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化工控制系统浅析——化工设计竞赛精馏塔

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步入化工实验室和生产中的化工厂,映入眼帘的除了设计精巧、平稳运行的装置,还有规模庞大的、保障装置正常运行的仪表和控制系统,想要完整规划化工过程,这一系统的设计同样不可忽视。缺少合理控制系统的装置就像停止交易之后的资金,都是在充满不确定性环境中“裸奔”,而新手往往盲目跟风、墨守成规,不清楚背后的规则与危机,为系统的运行崩溃埋下伏笔,本文就精馏塔装置对化工控制系统进行初始分析。

ROng>精馏塔变量介绍

精馏塔凭借设计经验成熟、分离效果优异和能量效率较高等优点,在化工生产领域的应用相当广泛,可以将其看做一个比较复杂的小系统。该系统至少包含21个相关变量:进料量F、进料组成xF、进料热状态q、塔压P、冷剂流量QC、冷剂管网压力PC、冷剂管网温度TC、回流罐液位LD、回流量L、塔顶产品流量D、塔顶产品组成xD、塔顶温度TD、上升蒸汽量V、热剂流量Qh、热剂管网压力Ph、热剂管网温度Th、塔釜液位LB、塔底产品流量B、塔底产品组成xB、塔底温度TB、环境温度Tsur。其中,被控变量——P、TD、TB、LD、LB,操作变量——QC、L、V(Qh)、D、B,主要干扰变量——F、xF、q,次要干扰变量——Pc、Ph、TC、Th、Tsur

化工控制系统浅析——精馏塔

图1 精馏塔变量说明
 

 

精馏塔一般控制方案

 

 

上述变量数量庞大,想要合理控制精馏塔,必须对系统进行分解,分解结果如下图所示。

化工控制系统浅析——精馏塔

当塔顶产品流量D较小时,一般采取精馏段控制方案,精馏段能量控制如左图所示,精馏段质量控制如右图所示。当回流比即回流量L/塔顶产品流量D<0.8时,选取前者控制方案,具有控制滞后小的优点;而回流比较大时选取后者,具有产品不合格时马上停止出料的优点,但是当回流罐容积比较大时,控制效果相对滞后。

化工控制系统浅析——精馏塔

图2 精馏段控制方案(能量控制:左,质量控制:右)

提馏段的优缺点与精馏段相同,适用于塔底产品流量B很小的时候,当上升蒸汽量V/进料量F<2.0时选择能量控制方案,其余选择质量控制方案。

化工控制系统浅析——精馏塔

图3 提馏段控制方案(能量控制:左,质量控制:右)
 

 

结语

 

 

本文主要对精馏塔变量和一般控制方案进行描述,可以实现一般控制需求,但实际生产过程中不可避免会遇到更加复杂的情况:进料量波动较大、控制滞后时间要求短、公用工程流量波动、以及防止非正常操作等实际问题。有学者提出了复杂控制概念,对一般控制方案进行优化,得到更好地运行效果。欲知后事如何,且看下回分解!

标签: 2020化工设计竞赛 化工设计竞赛 精馏塔控制

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