【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 第 22 頁 共 45 頁 表 精餾塔控制的相對應(yīng)的 I/O接口 控制站 XP243X的 I/O接口 序號 名稱 位號 作用 0 電流卡 00 TI101 塔釜溫度 電流卡 00 TI102 節(jié)塔一溫度 電流卡 00 TI103 節(jié)塔二溫度 電流卡 00 TI104 節(jié)塔三溫度 電流卡 00 TI105 節(jié)塔四溫度 電流卡 00 TI106 節(jié)塔五溫度 1 電流卡 01 TI107 節(jié)塔六溫度 電流卡 01 TI108 節(jié)塔七溫度 電流卡 01 TI109 節(jié)塔頂溫度 電流卡 01 TI110 進(jìn)料溫度 電流卡 01 TI111 回流穩(wěn)度 電流卡 01 LI101 塔釜液位 2 電流卡 02 PT101 塔釜壓力 電流卡 02 LI102 回流槽液位 電流卡 02 FT102 冷卻水流量 電流卡 02 備用 電流卡 02 備用 電流卡 02 備用 3 輸出卡 03 FV101 回流泵計(jì)量泵控制 輸出卡 03 FV101 產(chǎn)品計(jì)量泵控制 輸出卡 03 FV101 進(jìn)料計(jì)量泵控制 輸出卡 03 HV101 加熱控制 4 輸出卡 04 FV101 冷卻水控制 輸出卡 04 備用 輸出卡 04 備用 輸出卡 04 備用 b)操作站硬件 DCS 操作站的硬件基本組成包括：工控 PC 機(jī)（ IPC）、彩色顯示器、鼠標(biāo)、SetⅡ網(wǎng)卡、 專用操作員鍵盤、操作臺、打印機(jī)等。主控制卡的高度模塊化結(jié)構(gòu)，用簡單的配置方法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的過程控制。在一個控制站內(nèi)，主控制卡通過 SBUS 網(wǎng)絡(luò)可以掛接 8個 I/O 或遠(yuǎn)程 I/O 單元（即 8個機(jī)籠）。主控制卡通常插在過程控制站最上部機(jī)籠內(nèi)，通過系統(tǒng)內(nèi)高速數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò) 充各種更能，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場信號的輸入輸出，同時(shí)完成過程控制中的數(shù)據(jù)采集、回路控制、順序控制以及包括優(yōu)化控制等各種控制算法 [11]。通過軟件設(shè)置和硬件的不同配置可構(gòu)成不同功能的控制結(jié)構(gòu)，如 畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 第 21 頁 共 45 頁 過程控制站、邏輯控制站、數(shù)據(jù)采集站。在板式精餾塔過程控制系統(tǒng)中硬件的設(shè)計(jì)其核心是控制站的設(shè)計(jì)。 12345678F I2T E4T E3T E6T E5T E7T E9T E8T E1 0L T2F E5T E1 1C 1 0 4殘 殘 殘C 1 0 5殘 殘 殘C 1 0 3殘 殘 殘C 1 0 2殘 殘P 1 0 2殘 殘 殘P 1 0 1殘 殘 殘V 4殘 殘 殘 殘V 3殘 殘 殘 殘 殘 殘P T1L T1T E2T T1 0T T9T T8T T7T T6T T5T T4T T3T T2V 6殘 殘 殘殘 殘 殘V 1 0殘 殘 殘 殘 殘E 1 0 1殘 殘 殘E 1 0 2殘 殘 殘V 8殘 殘 殘 殘 殘V 2 0 殘 殘 殘 殘 殘 殘V 1 6殘 殘 殘 殘 殘 殘F(tuán) I1V 1 5殘 殘殘 殘殘 殘V 1 9殘 殘殘 殘殘 殘V 1 1殘 殘 殘 殘 殘 殘V 1 3殘 殘 殘 殘 殘 殘V 7殘 殘 殘 殘 殘V 5殘 殘 殘 殘 殘V 1 8殘 殘 殘 殘 殘V 1 4殘 殘 殘 殘 殘V 1 7殘 殘 殘 殘 殘V 1殘 殘 殘殘 殘 殘V 2殘 殘 殘 殘 殘 殘T E1T T1P 1 0 4殘 殘 殘 殘 殘P 1 0 3殘 殘 殘 殘 殘V 1 2殘 殘 殘 殘 殘 殘F(tuán) I T5F I3F I4T T1 1V 9殘 殘 殘 殘圖 板式精餾塔的工藝結(jié)構(gòu)圖 畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 第 20 頁 共 45 頁 (2)板式精餾塔的監(jiān)控點(diǎn)、測試點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)如表 所示 。 畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 第 19 頁 共 45 頁 3 板式精餾塔控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 精餾塔的監(jiān)控測試點(diǎn)的確定 (1)按照板式精餾塔的工藝監(jiān)控要求，統(tǒng)計(jì)其監(jiān)測點(diǎn)、控制點(diǎn)，采用 JX300XP設(shè)計(jì)精餾塔的集散控制系統(tǒng)。 保證生產(chǎn)安全 酒精屬易燃物料，不能讓其蒸汽彌漫車間，也不能使用容易發(fā)生火花的設(shè)備。又如冷卻水出口溫度的高低，一方面影響到冷卻水用量，另一方面也影響到所需傳熱面積的大小，即對操作費(fèi)和設(shè)備費(fèi)都有影響。 滿足經(jīng)濟(jì)上的要求 要節(jié)省電能和熱能的消耗，減少設(shè)備及基建費(fèi)用。 板式精餾塔的操作要點(diǎn)主要是注意各塔板溫度，控制塔頂、塔釜溫度在范溫度圍內(nèi)， 另外重要的一點(diǎn)，不要輕易去動回流量。同時(shí)，各精餾塔的工藝和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，又是千差萬別的，因此我們在設(shè)計(jì)精餾塔控制方案時(shí)，更需 深入分析工藝特點(diǎn)，了解精餾塔特性，以設(shè)計(jì)出比較完善、合理的控制方案。近年來，直接用大氣冷卻的冷凝器使用已較多一遇氣候突變，特別是暴風(fēng)雨，對回流液溫度有很大影響，為此可采用內(nèi)回流控制。 f)冷卻水溫度的變化通常比較和緩，主要受季節(jié)的影響。 d)蒸氣壓力的變動可以通過總管壓力控制的方法消除，也可以在串級控制系統(tǒng)的副回 路中（如采用對蒸氣流量的串級控制系統(tǒng)）予以克服。在其余情況下，可先將進(jìn)料預(yù)熱，并對進(jìn)料溫度進(jìn)行定值控制。 c)精料溫度（或熱焓）一般是不可控的。 a)進(jìn)料流量 F 在很多情況下是不可控制的，它的變化通常難以完全避免。 在各種擾動因素中，有些是可控的，有些則是不可控的。比如 影響物料平衡的因素 、 影響熱量平衡的因素等。當(dāng)流至塔底時(shí)，被再沸器加熱部分氣化，其氣相返回塔內(nèi)作為氣相回流，而其液相則作為塔底產(chǎn)品采出。另一部分凝 液作為回流返回塔頂。氣相沿塔上升直至塔頂，由塔頂冷凝器將其進(jìn)行全部或部分冷凝。它是把 PC 機(jī)上所設(shè)置的信號通過以太網(wǎng)的傳送到 DCS 控制系統(tǒng)中來執(zhí)行精餾塔的工作。在板式精餾中主要檢測的是流量、壓力、液位、溫度等。該系統(tǒng)可以分為執(zhí)行機(jī)構(gòu)、信號檢測機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)三大部分，具體為： a) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)：執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由精餾塔裝置組成的，它是按照控制機(jī)構(gòu)給予的信號經(jīng)行操作整個板式精餾的過程。因此，精餾塔的控制目標(biāo)可轉(zhuǎn)化為精餾段與提餾段靈敏溫度的控制問題。假設(shè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的操作壓力為常壓，且基本不變，則塔頂產(chǎn)品的酒精含量與精餾段靈敏溫度（位置待定）或塔頂溫度 TT31 基本對應(yīng)。 (9) 精餾塔的控制目標(biāo)，除保證操作平穩(wěn)以外，通常還需要控制塔頂與 /或塔底產(chǎn)品的純度或質(zhì)量。 (8) 提餾段靈敏溫度的單回路控制。 (7) 精餾段靈敏溫度的串級控制。 (6) 塔頂產(chǎn)品出料量與回流量的比值控制。通過調(diào)節(jié)塔頂回流計(jì)量泵 P104 的轉(zhuǎn)速以控制器 控制閥 對象 操縱變量 測量元件變送器 x y p q z 主控制器 副控制器 執(zhí)行器 副對象 主對象 副測量變送 主控制器變量 畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 第 16 頁 共 45 頁 控制塔頂回流量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)回流罐 C102 液位 LT52 的均勻控制。另外，當(dāng)塔底液位過低時(shí)，通過減少塔底加熱量甚至切斷加熱器的電源，以確保精餾塔操作的安全性。 (4) C101 塔底液位的區(qū)間控制。 (3) 塔頂蒸汽回流溫度的串級控制。 (2) 冷卻水量的自動控制。 (1) 進(jìn)料流量的自動控制。這方面的要求不高，以及擾動不多的時(shí)候，由前面靜態(tài)特性可知，只要固定 D/F(B/F)和V/F(或回流比 )，完全按物料及能量平衡關(guān)系進(jìn)行控制已能達(dá)到目的。所以，為了便于分析，用方塊圖來表示控制方案中的單回路控制、串級控制等常規(guī)控制方案。測量元件及邊上變送器的輸入信號 z 進(jìn)入比較機(jī)構(gòu)，與工藝上希望保持的被控變量數(shù)值，即給定值 x進(jìn)行比較，得出偏差信號 e，為了能更清楚的說明其比較作用，在圖中把它單獨(dú)畫出來。在自動控制系統(tǒng)中用 y表示被控變量，即對象的輸出；引起被控變量波動的外來因素稱為干擾作用，用 f 表示；如果用一方塊表示控制閥，那么，出料流量即為控制閥方塊的輸出信號 。 控制方案的的簡述與設(shè)計(jì) a)控制方案的簡述 精餾塔控制系統(tǒng)的控制方案中最常用的有單回路控制和串級控制兩種。篩板塔是降液管塔板中結(jié)構(gòu)最簡單的，它與泡罩塔 比 較具有下列優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)能力大 1015%，板效率提高 15%左右，而壓降可降低 30%左右，另外篩板塔結(jié)構(gòu)簡單，消耗金屬少，塔板的造 價(jià)可減少 40%左右，安裝容易，也便于清洗檢修。因此，冷凝器也有臨界溫度限的約束等 [13]。冷凝器冷卻能力與塔壓和塔頂餾出產(chǎn)品組分有關(guān) 。根據(jù)能量平衡關(guān)系，再沸器兩側(cè)的溫度差低于臨界溫度限時(shí)，再沸器的給熱系數(shù)急劇下降，傳熱量下降，嚴(yán)重時(shí)不能保證精餾塔的正常傳熱需要。精餾塔的操作壓力過大，影響塔內(nèi)的氣液平衡，超過這個壓力，塔的安全就沒有保障。 g)操作壓力限。精餾塔上升蒸汽速度的最小限值。當(dāng)上升蒸汽速度過高時(shí)，造成霧沫夾帶，塔板上的液體不能向下流，下層塔板的氣相組分倒流到上層塔板，出現(xiàn)液泛現(xiàn)象。 e)氣相速度限。最好是操作在接近液泛泛點(diǎn)附近。為滿足穩(wěn)定和安全操作要求，對精餾他操作參數(shù)有一定的約束條件。精餾塔中上升蒸汽量越多，輕組分越容易從塔頂餾出，但消耗能量也越大，單位進(jìn)料量能耗增加到一定數(shù)值后，如果繼續(xù)增加塔內(nèi)上升蒸汽量、產(chǎn)品產(chǎn)量的同時(shí)，考慮降低能量消耗，使能量平衡，實(shí)現(xiàn)較好經(jīng)濟(jì)性。 c)能量平衡和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo) 精餾過程是能耗大戶。式是二元精餾時(shí)輕組分物料平衡式。即應(yīng)滿足下列物料平衡關(guān)系。產(chǎn)品產(chǎn)量越多，所需能量也越大。即 ziFPiR ? 畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 第 13 頁 共 45 頁 式中， P 是產(chǎn)品的產(chǎn)量； F是進(jìn)料量；是進(jìn)料中該組分的含量。 b)產(chǎn)品產(chǎn)量 在滿足產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)的前 提下，產(chǎn)品的產(chǎn)量也是重要的控制指標(biāo)。二元精餾的混合物中只有兩種組分，因此，質(zhì)量指標(biāo)是塔頂產(chǎn)品中輕組分和塔底產(chǎn)品重組分的純度（含量）滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求。通常，滿足一端的產(chǎn)品質(zhì)量，即塔頂或塔底產(chǎn)品之一達(dá)到規(guī)定純度，而另一端產(chǎn)品的純度維持在規(guī)定的范圍內(nèi)。因此，精餾塔的控制要求可從質(zhì)量指標(biāo)產(chǎn)品能量和 能量消耗三方面考慮。 表 精餾塔控制的所需儀表 序號 檢測點(diǎn) 名稱及型號 1 原料進(jìn)塔溫度 TT21 鉑熱電阻 Pt100 2 塔頂回流溫度 TT22 鉑熱電阻 Pt100 3 各塔段溫度 TT31TT37 鉑熱電阻 Pt100 4 塔頂蒸汽溫度 T40 鉑熱電阻 Pt100 5 塔底液位傳感器 LT51 壓力變送器 6 回流罐液位傳感器 LT52 壓力變送器 7 進(jìn)料流量顯示 FI11 計(jì)量泵 8 塔底殘液出料流量顯示 FI12 計(jì)量泵 9 塔頂回流計(jì)量泵流量顯示 FI13 計(jì)量泵 10 塔頂產(chǎn)品計(jì)量泵流量顯示 FI14 計(jì)量泵 11 冷卻水渦輪流量計(jì) FT15 渦輪流量計(jì) 板式精餾塔控制要求 精餾塔的控制目標(biāo)是保證產(chǎn)品質(zhì)量合格的前提下，使回收率最高、能耗最低，或使總收益最大，或總成本最小。 T T2 1冷 卻 水 進(jìn)T T2 2L T5 3L T5 2T T3 1T T3 2L T5 1調(diào) 壓 加熱 模 塊冷 卻 水 出P 1 0 1 P 1 0 3C 1 0 1C 1 0 2C 1 0 3C 1 0 4E 1 0 1E 1 0 2F T1 2P 1 0 4P 1 0 2C 1 0 5V 1圖 八層板式精餾塔的結(jié)構(gòu)圖 機(jī)械設(shè)備： 精餾塔主體 C101 原料預(yù)熱盤管式換熱器 E101 塔頂盤管式冷凝 器 E102 與回流罐 C102 塔頂產(chǎn)品罐 C105 與塔底產(chǎn)品罐 C104 原料罐 C103 動力設(shè)備 電加熱器 塔頂產(chǎn)品計(jì)量泵 P10塔頂回流計(jì)量泵 P10進(jìn)料計(jì)量泵 P105 畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 第 10 頁 共 45 頁 進(jìn)料初始進(jìn)料泵 P10塔底殘液出料泵 P103 檢測儀表： Pt100 熱電阻溫度傳感器 塔底液位與回流罐液位傳感變送器 進(jìn)料、塔頂產(chǎn)品與回流計(jì)量泵 冷卻水渦輪流量計(jì) FT12 執(zhí)行機(jī)構(gòu)： 用于調(diào)節(jié)冷卻水量的比例調(diào)節(jié)閥 V1 用于自動啟停塔底殘液出料泵的開關(guān)繼電器 用于調(diào)節(jié)塔底加熱功率的單相可控硅調(diào)壓裝置 用于調(diào)節(jié)進(jìn)料、塔頂產(chǎn)品與回流量 的進(jìn)口計(jì)量泵 畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 第 11 頁 共 45 頁 則精餾塔的配置和硬件清單如表 所示。由于對精餾塔的控制要求較高所以設(shè)計(jì)每個控制環(huán)節(jié)時(shí)要全方面的考慮。 (3)實(shí)際塔板數(shù) 已知全塔效率 ET= 所以實(shí)際板數(shù) NP=NT/ET=4/=8