北华大学毕业设计（论文）
摘 要
精馏是在石油、化工等生产过程中广泛运用的一种传质过程。通过精馏过程，使混合物料中的各组分分离，分别达到规定的纯度。分离的机理是利用混合物中各组分的挥发度不同进行分离。一般的精馏装置有精馏塔、再沸器、冷凝冷却器、回流罐及回流泵等设备组成。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。精馏塔是一个多输入多输出的多变量的过程，内在机理较复杂，动态响应迟缓，变量之间互有影响，所以控制复杂。精馏塔的控制目标是：在保证产品质量合格的前期下，使塔的总收益最大，总成本最小。
本文主要是针对精馏塔温度控制设计。温度作为间接质量指标，是精馏塔质量控制中应用最早的也是目前最常见的方式,。用温度作为间接质量指标有一个前提，塔内压力应为定值。
关键词：精馏塔； 温度控制；串级控制； 前馈—串级； MATLAB仿真
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Abstract
Distillation is in petroleum, chemical industry etc widely used in the process of production of a mass transfer process. Through distillation process, the various components of hybrid material separation, respectively at the purity of specified. Separation mechanism is the use of various components in the mixture of volatility of different separation. General rectification device has rectifying column and reboiler, condensation cooler, reflux drum and the reflux pump and other equipment. Rectifying column is a kind of for distillation tower gas-liquid contact device, also known as the distillation tower. Rectification tower is a process of multiple input multiple output of multivariable internal mechanism is complex, dynamic response is slow, influence each other between variables, so the control of complex. Rectification tower control objectives are: to guarantee the quality of products qualified early, the total revenue of the tower is the largest, the minimum total cost.
This article is mainly aimed at rectifying column temperature control design. Temperature indirectly as a quality index, is the first application in the quality control of rectification tower is by far the most common way, With temperature indirectly as a quality index has a premise, the tower pressure should be valued.
Key Words：Rectification tower Temperature control Cascade control Feedforward cascade Matlab simulation
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目 录
摘 要 .................................................................................................................................. 1 Abstract ..................................................................................................................................... 2 引 言 .................................................................................................................................. 1 1 绪论 ....................................................................................................................................... 3
1.1 课题意义与现状 ....................................................................................................... 3
1.1.1 课题意义 ......................................................................................................... 3 1.1.2 课题现状 ......................................................................................................... 3 1.2 本课题研究的主要内容........................................................................................... 4 2 精馏塔控制过程控制分析 ................................................................................................. 5
2.1 精馏基本原理 ........................................................................................................... 5 2.2 控制方案介绍 ........................................................................................................... 8 2.3 精馏塔的灵敏板选择 ............................................................................................... 9 2.4 精馏塔控制要求 ..................................................................................................... 10 2.5 精馏塔精馏段的扰动分析 .................................................................................... 11 3 精馏塔温度控制方案分析 ............................................................................................... 15
3.1 精馏塔串级方案分析 ............................................................................................. 15 3.2 精馏塔前馈—串级方案分析 ................................................................................ 16 3.3 工艺描述.................................................................................................................. 19 4 控制系统的建模 ................................................................................................................ 20
4.1 建模方法简述 ......................................................................................................... 20 4.2 过程建模的目的 ..................................................................................................... 20 4.3 建模的方法 ............................................................................................................. 20
4.3.1 机理建模 ....................................................................................................... 20 4.3.2 物料和能量守恒关系 .................................................................................. 21 4.3.3 经验建模 ....................................................................................................... 21
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4.3.4 阶跃响应建模............................................................................................... 22 4.4 阶跃响应的获取 ..................................................................................................... 22 4.5 经验建模的方法 ..................................................................................................... 22 4.6 建立数学模型 ......................................................................................................... 23 5 系统仿真 ............................................................................................................................ 25
5.1 系统仿真技术概述 ................................................................................................. 25 5.2 系统仿真的分类与发展......................................................................................... 25
5.2.1 仿真系统的分类 .......................................................................................... 25 5.2.2 仿真系统的发展 .......................................................................................... 26 5.3 MATLAB简介 ........................................................................................................ 26 5.4 SIMULINK的简介 ................................................................................................. 27 5.5 使用MATLAB对实验结果进行仿真 ................................................................ 27 结 论 ................................................................................................................................ 35 参 考 文 献 .......................................................................................................................... 36 致 谢 ................................................................................................................................ 37
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引 言
石油化工生产常需将液体混合物分离以达到提纯或回收有用组分的目的。分离互溶液体混合物有许多种方法，精馏是在炼油、化工等众多生产过程中广泛应用的一个传质过程。精馏过程通过反复的汽化与冷凝，使混合物料中的各组分分离，分别达到规定的纯度。精馏塔的控制直接影响到产品质量、产量和能量消耗，因此精馏塔的自动控制问题长期以来一直受到人们的高度重视。
精馏过程是由精馏装置来实现的，精馏装置一般是由精馏塔、再沸器（重沸器）、冷凝冷却器、回流罐及回流泵等组成。
实际生产过程中，精馏操作可分为间歇精馏和连续精馏两种。石油化工等大型生产过程主要采用的连续精馏。
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。蒸溜的原理是蒸气由塔底进入。蒸发出的气相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）组分不断地向气相中转移，气相中的难挥发（高沸点）组分不断地向下降液中转移，气相愈接近塔顶，其易挥发组分浓度愈高，而下降液愈接近塔底，其难挥发组分则愈富集，从而达到组分分离的目的。由塔顶上升的气相进入冷凝器，冷凝的液体的一部分作为回流液返回塔顶进入精馏塔中，其余的部分则作为馏出液取出。塔底流出的液体，其中的一部分送入再沸器，加热蒸发成气相返回塔中，另一部分液体作为釜残液取出。
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的特性，实现分离目的的单元操作。蒸馏按照其操作方法可分为：简单蒸馏、闪蒸、精馏和特殊精馏等。
精馏塔是一个多输入多输出的多变量过程，其内在机理复杂，动态响应迟缓，变量之间相互关联，不同的塔工艺结构差别很大，而工艺对控制提出的要求又较高，所以确定精馏塔的控制方案是一个极为重要的课题。
本文设计目的精馏塔灵敏板温度控制系统，包括——灵敏板温度控制器、再沸器1流量控制回路、再沸器2流量控制回路、一个精馏塔对象，灵敏板温度控制器根据输入的灵敏板温度设定值和精馏塔对象灵敏板温度测量值，计算出流量设定值输出，输出端连接至1个再沸器流量控制回路输入端和一个加热负荷比例计算模块，两个再沸器流量控制回路并联于灵敏板温度控制器和精馏塔对象之间，两控制回路输出端连接精馏塔对
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