精馏塔控制方案设计安徽理工大学课程设计（论文）任务书机械工程学院过控教研室学号学生姓名专业（班级）过控09-2班设计题目精馏塔控制方案设计设计技术参数精馏塔控制系统的设计本课程设计为加压精镏操作，原料液为脱丙烷塔塔釜的混合液14056kg/h，分离后镏出液为高纯度的C4产品，釜液主要是C5以上组分。
87.8摄氏度的原料液从精镏塔的第16块塔板（全塔共32块塔板）进料，塔顶蒸气经全凝器冷凝为液体后进入回流罐，回流罐内的液体由泵抽出(液位要求为54.2%)，一部分作为回流液送回精镏塔第32块塔板，另一部分作为产品送出(6707kg/h)。
塔釜中液体的一部分经再沸器后回精镏塔，另一部分作为塔底采出产品(7349kg/h)。
再沸器由加热蒸气加热。
灵敏板温度要求保持为89.3摄氏度,塔釜温度要求为109摄氏度,液位要求为98%,另工艺中FA414要求液位保持为88%。
另附精镏塔工艺流程图。
设计要求1. 到图书馆查找相关资料，对被控对象进行分析，确定系统控制结构方案，完成控制系统原理方框图。
2. 画精馏塔带控制点的工艺流程图。
3.仪表选型，根据有关仪表目录或网站的仪表性能参数,进行仪表选型。
4. 精馏塔控制系统调节器参数的整定。
5. 编写设计说明书：（1）提出控制系统的基本任务和要求。
（2）被控对象动态特性分析。
（3）选择控制系统控制结构，画控制原理方框图。
（4）精馏塔带控制点的工艺流程图。
（5）控制器参数整定。
（6）编制出控制设备表或仪表数据表等有关仪表信息的设计文件。
(7) 设计总结。
年月日安徽理工大学毕业设计（论文）成绩评定表工艺流程图课程设计说明书精馏塔控制方案设计DESIGN OF THE COLUMN CONTROL SCHEME学院：机械工程学院专业班级：过控09—2学号：学生姓名：指导教师：讲师2012年6月28日精馏塔控制方案设计摘要脱丙烷塔的主要任务是利用混合液中各组分挥发度的不同分离丙烷和丁二烯组分，并达到规定的纯度要求。
塔顶轻组分主要是丙烷，塔低重组分主要是丁二烯。
本文主要围绕选脱丙烷塔为研究对象，在分析其工艺流程和系统构成的基础上，结合实际系统，进行了压力、温度、液位、和流量等影响因素方面的控制系统设计，详细设计了精馏过程的控制方案,包括单回路控制、串级控制、分程控制等。
使精馏塔控制系统达到工业生产的要求。
关键词：脱丙烷塔，单回路控制系统，串级控制，分程控制DESIGN OF THE COLUMN CONTROL SCHEMEABSTRACTThe depropanizer tower 's main task is to use the mixture of volatile components in different degrees of separation of propane and butadiene components, and achieves the designated purity requirements. Top light component is mainly propane tower, low recombination is mainly butadiene.This paper, focusing on choose butanol tower as the research object, the analysis of the process flow and system components on the basis of the practical system, the temperature, flow, liquid level, and stress factors as the control system design, detailed design the distillation process control plan, including cascade control, process control points. Make the column to industrial control system of production requirements. Keywords: Distillation. Control system. Cascade control. Process control points目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1 控制系统的基本任务和要求 (1)1.1 控制系统的基本任务 (1)1.2 控制系统的要求 (1)2 被控对象动态特性分析 (2)2.1动态方程的建立 (2)2.2 动态影响分析 (2)3 控制系统设计与控制系统方框图 (4)3.1精馏塔塔顶压力分程控制系统 (4)3.2精馏塔塔釜温度与蒸汽流量组成串级控制 (5)3.3再沸器温度控制 (6)3.4 回流罐液位单回路控制系统 (7)3.5 塔釜液位单回路控制系统 (7)3.6冷却水缓冲罐液位控制系统 (8)3.7精馏塔流量控制系统 (9)3.8精馏过程总体控制系统 (9)4 精馏塔带控制点的工艺流程图 (12)5 控制器参数整定 (13)5.1 控制规律的选择 (13)5.2 调节器器和调节阀的正反作用选择 (13)5.2.1 调节阀的正反作用选择 (13)5.2.2 调节器器正反作用选择 (14)5.3 参数整定 (15)5.3.1 调节器的参数整定的方法 (15)5.3.2 调节器的参数整定的步骤 (16)6 仪表选型 (16)6.1 测控仪表选型 (16)6.1.1压力变送器 (17)6.1.2温度测量仪表 (18)6.1.3液位测量仪表 (19)6.1.4流量传感器 (20)6.2执行机构选型 (21)结论 (23)参考文献 (24)致谢 (25)1 控制系统的基本任务和要求1.1控制系统的基本任务脱丙烷塔的主要任务是利用混合液中各组分挥发度的不同分离丙烷和丁二烯组分，并达到规定的纯度要求。
塔顶轻组分主要是丙烷，塔低重组分主要是丁二烯。
1.2 控制系统的要求精馏塔的控制目标是：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。
精馏过程是在一定约束条件下进行的。
因此，精馏塔的控制要求可从质量指标、产品产量、能量消耗和约束条件四方面考虑。
1.质量指标精馏塔的质量指标是指塔顶或塔底产品的纯度。
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。
所谓产品的纯度，就二元精馏来说，其质量指标是指塔顶产品中轻组分含量和塔底产品中重组分含量，产品组分含量并非越纯越好，原因是，纯度越高，对控制系统的偏离度要求就越高，操作成本的提高和产品的价格并不成比例增加，因此纯度要求应与使用要求适应。
2. 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。
3.能量平衡和经济平衡性指标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。
4．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。
2 被控对象动态特性分析2.1动态方程的建立精馏塔是一个多变量、时变、非线性对象。
对其动态特性的研究，人们已经做了不少工作。
要建立整塔的动态方程，首先要对精馏塔的各部分：精馏段、提留段各塔板，进料板，塔顶冷凝器，回流罐，塔釜、再沸器等分别建立各自得动态方程。
以图2-1所示二元精馏塔第j 块塔板为例说明如何建立单板动态方程。
总物料平衡：dtdM V V L L j j j j j =-+--+11 （2-1）轻组分平衡：dtx M d y V y V x L x L j j j j j j j j j j ][1111=-+---++（2-2）式中:L 表示回流量，下标指回流液来自哪块板；V 表示上升蒸汽量，下标指来自哪一块板的上升蒸汽；M 指液相的蓄存量；y x 、分别指液相和气相中轻组分的含量，同样下标指回流液及上升蒸汽来自哪块塔板。
由于各部分的动态方程。
可整理得到整塔的动态方程组。
对于整个精馏塔来说是一个多容量的，相互交叉连接的复杂过程，要整理出整塔的传递函数是相当复杂的。
2.2 动态影响分析通过上面的讨论，可知精馏塔动态方程的建立是复杂的，尤其建立一个精确而又实用的动态方程更是具有一定的难度。
因此从定性的角度来分析精馏塔的动态影响，对合理设计控制方案有积极的指导意义。
1）上升蒸汽和回流的影响在精馏塔内，由于上升蒸汽只需克服塔板上极薄覆盖的液相阻力，因此上升蒸汽量的变化几秒钟内就可影响到塔顶，也就是说上升蒸汽流量变化的影响是相当快的。
然而由塔板下流的液相有相当大的滞后。
当回流量增加时，必须先使积存在塔板上的液相蓄存量增加，然后在这增加的液体静压柱的作用下，才使离开塔板的液相速度增加，所以对回流量变化的响应存在着滞后。
由此可得出这样的结论：要使塔上的任何一处（除塔顶塔板外）的气液比发生变化，用再沸器的加热量作为控制手段，要比回流量的响应快。
2）组分滞后的影响V和L的变化，引起D x和B x的变化，都是通过每块塔板上组分之间的平衡施加影响的结果。
由于组分要达到静态平衡需要一定的时间，所以尽管V的变化可较快影响到塔顶，但要使塔顶组分浓度D x变化达到一个新的平衡仍要经过不少的时间。
同样D的变化也是一样。
且需花费更多的时间。
组分滞后的影响是由于塔板上的组分要等到影响组分的液相或气相流量稳定较长时间后才能建立平衡。
随着塔板上液相蓄存量的增加，组分滞后增加。
因此塔板数的增加及回流比的增加，均会造成塔板上液相蓄存量的增加，从而导致组分的滞后也增加。
当再沸器加热量Q的增加而引起V的增加，通过改善气、液接触，可以减少组分的滞后。
3）回流罐蓄液量和塔釜蓄液量引起的滞后影响由物料平衡关系可知：在F一定的情况下，改变D和B均能引起D x和B x的变化。
实际上D的变化是通过L的变化（在回流罐液位不变时）才能影响到塔内的气液平衡，从而控制产品的质量D x和B x。
然而，回流罐有一定的蓄液量，从D 变化到L的变化会产生滞后。
同样B的变化也是通过V的变化（在塔釜液位不变时）才能影响到塔内的气液平衡，从而控制产品的质量D x和B x。
塔釜的蓄液量也会使B的变化到V的变化产生滞后，通常塔釜截面积要比回流罐小得多，所以，由于塔釜蓄液量引起的滞后要比回流罐的蓄液量引起的滞后小。
3 控制系统设计与控制系统方框图3.1精馏塔塔顶压力分程控制系统压力点取在丁醇塔塔顶出口管线上。