精馏塔塔釜温度控制系统.

辽宁工业大学过程控制系统课程设计（论文）题目：精馏塔塔釜温度控制系统设计院（系）：电气工程学院专业班级：学号：学生姓名：指导教师：起止时间：2014-12-15至2014-12-26本科生课程设计（论文）I课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院教研室：测控技术与仪器注：成绩：平时20%论文质量60%答辩20%以百分制计算学号学生姓名专业班级设计题目精馏塔塔釜温度控制系统设计课程设计（论文）任务设计任务设计精馏塔塔釜温度控制系统。精馏塔是石油化工生产过程中的主要装置，通过精馏操作可将由多组分组成的混合物分离成较纯组分的产品。精馏塔温度是保证分离纯度的重要指标，塔釜的部分产品经过再沸器回流到塔内，一方面保证精馏塔温度恒定，另一方面保证生产的连续性。工艺要求塔釜温度控制在800±2℃。在生产过程中蒸汽压力变化剧烈，而且幅度大，有时从0.5Mpa突然下降到0.3Mpa，压力变化了40%。设计要求1、确定控制方案并绘制原理结构图、方框图；2、选择传感器、变送器、控制器、执行器，给出具体型号和参数；3、确定控制器的控制规律以及控制器正反作用方式，确定阀的流量特性和开闭形式；4、进行模拟调试或仿真；5、按规定的书写格式，撰写、打印设计说明书一份；设计说明书在4000字以上。技术参数测量范围：0～1000℃；控制温度：800±2℃；最大偏差：50℃。工作计划1、布置任务，查阅资料，理解掌握系统的控制要求。（2天）2、确定系统的控制方案，绘制原理结构图、方框图。（1天）3、选择传感器、变送器、控制器、执行器，给出具体型号。（2天）4、确定控制器的控制规律以及控制器正反作用方式。（1天）调节阀的气开气关形式以及流量特性选择。（1天）5、上机实现系统的模拟运行、答辩。（2天）6、撰写、打印设计说明书（1天）指导教师评语及成绩平时：论文质量：答辩：指导教师签字：总成绩：年月日本科生课程设计（论文）III摘要精馏是把液体混合物进行多次部分汽化，同时又把产生的蒸汽多次部分冷凝，使混合物分离为所要求组分的操作过程，是在石油及化工等众多生产过程中广泛应用的一种传质方法，通过精馏，使混合物料中的各组分分离，分别达到规定的纯度。精馏塔是一个多输入多输出的多变量过程，内在机理比较复杂，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，确定精馏塔的控制方案是一个十分重要的课题。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。对于精馏塔工作受物料平衡和能量平衡的制约，鉴于单回路控制系统和前馈控制系统无法满足精馏塔这一复杂的、综合性的控制要求，因此设计了基于串级控制的精馏塔塔釜温度控制系统。关键词：精馏；多输入多输出；串级控制本科生课程设计（论文）III目录第1章绪论............................................................................................................................3第2章课程设计的方案论证........................................................................................42.1系统对象特性分析..........................................................................................................42.2方案设计..............................................................................................................................52.3确定设计方案....................................................................................................................7第3章仪表的设计选择...................................................................................................83.1检测仪表的选择设计......................................................................................................83.1.1温度传感器的选择设计.........................................................................................83.1.2温度变送器的选择设计........................................................................................93.1.3压力传感器的选择设计......................................................................................103.2执行器的选择设计........................................................................................................113.3电/气转换器的选择设计..............................................................................................133.4控制器的选择设计........................................................................................................133.4.1温度控制器的选择设计......................................................................................143.4.2压力控制器的选择设计......................................................................................143.5PID控制算法....................................................................................................................15第4章系统仿真或模拟调试......................................................................................17第5章课程设计总结......................................................................................................18参考文献.....................................................................................................................................21本科生课程设计（论文）III第1章绪论随着当今世界石油化工业的迅猛崛起，人们也开始重视起石油化学的加工技术，而其中精馏操作的应用也越来越广。精馏使混合物料中的各组分分离，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（沸点不同），也就是同一温度下，各组分的蒸汽分压不同这一性质，使液相中的低沸物和高沸物进行互相转移，从而实现分离。在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。对于石油化工的生产等大型生产过程，主要是采用连续精馏。精馏塔可分为精馏段，提馏段各塔板，进料板，塔顶冷凝器及回流罐，塔釜等。精馏塔的控制目标为，在保证产品质量的合格前提下，使塔的总效益最大或者生产成本达到最小化。温度作为间接质量指标是精馏塔质量控制中应用最早同样也是最为普通的一种。对于二元精馏塔而言，在一定压力下，沸点和产品的成分有单值对应关系，只要塔压恒定，塔釜的温度便反应了成分。对于多元精馏塔而言，压力一定而保持一定的温度，成分的误差便可忽略不计。精馏塔温度是保证分离纯度的重要指标，塔釜的部分产品经过再沸器回流到塔内，其主要干扰因素为进料状态，即进料流量，进料温度及进料成分等。此外，冷剂与加热剂的压力和温度及环境温度也会影响精馏塔的平衡操作。因此，在精馏塔方案确定时将进料状态，进料温度等加以定值控制是对精馏塔的平衡操作是十分有利的。控制系统大体可分为简单控制系统和复杂控制系统，具体包括结构简单的单回路控制系统和复杂的串级控制系统，前馈控制系统，大滞后控制系统，比值控制系统，均匀控制系统和分程控制系统等。在实际精馏塔的整体控制方案中，简单的单回路控制系统不能满足高精度的工艺要求，因此串级控制，均匀控制，比值控制和前馈控制等控制系统经常被使用。第1章TC0本科生课程设计（论文）III第2章课程设计的方案论证2.1系统对象特性分析本次设计主要是综合应用所学知识，设计精馏塔塔釜温度控制系统，并在实践的基本技能方面进行一次系统的训练。能够较全面地巩固和应用“过程控制系统”课程中所学的基本理论和基本方法。应用场合:炼油、化工生产中的主要装置。系统功能介绍:精馏塔是石油化工生产过程中的主要装置。对于由多组分组成混合物，利用其组分的不同挥发度，通过精馏操作将其分离成较纯的组分的产品。在精馏塔分离过程中塔釜温度是保证产品分离纯度的重要指标，因此控制塔釜温度在控制系统中尤为重要。在此系统中控制变量为蒸汽流量，被控对象为塔釜温度。蒸汽经过再沸器对其进行加热，因为温度是精馏塔分离过程的重要指标，所以蒸汽流量的控制是精馏塔的工艺要求的决定性因素蒸汽压力是系统的主要干扰因素。。精馏塔是一个多变量的被控过程，可供选择的被控变量和操作变量众多的，选定一种变量配对，就组成了一种控制方案。精馏塔的主要干扰因素有以下几点：1:蒸汽压力的干扰2:进料组分的干扰3:进料温度的干扰4:进料流量的干扰本科生课程设计（论文）III2.2方案设计通过对于精馏塔中蒸汽压力，进料组分和进料流量等的干扰因素的分析，控制系统的设计方案拟定为串级控制系统和前馈控制系统两个方案。方案一：串级控制系统串级控制系统是在简单控制系统的基础上发展起来的，当被控过程的滞后较大，干扰比较剧烈频繁时若采用简单的控制系统便不能满足工艺控制要求，在系统结构上，串级控制系统包括两个控制回路，通过副回路的引入不仅能够迅速克服作用于副回路的干扰，也能加速克服主回路的干扰，进而使系统控制品质显著提高。串级控制系统的主回路是定值控制系统，副回路是随动控制系统，通过它们的协调工作，使主参数能够准确的控制在工艺规定的范围之内。图2.1串级控制系统框图本设计中，主被控变量为温度，副被控变量为蒸汽压力。为保证精馏塔温度恒定和生产的连续性，将精馏塔塔釜温度调节器和蒸汽压力调节器构成串级控制系统，其精馏塔塔釜温度为主调节器，蒸汽压力调节器为副调节器。串级控制系统之所以适合蒸馏塔塔釜温度控制系统可以归纳为以