爱华网掌握要点及要求
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
6.1概述
6.1.1精馏塔控制要求及影响因素
1.操作要求
(1)产品质量指标
塔顶或塔底产品之一保证合乎规定的纯度要求，而另一个产品维持在某一规定的范围内。
例：乙烯精馏塔，要求塔顶乙烯的纯度为99。90%
CH4=0。010
C2H4=99。9038
C2H6=0。0855 塔底C2H693。18%
2.料平衡
（1）馏出液和备液的平均采出量之和应等于平均进料量，而且缓慢变化。
（2）塔内及塔顶、塔底容器的蓄热量应介于规定的上下限之间
（3）保证高产优质，低消耗，如为保证塔顶产品纯度加大回流，但有消耗大量的蒸汽，物料平衡一般采用均匀、比值控制系统。
3．束条件：
（1）塔内蒸汽速度既不能过高，也不能过低，过高引起液泛，过低塔板效率低。
（2）对再沸器的加热温差，加热蒸汽冷凝量和冷凝器冷却温差都有一定限制。9不能超过临界温差）
临界温差：由核状沸腾转为膜状沸腾时的温差，单位时间，单位面积内所传递热量称为临界热负荷
液体在管外大容积内沸腾，膜系数与温差关系：
随着温度差增加，汽化核数和气泡长大速率也增加，以致大量的气泡在加热表面层集合，形成蒸汽膜，热量必须通过此膜传递到液体当中去，由于蒸汽导热系数小，从而传热困难，以至膜系数下降。
工业生产一般维持在核状沸腾区操作，超过该区，进入膜状沸腾回烧坏传热管
4、影响塔操作的干扰因素：
（1）塔压波动 （2）进料量F （3）进料成分Ef （4）进料温度Tf
（5）进料状态 ①气相 ② 液相 ③汽/液混合
（6）热剂或蒸汽 Ps、Gs （7）汽剂或进口温度Gw、Tw（8）环境温度
6.1.2精馏塔各干扰因素的分析及调节手段的确定
1.塔压波动对操作影响及调节方法
(1)塔压波动对操作影响
（1）塔压波动影响汽液平衡
（2）塔压波动影响物料平衡 P↑→F↓ P↑→D↑
（3）增加波动破坏X-T关系，压力低，沸点低
(2)影响压力波动因素
(3)控制塔压办法：
塔压控制方法通常根据塔动作情况，可分为：常压塔、减压塔和加压塔分别控制。
塔压根据物料性质及传热设备价格，耐压操作费用等选择，如高温操作，易发生裂解、聚合，必须采用低压，低压下是气体的必须加压
①减压塔控制 一般用蒸汽喷射泵抽真空，为防止蒸汽压力波动在蒸汽管线上设置一个压力系统 P真空度=Pi-P饱 P饱=P大-P表
②加压塔 一般沸点低的气体必须加压，提高沸点，如原油裂解中，大部分为气体，如脱甲烷塔压在-100°c时，35P才能把CH4和H2分离
根据冷凝性气体多少对加压塔有如下控制方案
a、含大量不凝性气体
1）调节阀安装在回流缸的放空管线上 特点：调节及时，滞后小应用：冷凝器阻力不大
2）检测点在塔顶，阀安装在回流缸的放空管线上
应用：①塔负荷进料不稳定
②再沸器加热体压波动大Ps
③回液罐压力不能代替塔压力
3）调节阀安装在汽相管线上，应用：去往下道工序
a) 检测点在塔顶 b) 检测点在回流缸的放空管线上 c) 调节阀安装在汽相管线上
b、含少量不凝性气体
动作过程：塔压靠改变冷凝率的方法。随时间的增加，不凝性气体增加，在冷凝器中积蓄遮盖了冷凝面积使冷凝率降低。只有在压力不能回设定值时才打开B阀
应用：①不凝性气体小于2%
②预计产生一部分干气
a) 含少量不凝性气体 b) 全部为冷凝液 c) 含定时不凝性气体
C.塔顶气体全部为冷凝液或只含微量不凝性气体
d、含定时不凝性气体 控制冷剂保证 一定，保证回流比一定。
应用：
①气相采出 ② 少量不凝性气体
2进料量的波动
进料量多少直接影响塔的①生产能力 ② 分离纯度 ③最终影响产品质量
下面分：液相、汽相和汽液混合进料等进行分析
(1)液相进料
分析：①在P、Gs、Lr一定
②由于液相进料：全塔温度降低。造成 XD↑.XB↑增加；D↑增加。
调节手段：①必须增加热量
②恢复原温度 i）改变Lr↓
ii）改变Vs=Gs↑（再沸器）
特点：①控制通道短，滞后小 ②检测元件安装在提馏段
过程：△F↑→K↑→△Gs↑→△Vs↑→T2↑
a汽相进料
分析：△F=△V1 ，全塔温度升高。
调节手段：必须加大回流Lr↑
①改变回流量
②检测元件安装在精馏段
特点：①精馏段最先感受△T 变化
②通道短，滞后小
③检测元件安装在精馏段
c、汽液混合进料：
分析：具备以上两种情况，具体问题具体分析。
调节手段
根据具体情况而定
3.料组份的变化（轻组份增加） If：轻细份
分析：Zf↑→t1↓（Xd↑→D↓→R↑）→Xd↑
结论：Zf上升造成Xd、Xb增加
调节手段：
①塔顶部：Zf↑→t1↓→Xd↑→D↓
调节：希望D↑→L/D↓→t1↑→Xd↓→D↑
（相反为负值）
②塔底部：t2↓→t2↑→XB↑→B↑
调节： Vs↑→t2↑→XB↓→B↓
总结：Zf↑=→LR↓+VS↑→D↓
4.进料温度变化
分析：（设Vs和Lr不变）
Tf↓→全塔温度降低→XB↑→Xd↑
调节手段：
①顶调节LR
②塔底调节VS
常用控制方案
①在进料前段没有温度控制
②设温度前馈控制
③热焓控制
④一般中间进料（连续）比较稳定
5.再沸器压力控制
分析：
塔的效率是在一定蒸汽速度下设计的，因此为一定值。
调节手段:恒定压力、流量
6.冷剂压力和温度
分析：
冷剂压力和温度直接影响回流温度，影响塔顶XD质量。
调节手段：①组成冷剂压力、温度控制
②组成内回流控制
6.2 塔常用控制方案
6.2.1精馏塔主要变量分析
1. 精馏塔主要变量
(1)受控变量：Xd，Xb，P塔，L塔釜，L回流缸
(2)操纵变量： D、Lr、Vs、Qc（Wc）、B
2、控制的出发点：
（1）精馏塔是一个多变量、复杂对象，影响因素（可控、不可控）
①可控不能全控—影响投资
②不可控影响质量
结论：①全部干扰不可能在入塔之前全部克服，影响Xd，Xb
②为保证Xd，Xb必须组成一个保证质量的系统
出发点：1）把主要干扰按物料平衡关系，实现定值，尽可能克服入塔之前：F、Tf、Ps、Pc等。 2）对产品质量实现质量控制
通过前面分析可知：
无论F;Tf;Zf;Xf影响Xd;Xb,均可以用改变Vs;Lr进行补偿。
(操纵变量：Vs、Lr、D、B)
6.2.2常用控制方案
1.按物料平衡关系控制精馏塔
(1)思路：固定回流量Lr和蒸汽量Vs
当进料F及热量一定时，Lr、Vs固定，B、D也一定
①为使Vs恒定，对再沸器进行调节
②为使Lr恒定，对回流量进行调节
③为物料平衡，对D、B通过液位进行调节
④为克服干扰，对F进行调节
*如D、B送下一道工序采用均匀控制;如进料不能控制可采用比值调节
(2)应用场合：1）产品质量要求不高 2）干扰不多 3）应用场合少
(3)特点：简单，如脱甲烷塔
a) 按物料平衡关系控制精馏塔 b) 精馏段指标控制
2.质量指标控制
(1)精馏段指标控制
!)结构：
2)特点：①及时克服进入精馏段干扰
②回流量变化影响塔压操作。为平稳调节器选用PI ， %大一些，I长一些
③直接反应塔顶产品
④由于定值控制Vs必须保证最大负荷进料F的热量在小负荷时造成浪费
3)应用场合： 1）塔顶要求纯度高
2）全部为汽相进料
3）当塔底或精馏段不能反映t-x变化，或塔重组成分杂质太多影响X-t变化
2.提馏段温度控制
1)结构
a) 提馏段温度控制
2)特点：①对克服进入提馏段干扰特别快
②直接反映塔底指标Xb
③由固定回流Lr很大，浪费能量
④恒定回流，对塔板汽、液平衡影响小，塔操作平稳，压力易控制。
3.精馏塔其他类型
a精馏塔温控
1）结构
2）应用场合
（1）回流比很大（）10）
（2）塔顶要求严格，不合格且断流出物。
a) 精馏塔温控 b) 提馏段温度控制
b．提馏段温度控制
1）结构
2）原理 采用交叉调解。
3）应用场合：塔底纯度要求高；采出量小。
c3. 两端质量指标控制
1) 结构
2）应用
（1）塔顶、塔底要求不太严格；
(2)互耦合不严重，则可通过调节器参数的整定，使相关回路的工作频率拉开以减少关联；
