典型化工单元的控制方案

第十七章 典型化工单元的控制方案,化工仪表及自动化 张冰剑,内容提要,精馏塔的自动控制 精馏塔的干扰因素及对自动控制的要求 精馏塔的控制方案 化学反应器的自动控制 化学反应器的控制要求 釜式反应器的温度自动控制 固定床反应器的自动控制 流化床反应器的自动控制,第三节 精馏塔的自动控制,3.1 精馏塔的干扰因素及自动控制要求,进料流量F 的波动（） 进料成分ZF的变化（） 进料温度及进料热焓QF的变化 再沸器加热剂（如蒸汽）加入热量的变化 冷却剂在冷凝器内除去热量的变化 环境温度的变化,(1) 干扰因素,保证质量指标 保证平稳操作 约束条件,3.1 精馏塔的干扰因素及自动控制要求,(2) 自动控制要求,3.2 精馏塔的控制方案,提馏段温控 精馏段控制 温差控制,(1) 提馏段温控,如果采用以提馏段温度作为衡量质量指标的间接指标，而以改变加热量作为控制手段的方案，就称为提馏段温控。,提馏段温控的主要特点与使用场合：,采用了提馏段温度作为间接质量指标，因此它能较直接地反映提馏段产品情况。将提馏段温度恒定后，就能较好地保证塔底产品的质量达到规定值。 当干扰首先进入提馏段时，用提馏段温控就比较及时，动态过程也比较快。,(1) 提馏段温控,(2) 精馏段温控,如果采用以精馏段温度作为衡量质量指标的间接指标，而以改变回流量作为控制手段的方案，就称为精馏段温控。,精馏段温控的主要特点与使用场合：,采用了精馏段温度作为间接质量指标，因此它能较直接地反映精馏段的产品情况。当塔顶产品纯度要求比塔底严格时，一般宜采用精馏段温控方案。 如果干扰首先进入精馏段，采用精馏段温控就比较及时。,(2) 精馏段温控,在采用精馏段温控或提馏段温控时，当分离的产品较纯时，由于塔顶或塔底的温度变化很小，对测温仪表的灵敏度和控制精度都提出了很高的要求，但实际上却很难满足。解决这一问题的方法，是将测温元件安装在塔顶以下或塔底以上几块塔板的灵敏板上，以灵敏板的温度作为被控变量。,温度控制与灵敏板,(3) 温差控制,采用温差作为衡量质量指标的间接变量，是为了精密蒸馏中消除塔压波动对产品质量的影响。,温差与产品纯度之间并非单值关系。,(4) 按产品成分或物性的直接控制,能利用成分分析器，例如红外分析器、色谱仪、密度计、干点和闪点以及初馏点分析器等，分析出塔顶（或塔底）的产品成分并作为被控变量，用回流量（或再沸器加热量）作为控制手段组成成分控制系统，就可实现按产品成分的直接指标控制。,第四节 化学反应器的自动控制,4.1 化学反应器的控制要求,(1) 质量指标,化学反应器的质量指标一般指反应的转化率或反应生成物的规定浓度。,如聚合釜出口温差控制与转化率的关系为：,(2)物料平衡,为使反应正常，转化率高，要求维持进入反应器的各种物料量恒定，配比符合要求。,(3)约束条件,对于反应器，要防止工艺变量进入危险区域或不正常工况，应当配备一些报警、联锁装置或设置取代控制系统。,4.2 釜式反应器的温度自动控制,(1)控制进料温度,(2)控制传热量,由于大多数反应釜均有传热面，引入或移去反应热，所以用改变引入传热量多少的方法就能实现温度控制。,(3)串级控制,为了针对反应釜滞后较大的特点，可采用串级控制方案。,釜温与夹套温度串级控制,釜温与釜压串级控制,(3)串级控制,4.3 固定床反应器的自动控制,固定床反应器是指催化剂床层固定于设备中不动的反应器，流体原料在催化剂作用下进行化学反应以生成所需反应物。,常见的温度控制方案有：,控制进料浓度 控制进料温度 控制段间进入的冷气量,改变进料浓度调反应器温度,4.3 固定床反应器的自动控制,用载热体流量调温度,4.3 固定床反应器的自动控制,用旁路调温度,用改变段间冷气量调温度,用改变段间蒸汽量调温度,4.3 固定床反应器的自动控制,4.4 流化床反应器的自动控制,流化床反应器原理,改变入口温度调反应器温度,流化床差压指示系统,改变冷剂流量调温度,4.4 流化床反应器的自动控制,催化裂化反再系统控制,例题分析,如图所示为一放热催化反应器。原料气在预热器内加热后进入反应器。反应以后的反应气作为预热器内的载热体，放出部分热量后再进入下一工序。试问上述工艺过程应该采取什么控制方案，才能使生产正常运行。,例1,分析放热反应器的特性，可知上述生产过程不加控制是不行的。如果没有任何控制系统，一旦原料气由于某种原因温度升高时，进入催化放热反应器后，会使反应加剧，放出更多热量，出来的反应气温度也相应升高,进入预热器后，使原料气的温度进一步升高，于是反应更加剧烈，反应气出口的温度也继续升高，这样就起正反馈的作用，使反应器失去控制，催化剂损坏，以致造成事故。 为了使生产正常进行,可采用图17-45所示的温度控制系统,来切断反应器内部这一正反馈通道。,解：,当原料气的温度升高时,通过温度控制器减少进入预热器的载热体(反应气)流量,从而保持反应器气体入口温度不变。这里采用三通(一进二出)控制阀是因为反应器出来的反应气总量(负荷)是不允许任意改变的,当预热器需要的载热体数量减少时,另一部分反应气仍可通过旁路进入下一工序。,反应器温度控制,解：,自动控制系统,课程内容回顾,被控对象,自动化装置,自动化装置,检测变送,控制器,执行器,液位检测,流量检测,压力检测,温度检测,积分控制,比例控制,位式控制,微分控制,课程内容回顾,被控对象,时滞对象,积分对象,一阶对象,重要参数：放大倍数、时间常数、滞后时间,课程内容回顾,自动控制系统,高级控制系统,复杂控制系统(串级控制系统),简单控制系统,课程内容回顾,第十七章 典型化工单元的控制方案,结 束 ！,36,