过程控制 9 精馏塔控制ppt课件.ppt
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1、第九章,精馏塔控制,内 容,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复杂控制方案讨论,精馏塔控制思考题,1、掌握简单精馏塔的控制问题与分解方法;2、掌握精馏塔的静态特性;3、了解精馏塔对象中操作变量对主要被控变量的动态影响程度与速度;4、针对塔顶、塔底产品质量不同的要求,掌握基本控制系统的分析与设计方法;5、了解精馏塔的复杂控制与先进控制方法。,连续精馏装置的工艺流程,图9-1 连续精馏装置流程,工艺简介,精馏过程-将组分复杂的混合物通过传热、传质分离成纯度相对较高的单一化工产品的过程,原理-利用混合物中各组分相对挥发度不同,在一定的温度、压力下通过蒸发
2、与冷凝,使液相中的轻组分和气相中的重组分互相转移,从而实现分离。,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;塔顶需要冷却使塔顶组分冷凝;,连续精馏装置的工艺流程,质量指标:塔顶或塔底产品之一应达到规定的纯度。另一产品组 成也应在要求范围之内。多元精馏的关键组份含量来 描述质量指标。物料能量平衡:塔顶、底产品平均采出量之和应等于平均进料 量。负荷变化力求平稳缓慢,影响物料平衡的 因素应控制稳定。约束条件:塔的正常操作必须满足一定约束条件,如最大处理量 下产品质量好,产量高,能耗小。确定目标函数使收 效最大,能耗
3、最小。对塔最大气速操作压力,加热 温差、冷却温差等都有限制。独立变量:精馏过程的变量数Nv多于描述该过程的方程数Ne, 两者之差为独立变量个数:NtNvNe,精馏过程的控制要求,连续精馏装置的控制要求,精馏塔的静态特性,总与轻组分的物料平衡方程:,能耗与分离度S的关系:,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。,精馏塔产品纯度、产品回收率和能耗之间的相互关系,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
4、内能耗指标越高,其回收率越高。,精馏塔的动态特性,总物料平衡:,轻组分平衡:,精馏塔操作的主要影响因素,塔压波动 P进料量波动 F进料组成波动 Fx进料温度或状态 Fz再沸器加热量 Qs冷凝器冷却量 Qc塔顶采出量波动 D塔底采出量波动 B,塔压波动的影响,精馏操作一定要保持P恒定。因P与汽液平衡关系密切。塔压稳定能保证分离的经济性和高纯度。P波动汽液平衡破坏,塔操作不良,进而影响物料平衡。P入不敷出。P物料积累。用温度作间接被控变量,压力必须稳定。P恒定,tx图才能具有单值关系,才能以T代替成份控制。,精馏塔操作的主要影响因素,进料波动的影响,设P、Qs、LR不变,分几种情况讨论:a:液相进
5、料 进料F提馏段L2T2塔底产品xBB 塔内上升蒸汽v1 v2轻组份同时,总上升蒸汽量T1xD所以,液相进料,F时整个塔T由于提馏段最先感受进料的波动,测温元件应放在提馏段,液相进料带入热量少,塔操作需较多的Qs通常以控制加热量为调节系数,构成系统调节通道短,滞后小,动态性能好。,精馏塔操作的主要影响因素,b. 全部气相进料,FV1DR(R=L/P)T1yD(塔顶重组份)L1、L2中重组份T2B中yB气相进料F先影响T1然后导致整个塔的TyDyB气相采用精馏温度控制,测温元件在精馏段,调节手段为改变回流量。,c. 汽液二相混合进料F(汽相)V1T1yDXD (液相) L2T2yBXBF会使全塔
6、T1 ( XD , yD ),T2 ( XB , yB )对全塔带来了相反:严重影响视汽液比等因素定方案。,精馏塔操作的主要影响因素,3. 进料组成波动,Qs、L恒定时,Fx(进料中轻组份)T1T2xDxB全塔T塔顶底产品轻组份含量都会增加。当Fy过程相反。FyT1T2xDxB*当进料中混有比轻组份更轻的介质时,杂质的微小变化会显著影响塔顶温度,进而影响Tx关系,会使温度点设在塔顶的温控系统失调。轻杂质塔顶TLRyD,精馏塔操作的主要影响因素,4.进料温度波动的影响,Ft xB 这远大于再沸器的影响。,5. 塔的气速和热量波动,塔的蒸汽速度关系到经济性与效率,空塔速度大,传质效率高。实际板数组
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