【正文】 要 重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） III 精餾是在煉油、化工等眾多生產(chǎn)過(guò)程中廣泛應(yīng)用的一個(gè)傳質(zhì)過(guò)程。 ：任務(wù)書(shū)、開(kāi)題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。 作者簽名： 日期 ： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （論 文） 設(shè)計(jì)（論文）題目 : 精餾塔溫度控制仿真設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說(shuō)明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 注 意 事 項(xiàng) （論文）的內(nèi)容包括： 1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作） 2）原創(chuàng)性聲明 3）中文摘要（ 300 字左右）、關(guān)鍵詞 4）外文摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁(yè)（附件不統(tǒng)一編入） 6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論 7）參考文獻(xiàn) 8）致謝 9）附錄（對(duì)論文支持必要時(shí)） ：理工類設(shè)計(jì)（論文）正文字?jǐn)?shù)不少于 1 萬(wàn)字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于 萬(wàn)字。 進(jìn) 度 計(jì) 劃 ~ 查閱資料， 撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告，翻譯英文文獻(xiàn) ~ 撰寫(xiě)畢業(yè)論文，完成初稿 ~ 修改論文，完成終稿 ~ 論文評(píng)閱 、答辯準(zhǔn)備 ~ 論文答辯 主 要 參 考 文 獻(xiàn) [1] 陳曦 ,何益 .化工精餾塔的 PLC 溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) [J].儀表技術(shù)與傳感器 ,2020(11):7779 [2] 李國(guó)勇 .過(guò)程控制系統(tǒng) [M].北京：電子工業(yè)出版社， [3] 趙廣元 .MATLAB 與控制系仿真實(shí)踐 [M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社 ,2020 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 教研室主任簽字 ： 年 月 日 備注：此任務(wù)書(shū)由指導(dǎo)教師填寫(xiě)，并于畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )開(kāi)始前下達(dá)給學(xué)生。 精餾塔的控制直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量和能量消耗，因此精餾塔的自動(dòng)控制問(wèn)題長(zhǎng)期以來(lái)一直受到人們的高度重 視。 然后，對(duì) 溫度控制 系統(tǒng)進(jìn)行 了 數(shù)學(xué)建模，介紹 了 建模方法，建立 了系統(tǒng)的 數(shù)學(xué)模型，對(duì)構(gòu)建的數(shù)學(xué) 模型 進(jìn)行 了詳細(xì) 分析?？墒?，用尋常的溫度控制的方法，受潛力所限，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的高性能需求。串級(jí)溫度控制系統(tǒng)的誕生，為現(xiàn)代工業(yè)注入了新鮮的血液。經(jīng)過(guò)這次設(shè)計(jì)能使本人對(duì)精餾塔溫度控制系統(tǒng)有初步的了解，為將來(lái)工作奠定一定的基礎(chǔ)。精餾按照操作方法的不同進(jìn)行分類。填料塔 ： 塔內(nèi)裝有填料，氣液兩相在被潤(rùn)濕的填料表面進(jìn)行傳熱和傳質(zhì)，屬于連續(xù)接觸式塔設(shè)備。精餾塔供汽液兩相接觸進(jìn)行相際傳質(zhì)，位于塔頂?shù)睦淠魇拐魵獾玫讲糠掷淠?，部分凝液作為回流液返回塔頂，其余餾出液是塔頂產(chǎn)品。對(duì)不形成恒沸物的物系，只要設(shè)計(jì)和操作得當(dāng)，餾出液將是高純度的易揮發(fā)組分，塔底產(chǎn)物將是高純度的難揮發(fā)組分。 因?yàn)閷?duì)回流技術(shù)的運(yùn)用使液體混合物精餾更加完全，得到質(zhì)量更高的產(chǎn)品。精餾操作一個(gè)非常重要的重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 控制參數(shù)就包含的有回流比，因?yàn)榛亓鞅茸兓苯拥挠绊懥司s操作的分離效果和精餾塔的能耗。② 組分回收率。除此之外，即使是使用相同的加熱量和冷卻量，加熱和冷卻的費(fèi)用都是不一樣的，它們的費(fèi)用隨著沸騰溫度和冷凝溫度的變化二變化，特別值得注意的是當(dāng)不使用 水蒸汽作為加熱劑或者不能使用空氣或者冷卻水為冷卻劑的時(shí)候，這兩項(xiàng)花費(fèi)的錢會(huì)變得非常的多。歐美對(duì)回流方面的控制技術(shù)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先與我們國(guó)家 ，“ 點(diǎn)位控制 ” 和尋常的 PID控制是我國(guó)現(xiàn)階段應(yīng)用比較多的產(chǎn)品，但是 “ 點(diǎn)位控制 ” 和 尋 常 的 PID 控制只適合一些尋常性質(zhì)系統(tǒng)過(guò)程的控制，但是對(duì)于復(fù)雜 、 滯后以及時(shí)變過(guò)程系統(tǒng)的控制達(dá)到要求都很困難。 在金屬冶煉、食品等領(lǐng)域回流控制技術(shù)有著非常廣的應(yīng)用。 在電力、化工、機(jī)械制造、冶金以及食品加工等領(lǐng)域中溫度是一個(gè)非常常見(jiàn)的一個(gè)控制指標(biāo)之一。溫度控制系的發(fā)展已經(jīng)可以用迅猛來(lái)形容了，并且在智能化、參數(shù)自整定等方面面已經(jīng)有了很好的成績(jī)。 如今，國(guó)際上許多企業(yè)對(duì)溫度控制器進(jìn)行了更加深入、廣泛的研究，尤其是在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)得到飛速發(fā)展的前提下，而且對(duì)溫度控制器的研究已經(jīng)取 得了十分滿意的成果，如智能化 PID、自適應(yīng)控制、模糊控制，使其達(dá)到了性能優(yōu)越、控制效果好，已經(jīng)在各種溫度控制系統(tǒng)和石油化工部門等相關(guān)設(shè)備的拉術(shù)改造中推廣了。 二、 國(guó)外精餾塔及其技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 因?yàn)閲?guó)外的精餾塔及其技術(shù)起步早于我國(guó)，所以在技術(shù)方面領(lǐng)先與我國(guó)，國(guó)外的技術(shù)成熟。新型的傳質(zhì)設(shè)備必須具備傳質(zhì)效率高、壓降小以及通量大等特點(diǎn)。研究員提出當(dāng)代工業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展除了依靠傳統(tǒng)化的工業(yè)技術(shù)外，還需要依靠計(jì)算機(jī)技術(shù)尋找一個(gè)給予理論的工業(yè)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)創(chuàng)新的方法。 三 、 現(xiàn)階段精餾塔還存在的問(wèn)題及解決方案 面對(duì)現(xiàn)如今的工業(yè)的快速發(fā)展，精餾塔設(shè)備在工業(yè)的廣泛運(yùn)用。 降低精餾塔精餾過(guò)程中的能耗措施主要有以下幾個(gè)方面：一個(gè)是精餾塔本身性能結(jié)構(gòu)方面的調(diào)整；另一個(gè)是對(duì)精餾物質(zhì)本身性質(zhì)的控制，物 料方面的因素。 第二章為 工業(yè)流程和系統(tǒng)選擇 ， 主要介紹精餾塔的溫度控制原理、工業(yè)要求和約束條件干擾因素等進(jìn)行分析，對(duì)精餾塔控制系統(tǒng)分析和控制系統(tǒng)的選擇。 重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 第二章 精餾塔溫度控制方案設(shè)計(jì) 第一節(jié) 概述 對(duì)精餾塔的自動(dòng)控制一直以來(lái)都受到了人們的廣泛關(guān)注，因?yàn)榫s塔控制的精確與否，都對(duì)精餾產(chǎn)品的質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)與否、產(chǎn)量的多少以及對(duì)能量的消耗都有巨大的影響。為了更好的實(shí)現(xiàn)這一精餾目標(biāo)，精餾塔溫度控制系統(tǒng)的就由然而生。精餾操作過(guò)程的影響因素有以下幾方面： ① 塔的溫度和壓力； ② 進(jìn)料量； ③ 進(jìn)料組分； ④ 進(jìn)料溫度； ⑤ 回流量； ⑥ 塔頂冷劑量； ⑦ 塔頂采出量等。 ① 影響 產(chǎn)品質(zhì)量和物料平衡 當(dāng)操作的壓力發(fā)生改變時(shí)，那么每塊塔板上汽液平衡的組成都將會(huì)發(fā)生變化。正常操作時(shí)，應(yīng)保持恒定的壓力，但如果因操作不恰 當(dāng)，造成塔頂產(chǎn)品中重組分濃度含量增加時(shí)，可以使用增加一定壓力的方式，讓產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，這樣會(huì)導(dǎo)致釜液中的輕組分流失也增加。 ④ 塔 壓的波動(dòng) 當(dāng)塔壓發(fā)生變化時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致溫度和成分間的關(guān)系不能一一的對(duì)應(yīng)，或者錯(cuò)亂的對(duì)應(yīng)。應(yīng)該指出，在精餾操作過(guò)程中，塔釜加熱的蒸汽量，回流量、回流溫度以及冷劑壓力（對(duì)內(nèi)回流塔而言）的改變以及塔的堵塞都是隨著進(jìn)料速率、進(jìn)料的成分以及進(jìn)料的溫度的變化而變化，而且這些都可能導(dǎo)致塔的壓力產(chǎn)生變化，此 時(shí)應(yīng)首先了解引起塔壓發(fā)生變化的原有，及時(shí)處理，使塔恢復(fù)正常工作 ，這樣也可以降低塔設(shè)備的生產(chǎn)問(wèn)題，把損失降到最少。 進(jìn)料成分影響物料平衡和能 量平衡，但進(jìn)料成分通常是不可控的，在大多數(shù)情況下也重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 難于測(cè)量。 如果進(jìn)料中輕組份的濃度增加時(shí)，此時(shí)精餾段的負(fù)荷增加。此時(shí)，全塔溫度的下降，塔壓升高。 ③ 調(diào)節(jié)冷劑和熱劑量：如果塔里面組分情況的變動(dòng)，調(diào)節(jié)塔頂冷凝器的冷劑和塔釜熱劑量，以達(dá)到塔頂及塔底產(chǎn)品質(zhì)量不變 [15]。例如：如果是進(jìn)料溫度太低，塔 釜的加熱蒸汽量不夠的情況下，這樣就會(huì)讓塔底餾分中輕組分含量變多 ，導(dǎo)致質(zhì)量達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)。比如適當(dāng)?shù)恼{(diào)小回流比可以改善當(dāng)塔的的輕組分含量，防止其回到精餾塔下部而導(dǎo)致塔溫度下降，從而保證了產(chǎn)品可以達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)；將塔頂中重組分可以通過(guò)增加回流比的方式將其壓回去，從而保證產(chǎn)品的品質(zhì)。 有部分精餾塔利用的是外回流的方法，但是對(duì)于外回流塔也會(huì)受到冷卻劑的影響，在一定程度上影響了精餾塔的操作。 ●塔頂采出量的大小對(duì)精餾塔操作的影響 塔頂采出量的大小和該塔進(jìn)料量的大小有著相互對(duì)應(yīng)關(guān)系，進(jìn)料量增大，采出量應(yīng)增大 [15]。 在強(qiáng)制回流的操作中，當(dāng)進(jìn)料量一定時(shí)，塔頂采出量猛然變大，有可能會(huì)導(dǎo)致回流液槽被抽空。其中，進(jìn) 料流量與進(jìn)料組分是不可控的，而進(jìn)料溫度 是可以控制的 。以前，難以直接對(duì)產(chǎn)品成分信號(hào)進(jìn)行質(zhì)量控制是因?yàn)槌煞謪?shù)在檢測(cè)時(shí)的困難。 ●采用溫度作為間接質(zhì)量指標(biāo) 溫 度作為間接質(zhì)量指標(biāo)，是精餾塔質(zhì)量控制中應(yīng)用最早也是目前最常見(jiàn)的一種。內(nèi)環(huán)系統(tǒng)主要是把外面的擾動(dòng)因素在內(nèi)環(huán)進(jìn)行調(diào)整，在最大限度下不要使其波及到外環(huán)系統(tǒng)，這樣意味著最大限度提高了系統(tǒng)的出重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 處理速度以及系統(tǒng)的質(zhì)量，所以在串級(jí)控制系統(tǒng)中首先要考慮的是，內(nèi)環(huán)系統(tǒng)的響應(yīng)速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)的高于外環(huán)系統(tǒng)響應(yīng)的速度。但是串聯(lián)級(jí)控制系統(tǒng)可以解決上提到的控制要求與滯后時(shí)間之間的矛盾，這樣就可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定出口流量溫度，使溫度保持不變 。作用在外環(huán)的擾動(dòng)??1Vs稱為一次擾動(dòng) ， 作用在內(nèi)環(huán)的擾動(dòng) ??2Vs稱為二次擾動(dòng) [16]。 ② 因?yàn)楦笨鼗芈酚兄纳票豢貙?duì)象的動(dòng)態(tài)特征的作用，所以能增加大主控制器的增益。串級(jí)控制系統(tǒng)是在原有的控制回 路當(dāng)中，多加了一個(gè)或者多個(gè)控制內(nèi)回路，用來(lái)控制可能引起被控量變化的其它條件，這樣就可以更加有效的減小被控對(duì)象的時(shí)滯特性，提高了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的速度。 ② 及時(shí)性好。 ④ 可以更加準(zhǔn)確的控制操縱變量的流量。如圖 。如果液位是確定的，不會(huì)改變，那么就只需要測(cè)量出實(shí)際溫度，然后與設(shè)定溫度的值比較，利用兩者之間的溫度偏差來(lái)控制閥門的開(kāi)度，這樣就可以使溫度保持不變。 ② 副被控變量：回流量 。 ⑥ 主被控對(duì)象 ： 當(dāng)蒸汽流量增加時(shí)，精餾 塔 溫度升高，因此， Kp10。 重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 第三章 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 檢測(cè)變送環(huán)節(jié)有著非常重要的作用，它是將工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的參數(shù)（壓力、溫度、成分等）經(jīng)檢測(cè)、變送單元轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。準(zhǔn)確指檢測(cè)元件和變送器能正確反映被控或被測(cè)變量，誤差應(yīng)小；迅速指檢測(cè)原件可以及時(shí)反映出被控或被測(cè)變量發(fā)生了變化；可靠是檢測(cè)元件和變送器的基本要求，它應(yīng)能在環(huán)境工況下長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。 變送器可以安裝于熱電偶的接 線盒內(nèi)與之形成一體化結(jié)構(gòu)。 ③ 變送器具有輸入端開(kāi)路指示作用。 ⑥ 智能型溫度變送器可使用帶 HART 協(xié)議的通訊設(shè)備、一臺(tái) PC 機(jī)，設(shè)置變送器的型號(hào)、分度號(hào)及被測(cè)溫度的量程范圍。并且與溫度信號(hào)或者輸入的信號(hào)成線性。 工作電源：變送器工作電源電壓最低 12V，最高 35V，額定工作電壓 24V。執(zhí)行器直接與被控介質(zhì)接觸，重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 在高低溫、高壓、腐蝕性、粉塵和爆炸性環(huán)境運(yùn)行時(shí)，執(zhí)行器的選擇尤為重要。具有精度高、技術(shù)先進(jìn)、體積小、重量輕、 推動(dòng)力大、功能強(qiáng)、控制單元與電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)一體化、可靠性強(qiáng)、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。 本系統(tǒng)選擇 DDZⅢ 型 PID 調(diào)節(jié)器 。 ② 廣泛采用集成電路，儀表的電路簡(jiǎn)化、精度提高、可靠性提高、維修工作量減少。 調(diào)節(jié)器接收變送器送來(lái)的測(cè)量信號(hào) （ DC 4～ 20mA 或 DC 1～ 5V） ， 在輸入電路中與給定信號(hào)進(jìn)行比較，得出偏差信號(hào)，然后在 PD 與 PI 電路中進(jìn)行 PID 運(yùn)算，最后由輸出電路重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 轉(zhuǎn)換為 4～ 20mA 直流電