北华大学毕业设计（论文）
象输入端，精馏塔对象通过两控制回路输入的流量设定值控制各自的加热介质流量，为精馏塔塔釜再沸器提供热源，精馏塔对象通过对灵敏板温度测量输出灵敏板温度，输出端连接到灵敏板控制器反馈输入端，其特征在于：灵敏板温度控制器输出端同再沸器2控制回路输入端之间串联负荷分配控制回路，输出到复合控制器（作为再沸器2的流量设定1）；两再沸器出口温度测量值输出至温度均衡控制回路作为输入端，该温度均衡控制回路输出到复合控制器（作为再沸器2的流量设定2）；复合控制器输出端连接到再沸器2流量控制回路输入端。
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1 绪论
1.1 课题意义与现状
1.1.1 课题意义
精馏塔是化工生产中分离互溶液体混合物的典型分离设备。它是依据精馏原理对液体进行分离，即在一定压力下，利用互溶液体混合物个组成的沸点或饱和蒸汽压不同，使轻组份（及沸点较低或饱和蒸汽压较高的组份）汽化。经多次部分液相气化和部分气相冷凝，使气相中的轻组分和液相中的重组分浓度逐渐升高，从而实现分离的目的，满足化工连续化生产的需求。精馏塔塔釜温度控制的稳定与否直接决定了精馏塔的分离质量和分离效果，控制精馏塔的塔釜温度是保证产品高效分离，进一步得到高纯度产品的重要手段。维持正常的塔釜温度，可以避免轻组分流失，提高物料的回收率，也可以减少残留物料的污染作用。
影响精馏塔温度不稳定的因素主要是来自外界的干扰（如进料温度，流量及成分等的变化对温度的影响）。一般情况下精馏塔的温度我们是通过控制精馏塔釜内灵敏板的温度来控制的。灵敏板是当外界条件或负荷改变时精馏塔内温度变化最灵敏的一块塔板。精馏塔是一个多输入多输出的对象，它由很多级塔板组成，内在机理复杂，对控制要求大多较高。这就需要根据具体要求分析特性，结合具体塔的特点，进行自动控制方案设计和研究。
精馏塔的控制最终目标是：在保证产品质量的前提下，使回收率最高，能耗最小，或使总收益最大。 1.1.2 课题现状
国外精馏塔系统发展比较成熟。新型板式塔是将MD塔板悬挂降液管技术移植到常规塔板技术上，增加了踏板鼓泡面积，提高了精馏塔设备的处理能力。国外还开发了一种超重力精馏分离传质机器—Higee。这种超重力离心分离机具备极为优良的传质效率和处理能力特征。
目前，国内精馏塔塔温控制一般采取温控仪+继电器进行控制，这种方法虽然廉价，但是在控制上受到很多限制，很难满足生产要求。所以开发了一种以西门子S7-200PLC为核心的精馏塔温度控制系统。近年来出现的超重力精馏技术，利用高速旋转产生的数百至千倍重力的超重力场代替常规的重力场，极大地强化气液传质过程，将传质单元高度降低1个数量级。从而使巨大的塔设备变为高度不到2米的超重力精馏机，达到增加效率、缩小体积的目的。超重力精馏改变了 传统的塔设备精馏模式，只要在
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室内厂房里就可以实现连续精馏过程。对社会的发展而言可节省钢材资源，延长地球资源的使用年限；对企业的发展而言，可以节约场地与空间资源，减少污染排放，提高产品质量，改善经营管理模式，降低生产劳动强度，增加生产的安全性。
1.2 本课题研究的主要内容
课题研究内容是精馏塔的温度控制。精馏塔温度控制选取塔釜灵敏板温度作为被控变量，灵敏板是当外界条件或负荷改变时精馏塔内温度变化最灵敏的一块塔板。用控制温度间接控制产品的质量。
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2 精馏塔控制过程控制分析
2.1 精馏基本原理
所谓精馏，就是把一定浓度的溶液送到精馏装置中，使之不断进行部分冷凝和部分汽化，在塔顶及塔底均得到预期产品的一种操作过程。在此过程中，人致需要如下设备：①精馏塔：②冷凝器：③再沸器：④回流罐；⑤回流泵。石油化工行业中的精馏装置大多采取的是连续运行的方式，其具体流程图见下图2.1所示。
换热器进料流量 F 回流罐 回流量L 塔顶采出量D 精馏塔 加热蒸汽量Q V 再沸器 塔底采出量B
图2.1 连续精馏装置流程图
连续精馏的具体运行流程如下：①原料从进料板（即为精馏塔中段的某块塔板）上进入，进料板将整个精馏塔分为精馏段（进料板以上的部分）和提馏段（进料板以下的部分）；②溶液进入精馏塔之后，因各组分具有不同的沸点，从而导致低沸点低组分（即易挥发组分）汽化较易而往上升腾，而高沸点组分（即难挥发组分）则大多随着液体向下流。并和精馏塔内上升的蒸汽在各层塔板上进行充分接触，从而进行传热、传质过程：③向F流的液体到达塔釜之后，部分被连续引出从而成为塔底产品。部分经加热汽化之后又返回到精馏塔中；④精馏塔内的上升蒸汽依次经过全部塔板，从而使蒸汽中的易挥发组分的浓度逐渐增高，上升至塔顶的蒸汽在冷凝器中被冷凝成为液体，经过回
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流泵和回流罐之后，部分被连续引出从而成为塔顶产品，部分则作为塔内冷却液而被引回至顶部塔板上，这一过程称为回流。
精馏的分类方法较多，常见的有以下几种分类方法：①按需分离组分的不同来分，可分为二元精馏及多元精馏；②按精馏塔的结构来分，可分为板式塔和填料塔；⑨按精馏操作的连续性来分，可分为间歇精馏及连续精馏；④按精馏操作压力来分，可分为常压精馏、加压精馏及减压精馏：⑤按混合物重组分的挥发度来分，可分为一般精馏与特殊精馏，其中特殊精馏又分为萃取精馏与共沸精馏等。
精馏操作迫使混合物的气、液两相在精馏塔体中作逆向流动，在互相接触过程中，液相中的轻组分逐渐转入气相，而气相中的重组分则逐渐进入液相。精馏过程本质上是一种传质过程，也伴随着传热。
在恒定压力下，对单组分液体在沸腾时继续加热，其温度保持不变。但对于多组分的理想溶液来说，在恒定压力下，沸腾溶液的温度却是可变的。一般而言，在恒定压力下，溶液气液相平衡与其组分有关。高沸点组分的浓度越高，溶液平衡温度越高。与纯物质的气液平衡相比较，溶液气液平衡的一个特点是：在平衡状态下，气相浓度与液相浓度是不相同的。一般情况下，气相中的低沸点组分的浓度高于它在液相中的数值。对于纯组分的气液相平衡，把恒定压力下的平衡温度称为该压力下的沸点或冷凝点。但对于处在相平衡下的溶液，则把平衡温度称为在该压力下某气相浓度的露点温度或对应的液相浓度的泡点温度。
对于同一浓度的气相和液相来说，露点温度与泡点一般是不相等的，前者比后者高。以苯与甲苯混合液为例，若以温度为纵坐标，液相或气相中苯的浓度为横坐标，将苯一甲苯气液相平衡数据绘成曲线，可得如图2.2所示的温度一浓度曲线图。
在图2.2中，曲线1表示在一定压力下，溶液的浓度与泡点的关系，称为液相线，线上每一点均代表饱和液体；曲线2表示溶液浓度与露点的关系，称为气相线，线上每一点均代表饱和蒸汽。液相线以下的区域是液相区；气相线以上，溶液全部汽化，称为过热蒸汽区；两线之间为汽、液两相共存区，溶液处于任一点时，都可以分为相互平衡的汽、液两相。
设在一个标准大气压下，将浓度为x1、温度为t1，的溶液加热，当达到泡点温度t2时，液体开始沸腾，产生的蒸汽浓度为y1，y1与平x1衡，而且y1>x1。如继续加热，且不从物系中取走物料，当温度升高到t3时，则在共存的汽、液两相中，液相的浓度为
x2，蒸汽相的浓度为与x2成平衡的y2，且y2>x2。若再继续升高温度达t4时，液相
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