35-通通過(guò)過(guò)以上的分析，也可以看出各種以上的分析，也可以看出各種調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)手段的作用：手段的作用：VS增加，增加，xB下降下降LR增加，增加，xD上升上升B減少，將使減少，將使xB下降，下降，xD下降下降D減少，將使減少，將使xD上升，上升，xB上升上升6.2 6.2 精餾塔的特性精餾塔的特性VRRLFFzF,qDXD,BXB,SVLs國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -36-第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制主要內(nèi)容6.1概述概述6.2精餾塔的特性精餾塔的特性6.3精餾塔產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)的選擇精餾塔產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)的選擇6.4精餾塔的基本控制精餾塔的基本控制6.5精餾塔的節(jié)能控制精餾塔的節(jié)能控制國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -37-6.3 6.3 精餾塔產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)選擇精餾塔產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)選擇 間接指標(biāo)間接指標(biāo)溫度溫度 壓力一定情況下，溫度與產(chǎn)品的成分有單獨(dú)的函壓力一定情況下，溫度與產(chǎn)品的成分有單獨(dú)的函數(shù)關(guān)系。數(shù)關(guān)系。直接指標(biāo)和間接指標(biāo)直接指標(biāo)和間接指標(biāo) 直接指標(biāo)直接指標(biāo)產(chǎn)品成分產(chǎn)品成分 在線成分儀表價(jià)格貴，并且可靠性差。在線成分儀表價(jià)格貴，并且可靠性差。塔頂（或塔底）的溫度控制塔頂（或塔底）的溫度控制靈敏板的溫度控制靈敏板的溫度控制中溫控制中溫控制國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -38-間接指標(biāo)間接指標(biāo)溫差控制溫差控制 在精密蒸餾等要求較高的場(chǎng)合，微小壓力的變化，將影在精密蒸餾等要求較高的場(chǎng)合，微小壓力的變化，將影響溫度與組分的關(guān)系，需對(duì)壓力的波動(dòng)加以補(bǔ)償。響溫度與組分的關(guān)系，需對(duì)壓力的波動(dòng)加以補(bǔ)償。溫差控制溫差控制溫差差值（雙溫差）控制溫差差值（雙溫差）控制6.3 6.3 精餾塔產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)選擇精餾塔產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)選擇國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -39-采用溫度作采用溫度作為為被控被控變變量量時(shí)時(shí)，選擇選擇塔內(nèi)哪一點(diǎn)溫度作塔內(nèi)哪一點(diǎn)溫度作為為被控被控變變量，量，應(yīng)應(yīng)根據(jù)根據(jù)實(shí)際實(shí)際情況加以情況加以選擇選擇，主要有以下幾種。，主要有以下幾種。1.塔塔頂頂（或塔底）的溫度控制（或塔底）的溫度控制一般來(lái)一般來(lái)說(shuō)說(shuō)，如果希望保持塔，如果希望保持塔頂頂（塔底）（塔底）產(chǎn)產(chǎn)品符合品符合質(zhì)質(zhì)量要求，量要求，即主要即主要產(chǎn)產(chǎn)品在品在頂頂部（底部）部（底部）餾餾出出時(shí)時(shí)，以塔，以塔頂頂（塔底）溫度作（塔底）溫度作為為控制指控制指標(biāo)標(biāo)，可以得到，可以得到較較好的效果。好的效果。6.3 6.3 精餾塔產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)選擇精餾塔產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)選擇6.3.1采用溫度作為間接質(zhì)量指標(biāo)采用溫度作為間接質(zhì)量指標(biāo)國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -40-1.塔塔頂頂（或塔底）的溫度控制（或塔底）的溫度控制當(dāng)要分離當(dāng)要分離較純的的產(chǎn)品品時(shí)：鄰近塔近塔頂?shù)母靼逯母靼逯g溫差很小，要求溫度溫差很小，要求溫度檢測(cè)裝置有極裝置有極高的靈敏度和精確度；高的靈敏度和精確度；微量微量雜質(zhì)的存在，會(huì)使沸點(diǎn)起相當(dāng)大的的存在，會(huì)使沸點(diǎn)起相當(dāng)大的變化；化；塔內(nèi)塔內(nèi)壓力的波力的波動(dòng)，也會(huì)使沸點(diǎn)起相當(dāng)大的，也會(huì)使沸點(diǎn)起相當(dāng)大的變化?；?。因此，目前除了像石油因此，目前除了像石油產(chǎn)品的分品的分餾即按沸點(diǎn)范即按沸點(diǎn)范圍來(lái)切割來(lái)切割餾分的情況之外，凡是目的要得到分的情況之外，凡是目的要得到較純成分的精成分的精餾塔，塔，現(xiàn)在在往往不將往往不將檢測(cè)點(diǎn)置于塔點(diǎn)置于塔頂（或塔底）。（或塔底）。6.3 6.3 精餾塔產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)選擇精餾塔產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)選擇6.3.1采用溫度作為間接質(zhì)量指標(biāo)采用溫度作為間接質(zhì)量指標(biāo)國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -41-2.靈敏板的溫度控制靈敏板的溫度控制在在進(jìn)進(jìn)料板與塔料板與塔頂頂（或塔底）（或塔底）之之間間，選擇選擇靈敏板作靈敏板作為為溫度溫度檢測(cè)檢測(cè)點(diǎn)。點(diǎn)。靈敏板的靜靈敏板的靜態(tài)態(tài)特性特性：當(dāng)塔的：當(dāng)塔的操作操作經(jīng)經(jīng)常受常受擾動(dòng)擾動(dòng)作用（或承作用（或承受控制作用）受控制作用）時(shí)時(shí)，塔內(nèi)各板，塔內(nèi)各板的的組組分都將分都將發(fā)發(fā)生生變變化，各板化，各板的溫度也將同的溫度也將同時(shí)變時(shí)變化，一直化，一直達(dá)到新的達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)時(shí)穩(wěn)態(tài)時(shí)，溫度溫度變變化化最大的那最大的那塊塊板即稱板即稱為為靈敏板靈敏板。6.3 6.3 精餾塔產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)選擇精餾塔產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)選擇精餾塔溫度分布曲線精餾塔溫度分布曲線正常工況時(shí)溫度分布曲線正常工況時(shí)溫度分布曲線擾動(dòng)作用時(shí)溫度分布曲線擾動(dòng)作用時(shí)溫度分布曲線國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -42-2.靈敏板的溫度控制靈敏板的溫度控制 靈敏板的靈敏板的動(dòng)態(tài)特性特性：在受到：在受到擾動(dòng)（或控制作用）（或控制作用）時(shí)，溫度，溫度變化化的初速度的初速度較快，即反快，即反應(yīng)快，它反映了快，它反映了動(dòng)態(tài)行行為。靈敏板的位置靈敏板的位置：可以通：可以通過(guò)逐板逐板計(jì)算或算或計(jì)算機(jī)仿真，依據(jù)不同情算機(jī)仿真，依據(jù)不同情況下各板溫度分布曲況下各板溫度分布曲線比比較得出。但是，因得出。但是，因?yàn)樗逍什灰坠浪逍什灰坠罍?zhǔn)，所以準(zhǔn)，所以還需要需要結(jié)合合實(shí)踐予以確定。具體的踐予以確定。具體的辦法是先算出大致法是先算出大致位置，在它的附近位置，在它的附近設(shè)置若干置若干檢測(cè)點(diǎn)，然后在運(yùn)行點(diǎn)，然后在運(yùn)行過(guò)程中程中選擇其其中最合適的一點(diǎn)。中最合適的一點(diǎn)。6.3 6.3 精餾塔產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)選擇精餾塔產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)選擇6.3.1采用溫度作為間接質(zhì)量指標(biāo)采用溫度作為間接質(zhì)量指標(biāo)國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -43-3.中溫控制中溫控制取加料板稍上、稍下的塔板，或加料板自身的溫度作取加料板稍上、稍下的塔板，或加料板自身的溫度作為為被被控控變變量，量，這這常稱常稱為為中溫控制中溫控制。從從設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)意意圖圖來(lái)看，希望及來(lái)看，希望及時(shí)發(fā)現(xiàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)操作操作線線左右移左右移動(dòng)動(dòng)的情況，的情況，并得以兼并得以兼顧顧塔塔頂頂和塔底成分的效果。和塔底成分的效果。這這種控制方案在某些種控制方案在某些精精餾餾塔上取得了成功，但在分離要求塔上取得了成功，但在分離要求較較高高時(shí)時(shí)，或是，或是進(jìn)進(jìn)料料濃濃度度zF變動(dòng)較變動(dòng)較大大時(shí)時(shí)，中溫控制不能正確反映塔，中溫控制不能正確反映塔頂頂或塔底的成或塔底的成分。分。6.3 6.3 精餾塔產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)選擇精餾塔產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)選擇6.3.1采用溫度作為間接質(zhì)量指標(biāo)采用溫度作為間接質(zhì)量指標(biāo)國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -44-用溫度作用溫度作為間為間接接質(zhì)質(zhì)量指量指標(biāo)標(biāo)有一個(gè)前提，塔內(nèi)有一個(gè)前提，塔內(nèi)壓壓力力應(yīng)應(yīng)恒定，恒定，雖雖然精然精餾餾塔的塔塔的塔壓壓一般一般設(shè)設(shè)有控制系有控制系統(tǒng)統(tǒng)，但，但對(duì)對(duì)精密蒸精密蒸餾餾等要等要求求較較高的高的場(chǎng)場(chǎng)合，微小合，微小壓壓力的力的變變化，將影響溫度與化，將影響溫度與組組分的關(guān)分的關(guān)系，需系，需對(duì)壓對(duì)壓力的波力的波動(dòng)動(dòng)加以加以補(bǔ)償補(bǔ)償，常用的有，常用的有溫差控制溫差控制和和雙溫雙溫差控制差控制。6.3 6.3 精餾塔產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)選擇精餾塔產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)選擇6.3.2采用壓力補(bǔ)償?shù)臏囟茸鳛殚g接質(zhì)量指標(biāo)采用壓力補(bǔ)償?shù)臏囟茸鳛殚g接質(zhì)量指標(biāo)國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -45-1.溫差控制溫差控制在塔在塔壓壓波波動(dòng)時(shí)動(dòng)時(shí)，盡管各板，盡管各板上溫度會(huì)有一定的上溫度會(huì)有一定的變變化，化，而兩板而兩板間間的溫差的溫差變變化卻非化卻非常小。常小。可用溫差作可用溫差作為為被控被控變變量來(lái)量來(lái)進(jìn)進(jìn)行控制，以保持最行控制，以保持最終產(chǎn)終產(chǎn)品的品的純純度符合要求。度符合要求。6.3 6.3 精餾塔產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)選擇精餾塔產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)選擇壓力變化與各板溫度的分布?jí)毫ψ兓c各板溫度的分布?jí)毫毫?.1MPa;1.13MPa;1.17MPa6.3.2采用壓力補(bǔ)償?shù)臏囟茸鳛殚g接質(zhì)量指標(biāo)采用壓力補(bǔ)償?shù)臏囟茸鳛殚g接質(zhì)量指標(biāo)國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -46-1.溫差控制溫差控制在在選擇選擇溫差信號(hào)溫差信號(hào)時(shí)時(shí)，檢測(cè)檢測(cè)點(diǎn)點(diǎn)應(yīng)應(yīng)按以下原按以下原則進(jìn)則進(jìn)行。例如當(dāng)塔行。例如當(dāng)塔頂頂餾餾出液出液為為主要主要產(chǎn)產(chǎn)品品時(shí)時(shí)：應(yīng)應(yīng)將一個(gè)將一個(gè)檢測(cè)檢測(cè)點(diǎn)放在塔點(diǎn)放在塔頂頂（或稍下一些），即成分和溫（或稍下一些），即成分和溫度度變變化化較較小、比小、比較較恒定的位置；恒定的位置；另一個(gè)另一個(gè)檢測(cè)檢測(cè)點(diǎn)放在靈敏板附近，即成分和溫度點(diǎn)放在靈敏板附近，即成分和溫度變變化化較較大、大、比比較較靈敏的位置；靈敏的位置；然后取兩者的溫度然后取兩者的溫度Td作作為為被控被控變變量。量。溫差控制已成功地溫差控制已成功地應(yīng)應(yīng)用于苯用于苯-甲苯甲苯-二甲苯、乙二甲苯、乙烯烯-乙乙烷烷、丙、丙烯烯-丙丙烷烷等精密精等精密精餾餾系系統(tǒng)統(tǒng)。6.3 6.3 精餾塔產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)選擇精餾塔產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)選擇6.3.2采用壓力補(bǔ)償?shù)臏囟茸鳛殚g接質(zhì)量指標(biāo)采用壓力補(bǔ)償?shù)臏囟茸鳛殚g接質(zhì)量指標(biāo)國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -47-1.溫差控制溫差控制關(guān)關(guān)鍵在于在于選點(diǎn)正確、溫差點(diǎn)正確、溫差設(shè)定定值合理（不能合理（不能過(guò)大）以及操作工大）以及操作工況況穩(wěn)定。定。溫差控制方案缺陷：溫差控制方案缺陷：（1）如果溫差如果溫差選選得太大、或操得太大、或操作不平作不平穩(wěn)穩(wěn)，都會(huì)引起溫差控制失，都會(huì)引起溫差控制失常的常的現(xiàn)現(xiàn)象。象。6.3 6.3 精餾塔產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)選擇精餾塔產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)選擇6.3.2采用壓力補(bǔ)償?shù)臏囟茸鳛殚g接質(zhì)量指標(biāo)采用壓力補(bǔ)償?shù)臏囟茸鳛殚g接質(zhì)量指標(biāo)產(chǎn)品純度與溫差之間的關(guān)系曲線產(chǎn)品純度與溫差之間的關(guān)系曲線國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -48-1.溫差控制溫差控制溫差控制方案缺陷：溫差控制方案缺陷：（2）進(jìn)料流量料流量變化化時(shí)，將引起，將引起塔內(nèi)成分塔內(nèi)成分變化和塔內(nèi)化和塔內(nèi)壓降降發(fā)生生變化?；?。這兩者均會(huì)引起溫差兩者均會(huì)引起溫差變化，化，前者使溫差減小，后者使溫差增前者使溫差減小，后者使溫差增加。加。這時(shí)溫差和成分就不再呈溫差和成分就不再呈現(xiàn)單值對(duì)應(yīng)關(guān)系，關(guān)系，難于采用溫差控于采用溫差控制。制。6.3 6.3 精餾塔產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)選擇精餾塔產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)選擇6.3.2采用壓力補(bǔ)償?shù)臏囟茸鳛殚g接質(zhì)量指標(biāo)采用壓力補(bǔ)償?shù)臏囟茸鳛殚g接質(zhì)量指標(biāo)負(fù)荷對(duì)溫差的影響負(fù)荷對(duì)溫差的影響國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -49-2.溫差差溫差差值值（雙溫差）控制（雙溫差）控制分分別別在精在精餾餾段和提段和提餾餾段段選選取溫取溫差作差作為為控制目控制目標(biāo)標(biāo)。若由于若由于進(jìn)進(jìn)料流量波料流量波動(dòng)動(dòng)引起塔引起塔壓壓變變化化對(duì)對(duì)溫差的影響，在塔的上、溫差的影響，在塔的上、下段溫差同下段溫差同時(shí)時(shí)出出現(xiàn)現(xiàn)，因而上段，因而上段溫差減去下段溫差的差溫差減去下段溫差的差值值就消就消除了除了壓壓降降變變化的影響?；挠绊?。在在進(jìn)進(jìn)料流量波料流量波動(dòng)動(dòng)影響下，雙溫影響下，雙溫差控制仍能得到差控制仍能得到較較好的控制效好的控制效果。果。6.3 6.3 精餾塔產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)選擇精餾塔產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)選擇溫差差值的控制方案溫差差值的控制方案國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -50-第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制主要內(nèi)容6.1概述概述6.2精餾塔的特性精餾塔的特性6.3精餾塔產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)的選擇精餾塔產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)的選擇6.4精餾塔的基本控制精餾塔的基本控制6.5精餾塔的節(jié)能控制精餾塔的節(jié)能控制國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -51-當(dāng)當(dāng)選選用塔用塔頂頂部部產(chǎn)產(chǎn)品品餾餾出物流量出物流量D或或塔底采出液量塔底采出液量B來(lái)作來(lái)作為為操操縱變縱變量控量控制制產(chǎn)產(chǎn)品品質(zhì)質(zhì)量量時(shí)時(shí)，稱稱為為物料平衡控物料平衡控制制；而當(dāng)而當(dāng)選選用塔用塔頂頂部回流或再沸器加部回流或再沸器加熱熱量來(lái)作量來(lái)作為為操操縱變縱變量量時(shí)時(shí)，則則稱稱為為能量平衡控制能量平衡控制。6.4 6.4 精餾塔的基本控制精餾塔的基本控制VRRLFFzF,qDXD,BXB,SVLs精餾塔是一個(gè)多變量被控過(guò)程，在許多被控變量和操縱變量精餾塔是一個(gè)多變量被控過(guò)程，在許多被控變量和操縱變量中，如何選定變量配對(duì)中，如何選定變量配對(duì)?國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -52-當(dāng)當(dāng)僅僅需要控制塔的一端需要控制塔的一端產(chǎn)產(chǎn)品品時(shí)時(shí)，應(yīng)應(yīng)當(dāng)當(dāng)選選用物料平衡方式來(lái)控制用物料平衡方式來(lái)控制該產(chǎn)該產(chǎn)品的品的質(zhì)質(zhì)量。量。塔兩端塔兩端產(chǎn)產(chǎn)品流量品流量較較小者小者，應(yīng)應(yīng)作作為為操操縱變縱變量去控制塔的量去控制塔的產(chǎn)產(chǎn)品品質(zhì)質(zhì)量。量。當(dāng)塔的兩端當(dāng)塔的兩端產(chǎn)產(chǎn)品均需按品均需按質(zhì)質(zhì)量控制量控制時(shí)時(shí)，一一般般對(duì)對(duì)含含純產(chǎn)純產(chǎn)品品較較少少，雜質(zhì)較雜質(zhì)較多的一端的多的一端的質(zhì)質(zhì)量控制量控制選選用物料平衡控制用物料平衡控制，而含而含純產(chǎn)純產(chǎn)品品較較多多，雜質(zhì)較雜質(zhì)較少的一端的少的一端的質(zhì)質(zhì)量控制量控制選選用能量平衡控制。用能量平衡控制。6.4 6.4 精餾塔的基本控制精餾塔的基本控制Shinskey做了大量研究，提出了做了大量研究，提出了精餾塔控制中變量配對(duì)的三精餾塔控制中變量配對(duì)的三條準(zhǔn)則條準(zhǔn)則:國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -53-不同的不同的變量匹配構(gòu)成了精量匹配構(gòu)成了精餾塔的不同控制方案塔的不同控制方案:按按精精餾段段質(zhì)量指量指標(biāo)的的間接接物料平衡控制物料平衡控制;按按精精餾段段質(zhì)量指量指標(biāo)的的直接直接物料平衡控制物料平衡控制;按按提提餾段段質(zhì)量指量指標(biāo)的的間接接物料平衡控制物料平衡控制;按按提提餾段段質(zhì)量指量指標(biāo)的的直接直接物料平衡控制。物料平衡控制。在在LR、D、VS和和B四者中四者中選擇選擇一一種作種作為為控制控制產(chǎn)產(chǎn)品品質(zhì)質(zhì)量的手段，量的手段，選選擇擇另一種保持流量恒定，其余兩另一種保持流量恒定，其余兩種種則則按回流罐和再沸器的物料平按回流罐和再沸器的物料平衡，由液位控制器加以控制。衡，由液位控制器加以控制。6.4 6.4 精餾塔的基本控制精餾塔的基本控制VRRLFFzF,qDXD,BXB,SVLs國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -54-在下列情況在下列情況，按精，按精餾餾段指段指標(biāo)進(jìn)標(biāo)進(jìn)行控制：行控制：當(dāng)當(dāng)對(duì)餾對(duì)餾出液的出液的純純度度較較之之對(duì)對(duì)塔底塔底產(chǎn)產(chǎn)品品為為高高全部全部為為氣相氣相進(jìn)進(jìn)料料塔底、提塔底、提餾餾段塔板上的溫度不能很好反映段塔板上的溫度不能很好反映產(chǎn)產(chǎn)品成分品成分變變化。化。取取精精餾餾段某點(diǎn)成分或溫度段某點(diǎn)成分或溫度為為被控被控變變量量，而而以以LR、D或或VS作作為為操操縱變縱變量量，可以可以組組成成單單回路控制方案或串回路控制方案或串級(jí)級(jí)控制方案控制方案。6.4 6.4 精餾塔的基本控制精餾塔的基本控制6.4.1按精餾段指標(biāo)的控制按精餾段指標(biāo)的控制國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -55-6.4.1按精餾段指標(biāo)的控制按精餾段指標(biāo)的控制1.1.間接物料平衡控制間接物料平衡控制間接物料平衡控制方案間接物料平衡控制方案按精餾段指標(biāo)來(lái)按精餾段指標(biāo)來(lái)控制回流量控制回流量，由于回流量由于回流量LR變化后再影響變化后再影響到餾出液到餾出液D，所以是間接物，所以是間接物料平衡控制。料平衡控制。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：控制作用滯后小，控制作用滯后小，反應(yīng)迅速。反應(yīng)迅速。對(duì)克服進(jìn)入精餾段的擾動(dòng)和保對(duì)克服進(jìn)入精餾段的擾動(dòng)和保證塔頂產(chǎn)品是有利的證塔頂產(chǎn)品是有利的,這是精這是精餾塔控制中最常用的方案。餾塔控制中最常用的方案。6.4 6.4 精餾塔的基本控制精餾塔的基本控制國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -56-在在該該方案中，方案中，LR受溫度控受溫度控制器制器調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)，但在，但在環(huán)環(huán)境溫度境溫度改改變時(shí)變時(shí)，即使，即使LR未未變動(dòng)變動(dòng)，內(nèi)回流也會(huì)內(nèi)回流也會(huì)變變化，且化，且物料物料與能量之與能量之間間關(guān)關(guān)聯(lián)較聯(lián)較大大，這這對(duì)對(duì)于精于精餾餾塔平塔平穩(wěn)穩(wěn)操作是不操作是不利的。所以在控制器參數(shù)利的。所以在控制器參數(shù)整定上整定上應(yīng)應(yīng)加以注意。加以注意。該該方案主要方案主要應(yīng)應(yīng)用用場(chǎng)場(chǎng)合合是是L/D0.8及某些需要減少滯及某些需要減少滯后的塔。后的塔。6.4 6.4 精餾塔的基本控制精餾塔的基本控制間接物料平衡控制方案間接物料平衡控制方案國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -57-2.直接物料平衡控制直接物料平衡控制直接物料平衡控制方案直接物料平衡控制方案按精餾段的指標(biāo)來(lái)按精餾段的指標(biāo)來(lái)控制餾出液控制餾出液D，并保持，并保持VS不變。不變。6.4 6.4 精餾塔的基本控制精餾塔的基本控制優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：（1 1）物料與能量平衡之）物料與能量平衡之間關(guān)聯(lián)小；間關(guān)聯(lián)小；（2 2）內(nèi)回流在周圍環(huán)境）內(nèi)回流在周圍環(huán)境變化時(shí)，保持不變；變化時(shí)，保持不變；（3 3）產(chǎn)品不合格時(shí)，溫）產(chǎn)品不合格時(shí)，溫度控制器自動(dòng)動(dòng)作。度控制器自動(dòng)動(dòng)作。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：控制回路滯后較控制回路滯后較大，反應(yīng)慢。大，反應(yīng)慢。應(yīng)用場(chǎng)合：應(yīng)用場(chǎng)合：餾出液餾出液D很?。ɑ蚧亓鞅群苄。ɑ蚧亓鞅容^大）且回流罐容積適當(dāng)?shù)木s塔。較大）且回流罐容積適當(dāng)?shù)木s塔。國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -58-6.4.2按提餾段指標(biāo)的控制按提餾段指標(biāo)的控制6.4 6.4 精餾塔的基本控制精餾塔的基本控制在下列情況在下列情況，按提餾段指標(biāo)進(jìn)行控制：，按提餾段指標(biāo)進(jìn)行控制：當(dāng)對(duì)塔底的純度較之對(duì)餾出液為高當(dāng)對(duì)塔底的純度較之對(duì)餾出液為高全部為液相進(jìn)料全部為液相進(jìn)料塔頂、精餾段塔板上的溫度不能很好反映成分變化；塔頂、精餾段塔板上的溫度不能很好反映成分變化；實(shí)際操作回流比較最小回流比大很多。實(shí)際操作回流比較最小回流比大很多。取取提提餾段某點(diǎn)成分或溫度為被控變量餾段某點(diǎn)成分或溫度為被控變量，而以而以LR、B或或VS作為操作為操縱變量縱變量，可以組成單回路控制方案或串級(jí)控制方案?？梢越M成單回路控制方案或串級(jí)控制方案。國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -59-6.4.2按提餾段指標(biāo)的控制按提餾段指標(biāo)的控制1.1.間接物料平衡控制間接物料平衡控制按提餾段的塔板溫度來(lái)按提餾段的塔板溫度來(lái)控制加熱蒸氣量控制加熱蒸氣量，從而，從而控制了提餾段質(zhì)量指標(biāo)?？刂屏颂狃s段質(zhì)量指標(biāo)。6.4 6.4 精餾塔的基本控制精餾塔的基本控制間接物料平衡控制方案（間接物料平衡控制方案（a a）優(yōu)優(yōu)點(diǎn)：點(diǎn)：滯后小，反滯后小，反應(yīng)應(yīng)迅速。迅速。應(yīng)應(yīng)用廣泛，用廣泛，僅僅在在V/F2不采用不采用缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：物料與能量平衡關(guān)系之物料與能量平衡關(guān)系之間間有一定的關(guān)有一定的關(guān)聯(lián)聯(lián)。對(duì)回流采用對(duì)回流采用定值控制。定值控制。國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -60-間接物料平衡控制方案（間接物料平衡控制方案（b b）方案（方案（b）是對(duì)）是對(duì)回流比采用定回流比采用定值控制值控制，適應(yīng)負(fù)荷變化能力較，適應(yīng)負(fù)荷變化能力較強(qiáng)。強(qiáng)。如如F:LR、DF:LR、D6.4 6.4 精餾塔的基本控制精餾塔的基本控制TCFCLCLCFYk國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -61-2.直接物料平衡控制方案直接物料平衡控制方案直接物料平衡控制方案直接物料平衡控制方案按提餾段溫度按提餾段溫度控制塔底產(chǎn)品采出控制塔底產(chǎn)品采出B，并保持回流量恒定。并保持回流量恒定。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：物料與能量平衡關(guān)系物料與能量平衡關(guān)系之間關(guān)聯(lián)??；當(dāng)塔底采出量之間關(guān)聯(lián)??；當(dāng)塔底采出量B不符合質(zhì)量要求時(shí)，會(huì)自不符合質(zhì)量要求時(shí)，會(huì)自行暫停出料。行暫停出料。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：滯后大，液位回路存滯后大，液位回路存在反向特性。在反向特性。適用于適用于B很少且很少且B20%V的塔。的塔。6.4 6.4 精餾塔的基本控制精餾塔的基本控制國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -62-6.4.3精餾塔的壓力控制精餾塔的壓力控制精精餾塔的操作大多是在塔內(nèi)塔的操作大多是在塔內(nèi)壓力力維持恒定的基持恒定的基礎(chǔ)上上進(jìn)行行的；的；進(jìn)料流量、料流量、進(jìn)料成分和溫度的料成分和溫度的變化，塔釜加化，塔釜加熱蒸汽量的蒸汽量的變化，回流量、回流液溫度及冷化，回流量、回流液溫度及冷劑壓力的波力的波動(dòng)等等都可等等都可能引起塔能引起塔壓波波動(dòng)；塔塔壓波波動(dòng)必將引起每必將引起每塊塔板上的汽液平衡條件的改塔板上的汽液平衡條件的改變，結(jié)果使整個(gè)塔正常操作被破壞，最果使整個(gè)塔正常操作被破壞，最終將影響將影響產(chǎn)品的品的質(zhì)量；量；在精在精餾操作中，必操作中，必須設(shè)置置壓力控制系力控制系統(tǒng)，以保，以保證精精餾塔塔在某一恒定在某一恒定壓力下工作。特力下工作。特別是在精密精是在精密精餾中中,操作操作壓力的精確控制力的精確控制顯得更加重要。得更加重要。6.4 6.4 精餾塔的基本控制精餾塔的基本控制國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -63-1.加加壓壓精精餾餾塔的塔的壓壓力控制力控制（1）液相采出，且餾）液相采出，且餾出物中含有大量不凝物出物中含有大量不凝物塔頂壓力控制方案（塔頂壓力控制方案（a）該方案反應(yīng)較快，適用該方案反應(yīng)較快，適用于塔頂氣體流經(jīng)冷凝器于塔頂氣體流經(jīng)冷凝器的阻力變化不大的場(chǎng)合的阻力變化不大的場(chǎng)合,回流罐壓力可以間接代回流罐壓力可以間接代表塔頂壓力，保證塔頂表塔頂壓力，保證塔頂壓力恒定。壓力恒定。6.4 6.4 精餾塔的基本控制精餾塔的基本控制6.4.3精餾塔的壓力控制精餾塔的壓力控制國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -64-1.加加壓壓精精餾餾塔的塔的壓壓力控制力控制（1）液相采出，且餾）液相采出，且餾出物中含有大量不凝物出物中含有大量不凝物塔頂壓力控制方案（塔頂壓力控制方案（b）6.4 6.4 精餾塔的基本控制精餾塔的基本控制6.4.3精餾塔的壓力控制精餾塔的壓力控制若由于進(jìn)料流量、成分、若由于進(jìn)料流量、成分、加熱蒸汽等擾動(dòng)引起冷凝加熱蒸汽等擾動(dòng)引起冷凝器阻力變化時(shí)，回流罐壓器阻力變化時(shí)，回流罐壓力不能代表塔頂壓力，此力不能代表塔頂壓力，此時(shí)應(yīng)采用（時(shí)應(yīng)采用（b）方案。）方案。國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -65-液相采出，餾出物含少量不凝物液相采出，餾出物含少量不凝物（2）液相采出，餾出物含少量不凝物）液相采出，餾出物含少量不凝物采用分程控制思想，為采用分程控制思想，為保持塔頂壓力采用改變保持塔頂壓力采用改變傳熱量的手段來(lái)控制，傳熱量的手段來(lái)控制，即控制閥即控制閥V1作用。作用。若若V1全開(kāi)而塔壓還偏高全開(kāi)而塔壓還偏高時(shí)，此時(shí)打開(kāi)放開(kāi)閥時(shí)，此時(shí)打開(kāi)放開(kāi)閥V2，以保持塔壓恒定。，以保持塔壓恒定。6.4 6.4 精餾塔的基本控制精餾塔的基本控制6.4.3精餾塔的壓力控制精餾塔的壓力控制國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -66-（3）液相采出，且餾出物中含有微量不凝物）液相采出，且餾出物中含有微量不凝物（a）(b)用壓力改變冷凝水的流用壓力改變冷凝水的流量，節(jié)約冷卻水量。量，節(jié)約冷卻水量。壓力改變傳熱面積，較遲鈍。壓力改變傳熱面積，較遲鈍。6.4 6.4 精餾塔的基本控制精餾塔的基本控制6.4.3精餾塔的壓力控制精餾塔的壓力控制國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -67-(c)壓力偏高，關(guān)小閥門，冷壓力偏高，關(guān)小閥門，冷凝器兩端壓差增加，進(jìn)入凝器兩端壓差增加，進(jìn)入冷凝器氣相物料增加。反冷凝器氣相物料增加。反之亦然。之亦然。塔頂壓力控制方案（液相采出，餾出物含微量不凝物）塔頂壓力控制方案（液相采出，餾出物含微量不凝物）6.4 6.4 精餾塔的基本控制精餾塔的基本控制（3）液相采出，且餾出物中含有微量不凝物）液相采出，且餾出物中含有微量不凝物6.4.3精餾塔的壓力控制精餾塔的壓力控制國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第六章第六章 精餾塔的控制精餾塔的控制 -68-（4）氣相采出）氣相采出（a）(b)（a）方案，按壓力控制氣相采出，由回流罐液位控制冷卻）方案，按壓力控制氣相采出，由回流罐液位控制冷卻水量，以保證足夠的冷凝液作回流。水量，以保證足夠的冷凝液作回流。若氣相出料為下一工序進(jìn)料，則可采用（若氣相出料為下一工序進(jìn)料，則可采用（b）流量）流量-壓力均壓力均勻控制系統(tǒng)。勻控制系統(tǒng)。氣相出料壓力控制方案氣相出料壓力控制方案6.4 6.4 精餾塔的基本控制精餾塔的基本控制國(guó)家精品課程國(guó)家精品課程過(guò)