质量的影响
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物料平衡和内部的物料平衡
总组分与轻组分的物料平衡方程：
F = D ? B FxF = DxD ? BxB
F, xF
V
D = xF ? xB 或 B = xD ? xF
D, xD
F xD ? xB F xD ? xB
结论：对于给定的进料，若D/F和 B, xB V/F保持一定，则该塔的分离结果xD,
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? 精馏过程是一个复杂的传质传热过程。 表现为：过程变量多，被控变量多，可 操纵的变量也多；过程动态和机理复杂 ，例如，非线性、时变、关联；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。因此，熟悉工艺过程和内在特性， 对控制系统的设计十分重要。
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精馏塔产品纯度、产品回收率 和能耗之间的相互关系
120
*100% 率
100 80
收 回
60
品 产
40
20
0
V
=2 F
4
68
80 90 95 98 99 99.5 99.8
产品纯度*100%
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；
f
V (
)
F
V = ? ln s
F
V F
=?
ln xD (1 ? xB ) xB (1 ? xD )
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结论
? XB、 XD可采用D/F 或B/F来控制 ?当ZF 一定时，如V/F和 B/F(或D/F)一定
，则XB和XD 也就确定 ?当 ZF变化时， ZF ↑，则XB和XD↑，可用
增加D/F(或减小B/F)来补偿
? 分离度S一定时，调节D/F或B/F可控制XB 和XD，两者有关联
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精馏塔的内部物料平衡
1、质量指标 2、产品产量 3、能量消耗 4、约束条件
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质量指标
精馏塔的质量指标指塔顶或塔底产品的纯度
二元精馏质量指标指塔顶产品中轻组分含量和 塔底产品中重组分含量。
多元精馏则以关键组分的含量来表示。关键 组分是指对产品质量影响较大的组分。
产品组分含量并非越纯越好，
要保证精馏塔产品质量、产品产量的同时， 考虑降低能量的消耗，使能量平衡，实现较好 的经济性。
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约束条件
?精馏过程是复杂传质传热过程。为了满足稳定 和安 全操作的要求，对精馏塔操作参数有一定 的约束条件
?气相速度限，出现液泛现象。 ?最小气相速度限，造成漏液。 ?操作压力限。 ?临界温度限
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精馏塔的控制分析
精馏过程通过精馏塔
冷凝器
、再沸器、冷凝器等设 塔顶产品
备完成。再沸器为混合
物液相中轻组分的转移 原料
精
回流罐
提供能量；冷凝器将塔
馏 塔
顶来的上升蒸气冷凝为
回流泵
液相，并提供精馏所需
的回流。精馏塔是实现
再 沸
混合物组分分离的主要
器
设备。塔Βιβλιοθήκη 产品精馏塔的控制2018/10/11
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精馏工艺
? 精馏过程的实质是利用混合物中各组分 具有不同的挥发度，实现组分的分离。
? 按组分(二元精馏和多元精馏)； ? 按挥发度分(一般精馏和特殊精馏); ? 按结构分(板式塔、填料塔)。 ? 按操作的连续性分类(连续精馏和间歇精
馏)。
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若能耗一定，随着产品纯度提高，回收率迅速下降；
若产品纯度一定，在一定范围内随着能耗提高，回收率也明显提 高；到一定程度后，增加能耗的效果就不显著了。
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精馏塔产品纯度、产品回收率
和能耗之间的相互关系
120
*100% 率
100 80
收 回
60
品 产
40
20
0
V
=2 F
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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；
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精馏塔的控制要求
控制目标：在保证产品质量合格的前提下， 使塔的回收率最高、能耗最低，即使总收 益最大，成本最小。
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精馏塔的扰动分析
?进料流量和进料成分 ?进料温度或进料热焓 ?再沸器加热蒸汽压力 ?冷却水压力和温度 ?环境温度
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精馏塔的扰动分析
?进料流量：可测不可控，基本恒定，采用均匀或
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物料平衡控制
进出物料平衡，即塔顶、塔底采出量应和进 料量相平衡，维持塔的正常平稳操作，以及上 下工序的协调工作。物料平衡的控制是以冷凝 罐（回流罐）与塔釜液位一定（介于规定的上 、下限之间）为目标的。
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能量平衡和经济平衡性指标
xB就完全确定。
D F 和 B F 是影响 xD 、xB 的关键因素 ZF 是通过 D F 和 B F 影响组分变化
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能量平衡
? 分离度
s = xD (1 ? xB ) xB (1 ? xD )
影响分离度的因素： s=f(α,n,V/F,ZF,E,nF)
s?
4
68
80 90 95 98 99 99.5 99.8
产品纯度*100%
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；
若能耗一定，随着产品纯度提高，回收率迅速下降；
若产品纯度一定，在一定范围内随着能耗提高，回收率也明显提 高；到一定程度后，增加能耗的效果就不显著了。
前馈控制
?进料成分：不可控和难测量，外围控制使不变
?进料温度：一般可测可控，不控制或进料热焓控
制
?再沸器加热蒸汽压力：一般可控可测，定值或串
级控制
?冷却水压力和温度：塔压定值或浮动塔压控 ?环境温度：不控制或内回流控制
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精馏塔的静态特性
?物料平衡和内部的物料平衡 ?能量平衡 ?进料浓度Zf和进料流量 F对产品