【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 、蒸汽壓，最常用的是采用靈敏點(diǎn)溫度。 壓力控制 精餾塔對(duì)壓力的平衡要求很嚴(yán)格。一旦壓力大幅度波動(dòng)，塔釜液位、回流液河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 精餾過程的控制分析 9 位緊跟著波動(dòng)，進(jìn)而影響到物料平衡、熱量平衡、相平衡三大平衡，從而使整個(gè)操作系統(tǒng)處于不平穩(wěn)狀態(tài)，影響到產(chǎn)品質(zhì)量及產(chǎn)量。例如從提高產(chǎn)品質(zhì)量來說，壓力越高，沸點(diǎn)越接近，氣液兩相越難分離，顯 然降低壓力可以提高產(chǎn)品質(zhì)量。但降低操作壓力是以增加冷卻介質(zhì)的用量或降低冷卻介質(zhì)溫度為前提的，因此降低操作壓力是有限度的。由此可見，壓力控制對(duì)精餾塔的操縱有主導(dǎo)作用。 一般情況下，冷卻介質(zhì)、加熱介質(zhì)的溫度、壓力、流量都會(huì)影響到壓力的平穩(wěn)，因此可以根據(jù)控制要求選擇其中之一作為操縱變量來控制精餾塔的操作壓力。 液位控制 （ 1）塔釜液位控制：塔釜液位既不能空也不能滿，塔釜液位滿，容易淹住返塔口，照成熱虹吸效果差，影響重沸器換熱效果。塔釜液位空，易造成再沸器內(nèi)液體液化氣蒸干，蒸干后，再有液化氣下到再沸器 ，馬上急劇汽化，沖塔造成整個(gè)塔的操作全部混亂。 塔釜液化氣主要受塔釜產(chǎn)品產(chǎn)出量、塔壓力、塔釜溫度等影響，可根據(jù)造成塔釜液位變化的原因進(jìn)行調(diào)節(jié)。一般塔釜液位用塔釜產(chǎn)品采出量進(jìn)行控制。 （ 2）回流罐液位控制：回流罐液位既不能滿更不能空?；亓鞴蘅?，造成回流泵抽空停泵，則全塔停工?；亓鞴逎M，造成塔內(nèi)氣相介質(zhì)無法冷卻，使得塔內(nèi)壓力急劇上升，易造成安全閥起跳或全塔操作混亂。 影響回流罐液位的因素有塔頂產(chǎn)品產(chǎn)出量、壓力、釜溫、頂溫、回流量等。一般回流罐液位用釜溫或塔頂產(chǎn)品產(chǎn)出量進(jìn)行控制。 流量控制 精餾塔 操作控制中有六個(gè)流量參數(shù)：進(jìn)料量、塔頂和塔釜采品流量、冷凝量、蒸發(fā)量和回流量。而流量的波動(dòng)又會(huì)影響到壓力的平穩(wěn)，所以精餾塔的流量控制是必不可少的。但是，并不是說所有的流量都要控制，不同的控制方案選擇的控制流量參數(shù)也不同，精餾塔的控制一般包括物料平衡控制方案和熱量平衡控制方案，可以根據(jù)所選擇的控制方案來選擇需要控制的流量參數(shù)。 溫度控制 溫度控制是最常用的產(chǎn)品組成控制手段。溫度控制的前提是控制溫度能正確反應(yīng)其組成的變化。若溫度控制不能與組成很好關(guān)聯(lián)，或?qū)M成變化反應(yīng)不靈敏，河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 精餾過程的控制分析 10 則溫度控制將失去作用，因此 ，一般采用提餾段靈敏板溫度作為主參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)塔的間接分離質(zhì)量控制。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 精餾 過程的控制方案設(shè)計(jì) 11 第 3 章 精餾過程的控制方案設(shè)計(jì) 在精餾塔結(jié)構(gòu)一定時(shí)，可通過增加回流比來達(dá)到產(chǎn)品要求，但是很少采用這種方法控制。而通過改變物料平衡分配控制，較改變回流比控制靈敏幾倍，因此，在這里對(duì)于精餾系統(tǒng)采用物料平衡控制。物料平衡控制方案是精餾塔最常用的控制方案。此控制方案通過調(diào)節(jié)進(jìn)出塔的物料流量控制產(chǎn)品組成、回流量或加熱量作為自由變量。對(duì)于物料平衡控制，進(jìn)料和兩個(gè)產(chǎn)品流量只能固定一個(gè)作為自由流。那是因?yàn)槿暨M(jìn)料 和其中一個(gè)產(chǎn)品固定，則另一產(chǎn)品必然是它們之差，否則將產(chǎn)生積累，這樣就變成了產(chǎn)品組成控制。 下面，我們將聯(lián)系上一章闡述的控制需求，采用物料平衡控制，設(shè)計(jì)控制方案。 精餾塔塔頂壓力控制方案設(shè)計(jì) 壓力點(diǎn)取在丁醇塔塔頂出口管線上。該丁醇塔采用熱旁路控制壓力，為了擴(kuò)大調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍，并滿足工藝操作的特殊要求，采用了分程控制，分程控制就是用一個(gè)調(diào)節(jié)器同時(shí)控制兩個(gè)或兩個(gè)以上執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)。兩個(gè)調(diào)節(jié)閥分別為熱旁路調(diào)節(jié)閥和回流罐上的不凝氣放空閥。兩個(gè)調(diào)節(jié)閥工作區(qū)間輸出為：當(dāng)調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)是 0%～ 50%時(shí)， PV11 由全開到全關(guān)，這時(shí) PV12全開；當(dāng)調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)是 50%～ 100%時(shí) PV11全關(guān)， PV12由全關(guān)到全開（閥 PV11和 PV12的位置如圖 32所示）。 分程控制的方框圖如圖 31 所示： 考慮調(diào)節(jié)閥的分程區(qū)間信號(hào)對(duì)分程控制系統(tǒng)的影響。分程控制系統(tǒng)的改造有兩種方法可供選擇：①取消分程控制：在回流罐上增設(shè)壓力變送器口，并增設(shè)調(diào)圖 31 分程控制方框圖 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 精餾 過程的控制方案設(shè)計(jì) 12 節(jié)器，用于直接控制調(diào)節(jié)閥 PV12。②改變調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)的區(qū)域：即調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)的 0 到 45％用于調(diào)節(jié)熱旁路調(diào)節(jié)閥 PV11， PV12 在此區(qū)域關(guān)閉；調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)的 55％到 100％用于調(diào)節(jié) PV12， PV11 在此區(qū)域關(guān)閉； 中間的信號(hào)區(qū)域 45％到 55％對(duì) PV1 PV12 均不起作用（閥 PV11 和 PV12 的位置如圖 32 所示）。 方法 ② 改造工作簡(jiǎn)單、投資少，因此，在實(shí)際生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用 。塔頂壓力控制方案如圖 32 所示： 圖 32 塔頂壓力控制方案示意圖 精餾塔塔釜和回流罐液位控制方案設(shè)計(jì) (1)塔釜液位控制方案：丁醇塔塔釜液位控制回路是單回路，由精餾塔塔釜的產(chǎn)品采出量來控 制，保持恒定。被控變量為精餾塔塔釜液位，操縱變量為精餾塔塔釜產(chǎn)品采出量。當(dāng)塔釜液位變化時(shí)，液位傳感器測(cè)量到液位值并將其變送到控制器，與設(shè)定值比較?？刂破鞲鶕?jù)差值發(fā)出控制信號(hào)，控制閥的開度，改變塔釜采出量，以此維持塔釜液位在設(shè)定數(shù)值。由于塔釜液位的變化不快，采用單回路控制滯后不大，完全可以達(dá)到控制要求。其控制方案示意圖由圖 33所示。 (2)回流罐液位控制方案：本文采用單回路控制，由塔頂采出量來控制回流罐液位。當(dāng)回流罐液位變化時(shí)，液位傳感器測(cè)量到液位值并將其變送到控制器，與設(shè)定值比較。控制器根據(jù)差值發(fā)出控制信 號(hào)，控制閥的開度，改變塔頂采出量，以此維持回流罐液位在設(shè)定數(shù)值?；亓鞴抟何豢刂品桨溉鐖D 33所示。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 精餾 過程的控制方案設(shè)計(jì) 13 圖 33 塔釜和回流罐液位控制方案示意圖 精餾塔塔釜溫度控制方案設(shè)計(jì) 精餾塔溫度控制選取塔釜靈敏板溫度作為被控變量， 靈敏板是當(dāng)外界條件或負(fù)荷改變時(shí)精餾塔內(nèi)溫度變化最靈敏的一塊塔板。如果只是采用靈敏板溫度調(diào)節(jié)器單一回路調(diào)節(jié)，凋節(jié)反應(yīng)慢，時(shí)間滯后，對(duì)精餾操作而言，產(chǎn)品的純度很難保證。本文設(shè)計(jì)了兩種串級(jí)控制方案（控制方案 a和 b）來調(diào)節(jié)精餾塔塔釜溫度。 ，以再沸器加熱蒸汽的流量作為副參數(shù)，這樣就組成了一個(gè)由靈敏板溫度和再沸器加熱蒸汽流量組成的串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)精餾塔的塔釜溫度的控制。其示意圖如圖 34 所示： 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 精餾 過程的控制方案設(shè)計(jì) 14 圖 34 溫度控制方案 a示意圖 b．采用靈敏板溫度作為主參數(shù)，以精餾塔塔頂產(chǎn)品采出量作為副參數(shù)，這樣就組成了一個(gè)由靈敏板溫度和塔頂產(chǎn)品采出量組成的串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)精餾塔的塔釜溫度的控制。其示意 圖如圖 35 所示： 圖 35 溫度控制方案 b示意圖 兩種控制方案的比較：方案 a 更直接地控制塔釜產(chǎn)品組成，因而當(dāng)塔釜產(chǎn)品組成要求嚴(yán)格時(shí)，采用此方案較為有力。同樣，方案 b更直接地控制塔頂產(chǎn)品組成，因而當(dāng)塔頂產(chǎn)品組成要求嚴(yán)格時(shí)，采用方案 b較為有力。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 精餾 過程的控制方案設(shè)計(jì) 15 精餾塔流量控制方案設(shè)計(jì) 進(jìn)料量和回流量都采用單回路的流量控制。再沸器加熱蒸汽流量，由靈敏板溫度調(diào)節(jié)和蒸汽流量調(diào)節(jié)構(gòu)成串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。主參數(shù)為塔釜溫度，副參數(shù)是蒸汽流量。當(dāng)塔 釜溫度變化時(shí)，溫度傳感器測(cè)量到溫度值并將其變送到主調(diào)節(jié)器，與溫度設(shè)定值比較。主調(diào)節(jié)器根據(jù)差值輸出一個(gè)信號(hào)作為副調(diào)節(jié)器的給定值，并與蒸汽流量傳感器測(cè)量變送的流量值比較，副調(diào)節(jié)器根據(jù)其差值輸出信號(hào)，控制閥的開度，以控制蒸汽流量。精餾塔流量控制方案示意圖如圖 36所示： 圖 36 流量控制方案示意圖 精餾過程總體控制方案設(shè)計(jì) 由于 、進(jìn)料流量、回流罐液位、回流罐流量、靈敏板溫度、塔釜液位等參數(shù)的控制方案，綜合上文所述并根據(jù)物料平衡提出以下兩種控 制方案。 （ 1）圖 37 為精餾控制系統(tǒng)的控制方案 a，是根據(jù)物料平衡設(shè)計(jì)的精餾 過程的其中一個(gè)控制方案。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 精餾 過程的控制方案設(shè)計(jì) 16 圖 37 精餾過程的控制方案 a （ 2） 圖 38 為精餾控制系統(tǒng)的控制方案 b，是根據(jù)物料平衡設(shè)計(jì)的精餾 過程的另一個(gè)控制方案。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 精餾 過程的控制方案設(shè)計(jì) 17 圖 38精餾過程的控制方案 b (3) 兩種控制方案的比較 塔頂和塔釜產(chǎn)品流量差異較大，控制流量大的產(chǎn)品，易引起流量小的產(chǎn)品波動(dòng)；相反，控制流 量小的產(chǎn)品，則流量量大的產(chǎn)品變化慢、滯后。對(duì)于塔的控制最不希望出現(xiàn)波動(dòng)，因此，將兩個(gè)產(chǎn)品中的較小流量的產(chǎn)品作為被控的主要對(duì)象。方案 a適合于塔釜產(chǎn)品流量小的場(chǎng)合，方案 b適合于塔頂產(chǎn)品流量小的場(chǎng)合。 方案 a 適合于溫度靈敏點(diǎn)在進(jìn)料以下的場(chǎng)合，方案 b 適合于溫度靈敏點(diǎn)在進(jìn)料以上的場(chǎng)合。 方案 b 特別適合于冷卻介質(zhì)波動(dòng)及由于環(huán)境溫度變化、保溫不好造成回流溫度變化而引起波動(dòng)的場(chǎng)合。例如，由于降雨引起的回流溫度突然降低，加熱量不變，冷回流使上升氣體在塔上部部分冷凝，上升氣量減小，回流罐液位下降，液面控制將減小回流，但塔內(nèi)內(nèi)回 流保持不變。相反，若采用方案 a 相同的變化也使回流罐液位下降，回流罐液位下降減小了采出，回流量持不變，等量低溫的回流進(jìn)入塔內(nèi)，塔的內(nèi)回流增大，直至靈敏點(diǎn)變化引起調(diào)節(jié)。方案 b 至少引起塔頂部波動(dòng)，而方案 a引起整個(gè)塔的波動(dòng)。 塔頂采出量小于回流量宜采用方案 b，回流量小于塔頂采出量宜采用方案 a。采用這兩種控制方案塔釜液面波動(dòng)易引起塔釜產(chǎn)品流量波動(dòng)，采用方案 a 為使塔頂流量波動(dòng)小，設(shè)計(jì)需加大液體在回流罐的停留時(shí)間。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 設(shè)備儀表選型 18 第 4 章 設(shè)備儀表選型 測(cè)控儀表選型 檢測(cè)變送環(huán)節(jié)的作用是將工業(yè)生產(chǎn)過程的參數(shù)（流量、 壓力、溫度、物位、成分等）經(jīng)檢測(cè)、變送單元轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。在模擬儀表中，標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)通常采用420mA,15V,010mA 電流或電壓信號(hào)， 20100kPa 氣壓信號(hào)；在現(xiàn)場(chǎng)總線儀表中，標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)為數(shù)字信號(hào)。圖 41 為檢測(cè)變送環(huán)節(jié)的工作原理。 圖 41 檢測(cè)變送環(huán)節(jié)工作原理圖 檢測(cè)元件和變送器的基本要求是準(zhǔn)確、迅速和可靠。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)??；迅速指能及時(shí)反映被控或被測(cè)變量的變化；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。 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，為了正確指導(dǎo)生產(chǎn)操作、保證生產(chǎn)安全運(yùn)行、提高產(chǎn)品質(zhì)量和實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化，一項(xiàng)必不可少的工作是準(zhǔn)確而及時(shí)地檢測(cè)出生產(chǎn)過程中的各個(gè)有關(guān)參數(shù)，例如壓力、流量、物位及溫度等。用來檢測(cè)這些參數(shù)的技術(shù)工具稱為檢測(cè)儀表。用來將這些參數(shù)轉(zhuǎn)化為一定的便于傳送的信號(hào)（例如電信號(hào)或氣壓信號(hào)）的儀表通常稱為傳感器。當(dāng)傳感器的輸出為單元組合儀表中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào) 時(shí)，通常稱為變送器。在生產(chǎn)過程中需要測(cè)量的參數(shù)是多種多樣的，相應(yīng)的測(cè)量方法及儀表的結(jié)構(gòu)原理也各不相同，但從測(cè)量過程的實(shí)質(zhì)來看，都是將被測(cè)參數(shù)與其相應(yīng)的測(cè)量單位進(jìn)行比較的過程，而測(cè)量?jī)x表就是實(shí)現(xiàn)這種比較的工具。各測(cè)量?jī)x表不論采用那一種原理，它們都是將被測(cè)參數(shù)經(jīng)一次或多次信號(hào)能量