(42)--8.1 精馏塔的控制-精馏塔的基本工作原理.ppt

过程控制工程“Process Control Engineering”第八章 精馏塔的控制精馏塔的基本工作原理本节目录CONTENS1精馏过程简况2精馏塔的控制目标3精馏塔的扰动分析1.精馏过程简况精馏目的 利用混合液中各组分不同挥发度将各组分分离并达到规定纯度要求精馏过程的实质 利用混合物中各组分具有不同的挥发度，即同一温度下各组分的蒸汽分压不同，使液相中轻组分转移到气相，气相中的重组分转移到液相，实现组分的分离分类按需分离组分的多少，分为二元精馏和多元精馏按混合物中组分挥发度的差异，分为一般精馏和特殊精馏按结构分类，分为板式塔、填料塔。按操作的连续性分类，分为连续精馏和间歇精馏1.精馏过程简况1.精馏过程简况1.精馏过程简况精馏过程的设备精馏塔：实现混合物组分分离的主要设备，内部装有提供汽液分离的塔板或填料，塔身设有混合物进料口和产品出料口再沸器：为混合物液相中轻组分的转移提供能量冷凝器：将塔顶来的上升蒸气冷凝为液相，并提供精馏所需的回流1.精馏过程简况精馏过程的特点三多：过程变量多，被控变量多，可操纵的变量也多；复杂：过程动态和机理复杂，例如，非线性、时变、关联；多样：控制方案多样，例如，同一被控变量可以采用不同的控制方案，控制方案的适应面广等。2.精馏塔的控制目标质量指标:精馏塔塔顶或/和塔底产品的纯度u通常，满足一端的产品质量，即塔顶或塔底产品之一达到规定纯度，而另一端产品的纯度维持在规定范围内u多元精馏的混合物中有多种组分，质量指标是指关键组分的纯度满足要求u关键组分是对产品质量影响较大的由塔顶馏出的轻关键组分和由塔底馏出的重关键组分u产品纯度并非越纯越好。纯度越高，对控制系统的偏离度要求越高，操作成本的提高与产品的价格并不成比例增加；纯度要求应与使用要求适应。通常要求“卡边”操作2.精馏塔的控制目标产品产量精馏塔产品收率：产品产量与进料中该产品组分的量之比。生产效益除产品纯度与产品收率间关系外，还须考虑能量消耗因素。产品产量越多，所需能量也越大。产品产量与物料平衡有关物料平衡总物料平衡：F=D+B轻组分物料平衡：FzF =DxD+BxB u产品产量应满足物料平衡约束2.精馏塔的控制目标能量平衡和经济性指标精馏塔：耗能大户。再沸器需要加热量，冷凝器需要消耗冷却量l精馏塔中上升蒸汽量越多，轻组分越容易从塔顶馏出，但消耗能量也越大，单位进料量能耗增加到一定数值后，如果继续增加塔内上升蒸汽量，因物料平衡约束，产品中轻组分得率不再增长l一定产品纯度条件下，增加再沸器加热量可提高产品回收率。但加热量增加到一定量后，再增加其热量，并不能显著提高回收率产品纯度高于规定值不仅增加能耗，而且不一定能提高产品产量产品纯度低于规定值则产品不合格，产品产量同样下降2.精馏塔的控制目标约束条件l气相速度限。精馏塔上升蒸汽速度的最大限值。上升蒸汽速度过高，造成雾沫夹带，出现液泛现象l最小气相速度限。精馏塔上升蒸汽速度的最小限值。上升蒸汽速度过低时，上升蒸汽不能托起上层的液相，造成漏液，使板效率下降l操作压力限。精馏塔最大操作压力限制。精馏塔的操作压力过大，影响塔内的气液平衡，超过这个压力，塔的安全操作无保障l临界温度限。再沸器和冷凝器都有临界温度限的约束u再沸器两侧温差低于临界温度限，其给热系数急剧下降，传热量下降u为保证合适的回流温度，冷凝器冷却温度不能过低3.精馏塔的扰动分析3.精馏塔的扰动分析主要扰动：进料流量F 进料成分zF操纵变量：塔顶馏出液采出量D 塔釜采出量B 回流量LR 再沸器加热蒸汽流量VS 冷却剂流量QC小 节精馏过程目的、实质和分类精馏过程设备和特点精馏塔控制目标-精馏塔扰动分析