浙大工業(yè)過程控制16精餾塔控制課件

1、精餾塔設(shè)備的控制戴連奎浙江大學(xué)智能系統(tǒng)與決策研究所7/28/20221課件內(nèi) 容精餾塔的控制目標(biāo)精餾塔的靜態(tài)特性精餾塔質(zhì)量指標(biāo)的選取精餾塔的基本控制方案精餾塔的復(fù)雜控制方案討論7/28/20222課件精餾塔控制思考題1、掌握簡單精餾塔的控制問題與分解方法；2、掌握精餾塔的靜態(tài)特性；3、了解精餾塔對象中操作變量對主要被控變量的動態(tài)影響程度與速度；4、針對塔頂、塔底產(chǎn)品質(zhì)量不同的要求，掌握基本控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計方法；5、了解精餾塔的復(fù)雜控制與先進控制方法。7/28/20223課件連續(xù)精餾裝置的工藝流程操作目的：通過反復(fù)的部分汽化與部分冷凝，將混合液中沸點不同的各組分分離成產(chǎn)品。操作代價：消耗能量

2、，塔底需要加熱使塔底液部分汽化；塔底需要冷卻使塔頂組分冷凝；7/28/20224課件精餾塔的控制目標(biāo)質(zhì)量指標(biāo)對于僅有塔頂、塔底出料的簡單精餾塔，其質(zhì)量指標(biāo)可用塔頂與塔底料中關(guān)鍵組分的純度來表示。產(chǎn)品產(chǎn)量和能量消耗在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，盡可能提高產(chǎn)品的產(chǎn)品并設(shè)法降低裝置的能耗。7/28/20225課件精餾塔產(chǎn)品純度、產(chǎn)品回收率和能耗之間的相互關(guān)系產(chǎn)品回收率：進料中每單位產(chǎn)品組分所能得到的可售產(chǎn)品的數(shù)量；能耗指標(biāo)：用單位進料的塔底上升蒸氣量V/F來表示；定性規(guī)律：若能耗指標(biāo)一定，產(chǎn)品純度越高，其回收率越低；若產(chǎn)品純度一定，在一定范圍內(nèi)能耗指標(biāo)越高，其回收率越高。7/28/20226課件精餾塔的靜

3、態(tài)特性總與輕組分的物料平衡方程：能耗與分離度S的關(guān)系：結(jié)論：對于給定的進料，若D/F和V/F保持一定，則該塔的分離結(jié)果xD, xB就完全確定。7/28/20227課件精餾塔的控制問題7/28/20228課件精餾塔質(zhì)量指標(biāo)的選取直接質(zhì)量指標(biāo)（1）產(chǎn)品質(zhì)量在線分析儀 / 軟測量儀間接質(zhì)量指標(biāo)*（1）靈敏板溫度，與塔頂/塔底溫度相比，可提高溫度變化的靈敏度（對于同樣的濃度變化）；（2）溫差信息，與靈敏板溫度相比，可減弱壓力波動對產(chǎn)品質(zhì)量的影響；（3）雙溫差信息，可用于精餾塔的適宜分離度控制，即使塔頂/塔底產(chǎn)品純度均適中。7/28/20229課件精餾塔的壓力控制塔頂汽相采出量 DV 塔壓 P冷凝器冷卻

4、量 QC 塔壓 P7/28/202210課件精餾塔簡化的控制問題* 考慮被控過程的靜態(tài)與動態(tài)特性，結(jié)合就近原則，可將控制問題分解簡化為兩個相對獨立的子系統(tǒng)。7/28/202211課件精餾塔物料平衡控制問題特點：僅保證塔的物料平衡要求，而不對塔頂、塔底產(chǎn)品質(zhì)量作嚴格控制。適應(yīng)場合：（1）對產(chǎn)品質(zhì)量要求不高；（2）處理量與進料性質(zhì)變化不頻繁或變化幅度小。7/28/202212課件物料平衡控制方案之一7/28/202213課件物料平衡控制方案之二7/28/202214課件按精餾段指標(biāo)的控制方案被控變量：TD, LR, LB (即只對塔頂產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)進行控制；而對塔底產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)不作嚴格要求)控制變量

5、：D, R, B (而保持再沸器加熱量V為定值)控制結(jié)構(gòu)（1）方案1：B LB， D LR， R TD；（2）方案2：B LB， R LR， D TD。7/28/202215課件精餾段控制方案之一7/28/202216課件精餾段控制方案之二7/28/202217課件按提餾段指標(biāo)的控制方案被控變量：TB, LB, LR (即只對塔底產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)進行控制；而對塔頂產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)不作嚴格要求)控制變量：V, B, D (而保持回流量R為定值)控制結(jié)構(gòu)（1）方案1：D LR， B LB， V TB；（2）方案2：D LR， V LB， B TB。7/28/202218課件提餾段控制方案之一7/28/20

6、2219課件提餾段控制方案之二7/28/202220課件精餾塔兩端質(zhì)量指標(biāo)控制問題7/28/202221課件兩端質(zhì)量指標(biāo)控制方案7/28/202222課件兩端質(zhì)量指標(biāo)控制方案之一控制方案（1）若相互耦合不嚴重，則可通過調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定，使相關(guān)回路的工作頻率拉開以減少關(guān)聯(lián)；（2）若耦合嚴重，則可考慮靜態(tài)解耦或其他先進控制方法：變結(jié)構(gòu)控制、預(yù)測控制等。7/28/202223課件兩端質(zhì)量指標(biāo)控制方案之二問題：對上述兩種方案進行關(guān)聯(lián)分析、比較7/28/202224課件精餾塔多回路控制系統(tǒng)7/28/202225課件精餾塔解耦控制系統(tǒng)7/28/202226課件精餾塔的其他控制方案進料熱焓控制，以克服進料溫

7、度與進料狀態(tài)對產(chǎn)品質(zhì)量的影響；進料前饋反饋控制，以適應(yīng)進料量的變化，并提高控制質(zhì)量；浮動塔壓控制：盡可能降低塔壓，以節(jié)約能耗；但應(yīng)相應(yīng)改變靈敏板溫度控制的設(shè)定，以保證產(chǎn)品合格。產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)的“卡邊”控制：關(guān)鍵技術(shù)：在線分析儀 (軟測量儀) + 先進控制系統(tǒng)7/28/202227課件前饋反饋控制系統(tǒng)7/28/202228課件練習(xí)題 1某簡單精餾塔如圖所示，要求控制精餾段靈敏溫度TR、回流罐液位LD、塔底液位LB，而可操作變量為回流量L、塔頂產(chǎn)品采出量D、塔底產(chǎn)品采出量B、塔底再沸器加熱量QH 。試針對下列情況為該設(shè)備設(shè)計一個多回路控制系統(tǒng)，盡可能減少各回路之間的關(guān)聯(lián)，并克服進料性質(zhì)與處理量的變化

8、：（1）回流比L/D大于3；（2）塔頂產(chǎn)率D/F大于0.3，而回流比小于1。7/28/202229課件練習(xí)題 2對于左圖所示的二元精餾塔兩端產(chǎn)品質(zhì)量控制系統(tǒng)，若選擇被控變量為 y1 = xD （塔頂產(chǎn)品中輕組份的質(zhì)量濃度），y2 = xB（塔底產(chǎn)品中輕組份的質(zhì)量濃度）；而控制變量為 u1 = L/F，u2 = V/F 。試分析該控制方案中兩個質(zhì)量控制回路之間的靜態(tài)相對增益矩陣。7/28/202230課件練習(xí)題 3精餾塔提餾段靈敏板溫度控制回路很可能引起液。假設(shè)液泛可以用塔底和塔頂壓力之差來表征（壓差太大表示很可能存在液泛）。請在此基礎(chǔ)上設(shè)計一個液泛約束控制系統(tǒng)，以保證正常操作時按提餾段溫度調(diào)節(jié)加熱蒸汽量，而當(dāng)塔出現(xiàn)液泛時則要求調(diào)節(jié)加熱蒸汽量確保不發(fā)生液泛。要求畫出帶控制點的流程圖與對應(yīng)的方塊圖，并選擇調(diào)節(jié)器的正反作用。7/28/202231課件反應(yīng)器控制思考題1、了解化學(xué)反應(yīng)