精馏塔塔釜温度控制系统的设计课程设计论文

本科生课程设计（论文）

第2章 课程设计的方案

2.1基本原理

影响精馏塔塔釜温度的因素是多方面的，而精馏塔塔釜是在一定物料平衡和能量平衡的基础上进行操作的，因此，分析塔釜的物料和能量平衡对制定塔釜温度控制策略至关重要。

2.1.1 物料平衡关系

对精馏塔塔釜内任一塔板J做物料平衡计算，其组分的物料平衡关系为： VSYJ?LSX?1J?B X （2-1）

式中，VS表示各层塔板的上升蒸汽量，YJ为塔板j上气相的轻组分浓度，LS为塔釜内下流液体的流量，XJ?1是从J-1塔板流下的液相中轻组分浓度，B为塔釜采出量，X为塔釜采出物轻组分的浓度。

2.1.2 能量平衡关系

在稳态时，进入塔釜的所有能量必然与离开塔的能量相平衡，表示为：

B H QH?FHF?Q （2-2） C?DHD?B式中，F、D、B分别表示进料量、塔顶采集量和塔釜采出量，QH为再沸器加热量，QC为冷凝器冷却量，HF、HD、HB分别为进料、塔顶和塔釜产品的热焓。从平衡方程并结合精馏塔工艺特点，影响能量平衡的因素为：进料量、进料浓度、进料温度、再沸器加热量、塔釜出料流量等。

2.2 方案选择及框图设计

精馏塔温度控制系统复杂多样，根据不同的控制要求，控制方案有多种。 方案一：精馏塔塔釜温度的前馈控制系统

在再沸器中，用蒸汽加热塔釜液产生蒸汽，然后在塔釜中与下降物料进行传热传质。为了保证生产过程顺利进行，需要保持塔釜温度恒定。为此在蒸汽管道上设计一个电磁调节阀，用它来控制蒸汽的流量。假设蒸汽流量变化较大且频繁，可将蒸汽流量作为测量信号。当蒸汽流量增加时，塔釜内的温度上升，温度传感

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器检测到塔釜温度上升，将采集的信息传入控制器和设定值作比较，前馈控制器经过分析与处理，将控制信息发送给电磁调节阀，通过控制蒸汽的流量来调整精馏塔塔釜的温度 ，扰动发生时，就有前馈控制的输出，因此，对扰动引起的动、静态偏差有及时的校正作用。如果前馈控制器的控制规律合适，可保持塔釜内温度恒定。前馈控制系统节点图如图2.1，系统框图如图2.2。

图2.1 前馈控制系统节点图

图2.2 前馈控制系统框图

方案二：精馏塔塔釜温度的反馈控制系统

控制精馏塔塔釜温度还可以通过控制釜底物料流量来实现，当蒸汽流量变化、釜底出料口流量或蒸汽压力变化时，这些扰动就会影响精馏塔塔釜的温度，通过反馈控制系统中检测变送环节检测出口的压力测量值，它与设定温度比较的偏差

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经反馈控制器运算后输出信号，改变阀的开度，使精馏塔塔釜温度回复到设定值,可克服进入闭环的各种扰动影响。只有扰动引起被控变量产生偏差后才起作用，因此，控制器的作用总是落后于扰动的发生，控制不及时。反馈控制系统节点图如图2.3，系统框图如图2.4。

图2.3 反馈控制系统节点图

图2.4 反馈控制系统框图

方案三：精馏塔塔釜温度的串级控制系统

串级控制系统就是两只调节器串联起来，其中一个调节器的输出作为另一个调节器给定值得系统。整个系统包括两个控制回路，主回路和副回路。副回路由副变量检测变送、副调节器、调节阀和副过程构成；主回路由主变量检测变送、主调节器、副调节器、调节阀、副过程和主过程构成。一次扰动：作用在主被控过程上的，而不包括在副回路范围内的扰动。二次扰动：作用在副被控过程上的，即包括在副回路范围内的扰动。为了提高精馏的效率和保证产品的纯度，将塔釜

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的出口流量和精馏塔内的温度构成串级控制，其中温度控制为主回路控制，流量为副回路控制。串级控制回路节点图如图2.5，控制系统结构框图如图2.6。

图2.5 串级控制系统节点图

图2.6 串级控制系统框图

通过实际改造和使用，串级控制系统增加副控制回路，使控制系统性能得到改善，表现在下列方面。

1、抗干扰性强。由于主回路的存在，进入副回路的干扰影响大为减小。同时，由于串级控制系统增加了一个副回路，具有主、副两个调节器，大大提高了调节器的放大系数，从而也就提高了对干扰的克服能力，尤其对于进入副回路的干扰，表现更为突出。

2、及时性好。串级控制对克服容量滞后大的对象特别有效。

3、适应能力强。串级控制系统就其主回路来看，它是一个定值控制系统，但其副回路对主调节器来说，却是一个随动控制系统，主调节器能够根据对象操作条件和负荷的变化情况不断纠正正副调节器的给定值，以适应操作条件和负荷的

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