TS
16
TR LD LB
TS
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29
两端质量指标控制之方案十三
PC
该方案在应用前应先
分析两个质量回路的
相关性：
F
TC
QH
TC
精 馏
L
塔
LC
B
LC
（1）若相互耦合不严重，
则可通过调节器参数的整
D
定，使相关回路的工作频
率拉开以减少关联；
（2）若耦合严重，则要
考虑采用解耦控制。
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精馏塔设备的控制
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1
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
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连续精馏装置的工艺流程
原料 精 馏 塔
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冷凝器
回流罐
塔顶产品
回流泵
再 沸 器
塔底产品
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。
31
精馏塔的其他控制方案
进料热焓控制， 以克服进料温度与进料状态对产品质量的影响；
进料前馈反馈控制， 以适应进料量的变化，并提高控制质量；
浮动塔压控制：尽可能降低塔压，以节约能耗；但应 相应改变灵敏板温度控制的设定，以保证产品合格。
产品质量指标的“卡边”控制： 关键技术：在线分析仪 (软测量仪) + 先进控制系统
塔底液位
LB
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精馏塔质量指标的选取
直接质量指标
（1）产品质量在线分析仪 / 软测量仪
间接质量指标
（1）灵敏板温度，与塔顶/塔底温度相比，可提 高温度变化的灵敏度（对于同样的浓度变化）；
（2）温差信息，与灵敏板温度相比，可减弱压力 波动对温度的影响；
（3）双温差信息，可用于精馏塔的适宜分离度控 制，即使塔顶/塔底产品纯度均适中。(参照板、灵 敏板，可以减弱操作点变化对温度的影响
5
精馏塔产品纯度、产品回收率 和能耗之间的相互关系
120
产品回收率*100%
100 80
V 2 F
4
68
60
40
20
0
80 90 95 98 99 99.5 99.8
产品纯度*100%
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精馏塔的静态特性
F, xF
V
总组分与轻组分的物料平衡方程：
F D B FxF DxD BxB
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；
3
精馏塔的控制目标
安全
平稳操作
产品质量:
产品质量应该控制到刚好满足规格要求。高质量 不会增加售价，却会增加能耗降低产量。
对于仅有塔顶、塔底出料的简单精馏塔，其质量指 标可用塔顶与塔底料中关键组分的纯度来表示。
LC
FC
TC
F
精 馏
塔
L
D
LC
FC
QH
B
塔顶温度回路和塔底液位回路之间存在着较严重的关
联，多为负相关，不使用。
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一端产品质量控制：塔底质量
被控变量：TS, LD, LB (即只对塔底产品质量指标进行
控制，对塔顶产品质量指标不作严格要求)
D
L
B QH?
¿
W
精
LD
馏
塔
TS
LB
方案 操纵变量 D L
B, xB
VS y j LS x j1 BxB
改变精馏塔的回流和上升气体流量会改变每块塔板上的
浓度，最终导致产品浓度的改变
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影响精馏过程的主要因素为：
➢ 进料量、进料浓度、进料温度和状态 ➢ 再沸器加热量 ➢ 冷凝器冷却量 ➢ 回流量 ➢ 塔顶采出量 ➢ 塔底采出量 ➢ 塔压
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。
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PC
FC
F
精 馏
塔
FC
QH
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LC FC
L
D
•对冷凝器和再沸器的操作波动
LC
无自动补偿作用
B 对产品的质量控制较弱 18
物料平衡控制方案之方案二
PC
FC
F
精 馏
塔
FC
QH
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LC
L
LC
B
当D＜＜B时采用
1、如果对B自控，
B的小波动会造成D
FC
的大波动
2、小流量控制液
位太慢
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10
动态影响分析
▪上升蒸汽和回流的影响
——除了顶部塔板外，再沸器加热量对汽液比的影响比回流 量快
▪组分滞后的影响
——组分滞后随着塔板上液相蓄存量和塔板数的增加而增加
▪回流罐蓄液量和塔釜液量引起的滞后影响
——回流罐和塔釜液位必须保持一定，否则会影响控制品质
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11
精馏塔的控制问题
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前馈反馈控制系统
TC
×
F
FC × TC
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FC D
B
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方案 操纵变量 D L QH B
1
L D L QH LB
2
D
受控变量
LD QH LB
3
L D L LB B
4
D L D LB B
备注 对产品的质量控制较弱
当D＜＜B时采用 当B＜＜D时采用
不可用
方案4中，D和B不可同时作为受 控变量——否则F就由D和B来决
定了；
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物料平衡控制方案之方案一
D
Hale Waihona Puke 19物料平衡控制方案之方案三
PC
当B＜＜D时采用
FC
F
精 馏
塔
LC
QH
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LC FC
L
D
•回流L对塔压P的影响较小，回 FC 流罐液位回路和压力控制回路间
B 的相关影响较小；
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一端产品质量控制：塔顶质量
被控变量：TR, LD, LB (即只对塔顶产品质量指标进行
控制，对塔底产品质量指标不作严格要求)
产品回收率
经济效益
在保证产品质量的前提下，尽可能提高产品的回收 率并设法降低装置的能耗。
能耗：再沸器加热量、冷凝器冷凝量、塔及其附
属设备的能量损耗
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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
产品回收率*100%
120
100
V 2
80 F
4
68
60
40
20
0 80 90 95 98 99 99.5 99.8
9
LD L
10 受控变量 LD L
11
D LD
12
D LD
QH B TS LB LB TS TS LB LB TS
•方案12不采用，原因同方案8
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•方案11不推荐，原因同方案7
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一个产品质量控制之方案九
PC
FC
F
精 馏
塔
TC
QH
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FC
L
LC
B
采用再沸器加热 量控制温度，动 LC 态响应快，反应 迅速。
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精馏塔两端质量指标控制问题
目的：为了使操作成本特别是能耗减少
W
D L QH B
D
TR
LD
××
L
精 馏
LD
TR
××
B QH
塔
TS × ×
TS LB
LB × ×
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两端质量指标控制方案
方案 控制变量 D L QH B
13
LD TR TS
LB
14
TR LD TS
LB
受控变量
15
LD TR LB
30
两端质量指标控制之方案十四
根据精馏塔静态特性有：
TR
LC
TC
B xD xF
F xD xB
F
TC
TS
L
V
QH
B
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D
V F
ln S
ln
xD xB
(1 (1
xB xD
) )
则可求出相对增益：
xD ,D
xB ,V
1
1 xD z f xB 1 xB
z f xB xD 1 xD
FC
精
馏
F
塔
FC
QH
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LC
L
LC
B
TC D
一种物料平衡控制方 案。实质是通过D的变 化使LD改变，从而在 LD的液位控制作用下使 L变化。因此温度回路 滞后较大。
回流量较大时控制D较 灵敏。当产品质量不 合格时，可采取全回 流保证产品质量。
再沸器加热量也要保 持较高的值。
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一个产品质量控制之方案七
外部扰动 (进料的流量,组成与温度等)
操作变量/控制变量