北华大学毕业设计（论文）
改变操作压力，将使每块塔板上汽液平衡的组成发生改变。压力升高，则气相中重组分减少，相应地提高了气相中轻组分的浓度；液相中轻组分含量较前增加，同时也改变了气液相的重量比，使液相量增加，气相量减少。总的结果是：塔顶馏分中轻组分浓度增加，但数量却相对减少；釜液中的轻组分浓度增加，釜液量增加。同理，压力降低，塔顶馏分的数量增加，轻组分浓度降低；釜液量减少，轻组分浓度减少。正常操作中，应保持恒定的压力，但若因操作不正常，引起塔顶产品中重组分浓度增加时，则可采用适当提高压力的办法，使产品质量合格，但此时釜液中的轻组分损失增加。
②改变组份间的相对挥发度
压力增加，组份间的相对挥发度降低，分离效率下降，反之，组份间的相对挥发度增加，分离效率提高。
③改变塔的生产能力
压力增加，组份的重度增大，塔的处理能力增大。 ④塔压的波动
这将引起温度和组成间对应关系的混乱。我们在操作中经常以温度作为衡量产品质量的间接标准，但这只有在塔压恒定的前提下才是正确的。当塔压改变时，混合物的泡点、露点发生变化，引起全塔的温度发生改变，温度和产品质量的对应关系也将发生改变。
从以上分析可看出，改变操作压力，将改变整个塔的操作情况，因此在正常操作中应维持恒定的压力（工艺指标），只有在塔的正常操作受到破坏时，才可根据以上的分析，在工艺指标允许的范围内，对塔的压力进行适当的调节。应该指出，在精馏操作过程中，进料量、进料组成和进料温度的改变，塔釜加热蒸汽量的改变，回流量、回流温度和冷剂压力（对内回流塔而言）的改变以及塔的堵塞等，都可能引起塔压的波动，此时应首先分析引起塔压波动的原因，及时处理，使操作恢复正常。
（2）进料量的变化对精馏塔精馏段操作的影响
进料流量是上工序的出料，因此，通常不可控但可测，当进料流量较大时，对精馏塔的操作会造成很大的影响。进料流量影响物料平衡，也影响能量平衡。因此，控制策略应保持流量的基本恒定。
进料成分影响物料平衡和能量平衡，但进料成分通常不可控，多数情况下也难于测量。因此，控制策略是尽量控制上一工序的操作，从外围着手，使进料成分能够保持恒定，减小其变化对精馏塔操作的影响。
（3）进料组份的变化对精馏塔精馏段操作的影响
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进料组份的变化直接影响精馏塔精馏段的操作，当进料中重组份的浓度增加时，精馏段的负荷增加。对于固定了精馏段塔板数的塔来说，将造成重组份带到塔顶，使塔顶产品质量不合格。
若进料中轻组份的浓度增加时，此时精馏段的负荷增加。对于固定了提馏段塔板数的塔来说，将造成提馏段轻组份蒸出不完全，釜液中轻组份的损失加大。
同时，进料组成的变化还将引起全塔物料平衡和工艺条件的变化。组份变轻，则塔顶馏份增加，釜液排出量减少。此时，全塔温度下降，塔压升高。组成变重，情况相反。进料组成变化时，可采取如下措施：
①改进料口 组成变重时，进料口往下改；组成变轻时，进料口往上改。 ②改变回流比 组成变重时，加大回流比；组成变轻时，减少回流比。 ③调节冷剂和热剂量 根据组成的变动情况，相应地调节塔顶冷凝器的冷剂和塔釜热剂量，维持塔顶及塔底产品质量不变。
（4）进料温度的变化对精馏塔精馏段操作的影响
进料温度的变化对精馏操作的影响是很大的。总的来讲，进料温度降低，将增加塔底蒸发釜的热负荷，减少塔顶冷凝器的冷负荷；进料温度升高，则增加塔顶冷凝器的冷负荷，减少塔底蒸发釜的热负荷。当进料温度的变化幅度过大时，通常会影响整个塔身的温度，从而改变汽液平衡组成。例如：在进料温度过低，塔釜的加热蒸汽量没有富裕的情况下，将会使塔底馏分中轻组分含量增加。
进料温度的的改变，意味着进料状态的改变，而进料状态的改变将影响精馏段、提馏段负荷的改变，进而产品质量、物料平衡都将发生改变。因此，进料温度是影响精馏塔操作的重要因素之一。
（5）回流比的大小对精馏塔精馏段操作的影响
操作中以改变回流比的大小来保证产品的质量。当塔顶馏分中重组份含量增加时，常采用加大回流比的方法将重组份压下去，以使产品质量合格。当精馏段的轻组份下到提馏段造成塔下部温度降低时，可以用适当减少回流比的办法以使塔下部温度提起来。增加回流比，对从塔顶得到产品的精馏塔来说，可以提高产品质量，但是却要降低塔的生产能力，增加水、电、汽的消耗。回流比过大，将会造成塔内物料的循环量过大，甚至能导致液泛，破坏塔的正常操作。
（6）塔顶冷剂量的大小对精馏塔精馏段操作的影响
对采用内回流操作的塔，其冷剂量的大小，对精馏操作的影响比较显著；同时也是影响回流量波动的主要因素。
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对于采用外回流的塔，同样会由于冷剂量的波动，在不同程度上影响精馏塔的操作。例如，冷剂量减少，将使冷凝器的作用变差，冷凝液量减少，而在塔顶产品的液相采出量作定值调节时，回流量势必减少。假如冷凝器还有过冷作用（即通常所称的冷凝冷却器）时，则冷剂量的减少，还会引起回流液温度的升高。这些都会使精馏塔的顶温升高，塔顶产品中重组份含量增多，质量下降。
（7）塔顶采出量的大小对精馏塔精馏段操作的影响
塔顶采出量的大小和该塔进料量的大小有着相互对应关系，进料量增大，采出量应增大。
众所周知，采出量只有随进料量变化时，才能保持塔内固定的回流比，维持塔的正常操作，否则将会破坏塔内的气液平衡。
例如，当进料量不变时，对采用内回流的塔，若塔顶采出量增大，则回流比势必减少，引起各板上的回流液量减少，气液接触不好，传质效率下降；同时操作压力也将下降，各板上的气液相组成发生变化。结果是重组分被带到塔顶，塔顶产品的质量不合格。
在强制回流的操作中，如果进料量不变，塔顶采出量突然增大，则易造成回流液槽抽空。回流液一中断，顶温就升高，这同样也会影响塔顶产品质量下降。如果进料量加大，但塔顶采出量不变，其后果是回流比增大，塔内物料增多，上升蒸汽速度增大，塔顶与塔釜的压差增大，严重时会引起液泛。
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3 精馏塔温度控制方案分析
3.1 精馏塔串级方案分析
R 温度控制器 流量控制器 控制阀 流量对象 温度对象 T _ _ 流量变送器 温度变送器
图3.1 串级控制系统方块图
串级控制系统框图如图3.1所示。该系统有两个环路：一个内环和一个外环。习惯称为副环和主环。处于副环上的控制器、对象和变送器分别称副控制器、副对象和副变送器。副对象的输出称副被控变量，简称副变量。处于主环上的控制器、对象和变送器分别称为主控制器、主对象和主变送器。主对象的输出称为主被控变量，简称主变量。在本方案中流量控制器（FIC）是副控制器，流量是副变量，温度控制器（TIC）是主控制器，温度则是主变量。由图3.1知，主控制器的输出为副控制器的给定；而副控制器的输出直接送往控制阀。
工作过程：出于安全考虑选定控制阀为气开阀，温度和流量控制器均为反作用，假定系统处于稳定状态。
第一种情况：干扰来自副环。蒸汽流量突然增大，这时塔温肯定会增加，但是这一变化有一定的时间，也就是有很大的滞后。但是这一变化流量改变，继而流量控制器会有变化，它会作用于控制阀是的流量减小，从而调节了温度的变化。在这里流量控制器相当于起“预调”的作用。
第二种情况：干扰来自主环。进料量突然增大，这会导致塔釜液位上升，塔内温度下降对于温度控制器来说得到的是负偏差信号，输出会增大，也就是流量控制器的给定值变大了，此时流量没变化，所以流量控制器接收的是负偏差信号，流量控制器输出增大。从而蒸汽流量加大，温度回升达到新的平衡。
串级系统的特点：
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（1）串级控制系统具有更高的工作频率；由于副回路的存在，改善了对象的特性，使系统的工作频率得到提高。
（2）串级控制系统具有较高的抗干扰能力。
（3）串级控制系统具有一定的自适应能力（鲁棒性）。
3.2 精馏塔前馈—串级方案分析
前馈—串级控制系统的串级系统采用两套检测变送器和两个控制器，前一个控制器的输出作为后一个控制器的设定，后一个控制器的输出送往控制阀。前一个控制器称为主控制器，它所检测和控制的变量称主变量（主被控参数），即工艺控制指标；后一个控制器称为副控制器，它所检测和控制的变量称副变量（副被控参数），是为了稳定主变量而引入的辅助变量。串级部分包括两个控制回路，主回路和副回路。副回路由副变量检测变送、副控制器、控制阀和副过程构成；主回路由主变量检测变送、主控制器、副控制器、控制阀、副过程和主过程构成。
F Gff?S? Gpd?S? R Gc?S? Gc2?S? Gp2?S? Gpc?S? T _ _ 图3.2 前馈—串级控制系统方块图
前馈—串级控制系统的前馈系统采用一个控制器和一个变送器，当系统出现扰动时，立即将其测量出来，通过前馈控制器，根据扰动量的大小改变控制变量，以抵消扰动对被控参数的影响（完全补偿条件）如图3.3。前馈—串级控制系统框图如图3-2所示。
前馈控制的基本概念是测取进入过程的干扰（包括外界干扰和设定值变化），并按其信号产生合适的控制作用去改变操纵变量，使受控变量维持在设定值上。
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