精馏塔的比值控制系统设计

摘要

在石化工业中，许多原料、中间产品或粗成品往往是由若干组分形成的混合物，需要通过精馏过程进行分离。精馏是利用混合液中不同组分挥发温度的差异将各组分分离的过程。精馏塔是精馏过程的关键设备。统计资料表明，在石化工业中，40%~50%的能量消耗在精馏设备中，精馏塔是过程控制的重要控制对象，一直受到控制领域的关注。

精馏塔由多级塔盘组成，内在工作机理复杂。在精馏过程中，工作参数对控制作用的响应缓慢，不同变量之间存在相互关联，因此，精馏塔是一个多参数的被控过程；不同工艺要求的精馏塔结构不同，工艺参数、变量之间存在多种组合，控制方案繁多；另外，精馏工艺控制要求较高，控制相对困难。只有对生产工艺进行深入分析，才可能控制出合理的控制系统。

本次设计中，通过对合成甲醇精馏过程的模拟，我们具体了解和掌握比值控制系统的工作原理。

关键词：精馏精馏塔多参数控制比值控制合成甲醇精馏

目录

摘要........................................................................ 1. 1精馏塔控制系统介绍 ........................................................ 1.

1.1精馏塔原理.......................................................... 1.

1.2精馏塔的控制要求及主要干扰因素 (1)

1.2.1精馏塔的控制要求 (1)

1.2.2精馏塔的干扰因素特性 (2)

2精馏塔控制方式的选择与论证 ................................................ .3 3比值控制系统 ............................................................ .5..

3.1比值控制系统简介................................................... 5.

3.2比值控制系统的设计................................................. 5. 4甲醇精馏的比值控制系统 ................................................... 6. 5系统各器件选型 ........................................................... 8.

5.1检测转换元件的选择................................................. 8.

5.2调节阀气开气关式选择 (9)

6小结与体会 ............................................................... 1.1参考文献.. (12)

精馏塔的比值控制系统设计

1精馏塔控制系统介绍

1.1精馏塔原理

精馏塔是进行精馏的一种塔式汽液接触装置， 又称为蒸馏塔。有板式 塔与填料塔两种主要类型。根据操作方式又可 分为连续精馏塔与间歇精馏 塔。

蒸汽由塔底进 入，与下降液进行逆流接触，两 相接触中，下降液中的 易挥发（低沸点）组分不断 地向蒸汽中转移，蒸汽中的难 挥发（高沸点）组分不 断地向下降液 中转移，蒸汽愈接近塔顶，其易 液愈接近塔底，其难挥

发组分则愈富集，达到 升的蒸汽进入冷凝器，冷凝的

液体的一部分作 塔中，其余的 部分则作为馏出液取出。塔底流 入再沸器，热 蒸发后，蒸汽返回塔中，另一部

可分为：简单 蒸馏、闪蒸、精馏和特殊精馏等

1.2精馏塔的控制要求及主要干扰因素

1.2.1精馏塔的控制要求

为了保证精馏生产工序安全、高效持续进行，精馏塔自动控制系统应满足如 下要求：

（1） 保证产品质量。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。

（2） 保证平稳生产。首先要使精馏塔的进料参数保持稳定； 其次为了维持塔 的物料平衡，要控制塔顶和塔底产品采出量，使其和等于进料量；再次塔内的储液 量应保持在限定的范围内；最后要控制塔内压力稳定。 挥发组分浓度愈高，而下降 组分分离的目的。由塔顶上 为回流液返回塔顶进入精馏 出的液体，其中的一部分送 分液体则作为釜残液取出。 蒸馏的基本原理是将液体混合物部分气化

，利用其中各组份挥发度不同 （相对挥发度）的特性，实现分离目的的单元 操作。蒸馏按照其操作方法

（3）满足约束条件。系统必须满足一些参数的极限值所限定的约束条件，如

塔内气体流速的上下限、塔内压力极限值等。

（4）节能要求及经济性。主要是再沸器的加热量和冷凝器的冷却能量消耗。

122精馏塔的干扰因素特性

图1表示精馏塔物料流程图。在精馏塔运行过程中，影响其质量指标和平稳生产的主要干扰有以下几种

（1）进料流量F的波动。如果精馏塔位于整个生产过程的起点，则可采用定值控制系

统。

（2）进料成分Z F的变化。进料成分是由上一道工序出料或原料情况决定，对图1所示精馏塔来讲，它是不可控的扰动因素。

（3）进料温度T F和进料热焓值Q F的变化。一般情况下进料温度是比较恒定的，如果进料温度变化较大，为了维持塔内的热量平衡和稳定运行，在单相进料时采用进料温度控制可克服这种干扰，然而在多相进料时，进料温度恒定并不能保证其热焓值稳定。当进料是气液两相的比例恒定时，恒温进料的热焓值才能恒定。为了保持精馏塔的进料热焓

值恒定，必要时可通过热焓控制来维持进料热能恒

^定。

（4）再沸器加热剂输入热量的变化。当加热剂是蒸气时，通过再沸器输入精馏塔的热量扰动往往是由蒸气压力变化所引起的，这一扰动可通过在蒸气总管设置压力控制来加以克服，或者通过温度串级控制系统的副回路予以克服。

（5）冷却剂在冷凝器内吸收热量的变化。其变化主要由冷却剂的压力或温度变

化引起的，吸收热量的变化会影响到精馏塔顶回流量或回流温度，进而引起精馏塔输出热量的变化。

（6）环境温度的变化。环境温度一般变化较小，当变化大时可通过内回流控制加以克服。

2精馏塔控制方式的选择与论证

不同精馏塔生产工艺、产品质量标准不一样，对控制要求各不相同，因而控制方案较多。

由于本设计是针对比值控制系统，所以我们假定具体工艺为双效三塔低压法对合成甲醇的精馏控制。其总体工艺流程图如图2。

图2双效三塔精馏工艺流程

在此系统中，三个塔分别是预塔、加压塔和常压塔。粗甲醇进入预塔之前，先在粗甲醇预热器中，用蒸汽冷凝液将其预热到338K，粗甲醇在预塔除去其中