基于DCS的精餾塔工藝流程資料(共39頁)

1、青島科技大學本科畢業(yè)設計 第一章 緒論(xln)1.1 課題研究(ynji)的目的和意義 隨著現(xiàn)代化工的飛速發(fā)展，生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，工藝過程越趨復雜，對工藝流程前后工序相互關聯(lián)緊密，充分利用能源等提出的要求，DCS控制系統(tǒng)(kn zh x tn)已發(fā)展為過程控制的主流。它在工業(yè)過程控制領域發(fā)揮了越來越重要的作用，廣發(fā)應用于各種行業(yè)的生產(chǎn)過程中。生產(chǎn)設備自動化程度的提高有利于降低工廠生產(chǎn)成本，促進生產(chǎn)線的柔性化和集成化，有利于提高產(chǎn)品的質量，產(chǎn)量以及產(chǎn)品的競爭力。從某種意義上說，DCS控制技術為我們創(chuàng)造了不可忽視的經(jīng)濟效益和社會效益。 精餾塔作為石油化工生產(chǎn)過程的一個十分重要的環(huán)節(jié)，對其實現(xiàn)科

2、學的控制直接決定著產(chǎn)品的質量、產(chǎn)量和能耗。這也是工業(yè)自動化領域里的一個長期的研究課題。本課題的主要研究內(nèi)容本課題的主要內(nèi)容是根據(jù)精餾塔的工藝流程，控制系統(tǒng)要求等，分析影響精餾塔控制的主要參數(shù)，提出合理的控制方案并繪出其相應的控制流程圖，最后，應用JX-300XP DCS控制系統(tǒng)實現(xiàn)精餾塔的過程監(jiān)視，數(shù)據(jù)收集，數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)存儲，報警和登陸，過程控制等功能。工藝(gngy)過程分析精餾(jn li)系統(tǒng)工藝過程分析2.1.1工藝流程(n y li chn)簡介 本設計流程是利用精餾方法，在精餾塔中將乙醇從塔釜混合物中分離出來。精餾是將液體混合物部分氣化，利用其中各組分相對揮發(fā)度的不同，通過液相和

3、氣相間的質量傳遞來實現(xiàn)對混合物的分離。本裝置中將由于乙醇的沸點較低，易揮發(fā)，故采用加熱精餾，經(jīng)氣化的乙醇蒸汽經(jīng)冷凝，可得到較高純度的乙醇。 原料（乙醇和水及少量雜的混合物）經(jīng)進料管由精餾塔進料板處流入塔內(nèi)，開始精餾操作；當釜中的料液建立起適當液位時，再沸器進行加熱，使之部分氣化返回塔內(nèi)。氣相沿塔上升直至塔頂，由塔頂冷凝器將其進行全部或部分冷凝。將塔頂蒸汽凝液部分作為塔頂產(chǎn)品取出，稱為餾出物。另一部分凝液作為回流返回塔頂?；亓饕簭乃斞厮飨拢谙陆颠^程中與來自塔頂?shù)纳仙羝啻文嫦蚪佑|和分離。當流至塔底時，被再沸器加熱部分氣化，其氣相返回塔內(nèi)作為氣相回流，而其液相則作為塔底產(chǎn)品采出。2.1.2

4、工藝過程分析 精餾塔的操作是從物料平衡，熱量平衡，相平衡及精餾塔的性能等幾個方面考慮的，通過控制系統(tǒng)建立并調(diào)節(jié)塔的操作條件，使精餾塔滿足分離要求。 精餾塔操作控制的典型參數(shù)中，有六個流量參數(shù)：進料量，塔頂和塔釜產(chǎn)品流量，冷凝量，蒸發(fā)量和回流量。此外，還有壓力，塔釜液位，回流罐液位，塔頂產(chǎn)品組成和塔釜產(chǎn)品組成等參數(shù)。 壓力和液位控制是為了建立穩(wěn)定操作條件。液位恒定阻止了液位積累，壓力恒定阻止了氣體積累。對于一個連續(xù)系統(tǒng)，若不組織積累就不可能取得穩(wěn)定操作，也就不可能穩(wěn)定。壓力是精餾塔操作的主要控制參數(shù)，壓力除影響氣體積累外，還影響冷凝，蒸發(fā)，溫度，組成，相對揮發(fā)度等塔內(nèi)發(fā)生的幾乎所有過程。 產(chǎn)品組

5、成控制可以直接(zhji)使用產(chǎn)品組成測定值，也可以采用代表產(chǎn)品組成的物性，如密度，蒸汽壓，最常用的是采用靈敏點溫度。1.壓力(yl)控制 精餾塔對壓力的平衡要求很嚴格。一旦壓力大幅度波動，塔釜液位，回流液位緊跟著波動，進而影響物料平衡，熱量平衡，相平衡三大平衡，從而使整個操作系統(tǒng)處于不平穩(wěn)狀態(tài)，影響到產(chǎn)品質量及產(chǎn)量。例如從提高產(chǎn)品質量來說，壓力越高，沸點越接近，氣液兩相越難分離，顯然降低壓力可以提高產(chǎn)品質量。但降低操作壓力是以增加冷卻介質(jizh)的用量或降低冷卻介質溫度為前提的，因此降低操作壓力是有限的。由此可見，壓力控制對精餾塔的操控有主導作用。 一般情況下，冷卻介質，加熱介質的溫度，

6、壓力，流量都會影響到壓力的平穩(wěn)，因此可以根據(jù)控制要求選擇其中之一作為操縱變量來控制精餾塔的操作壓力。2.液位控制 （1）塔釜液位控制：塔釜液位既不能空也不能滿，塔釜液位滿，容易淹住返塔口，造成熱虹吸效果差，影響重沸器換熱效果。塔釜液位空，易造成重沸器內(nèi)液位液化氣蒸干，蒸干后，再有液化氣下到重沸器，馬上急劇氣化，沖塔造成整個塔的操作全部混亂。塔釜液化氣主要受塔釜產(chǎn)品產(chǎn)出量，塔壓力，塔釜溫度等影響，可根據(jù)造成塔釜液位變化的原因進行調(diào)節(jié)。一般塔釜液位用塔釜產(chǎn)品產(chǎn)出量進行控制。 （2）回流罐液位控制：回流罐液位既不能滿也不能空?；亓鞴蘅?，造成回流泵抽空停泵，則全塔停工?；亓鞴逎M，造成塔內(nèi)氣相介質無法冷

7、卻使得塔內(nèi)壓力急劇上升，易造成安全閥起跳或全塔操作混亂。影響回流罐液位的因素有塔頂產(chǎn)品產(chǎn)出量，壓力，釜溫，頂溫，回流量等。一般回流罐液位用釜溫或塔頂產(chǎn)品產(chǎn)出量控制。3.流量控制精餾塔操作控制中有六個流量參數(shù)：進料量，塔頂和塔釜產(chǎn)品流量，冷凝量，蒸發(fā)量和回流量。而流量的波動(bdng)又會影響壓力的平穩(wěn)，所以精餾塔的流量控制是必不可少的。但是，并不是說所有的流量都要控制，不同的控制方案選擇的控制流量參數(shù)也不同，精餾塔的控制一般包括物料平衡控制方案和熱量平衡控制方案，可以根據(jù)所選擇的控制方案來選擇需要控制的流量參數(shù)。4.溫度控制 溫度控制是最常用的產(chǎn)品組成控制手段。溫度控制的前提是控制溫度能正確反

8、應其組成的變化。若溫度控制不能與組成很好關聯(lián)，或對組成變化反應不靈敏，則溫度控制將失去作用，因此(ync)，一般采用提餾段靈敏板溫度作為主要參數(shù)，以實現(xiàn)對塔的間接分離質量控制。第三章 DCS系統(tǒng)(xtng)選型3.1 DCS系統(tǒng)概述70年代，大規(guī)模集成電路問世，微處理器（MICROPROCESSOR-u P）的誕生，控制技術，顯示技術，計算機技術，通信技術（即所謂的4C技術）等的進一步發(fā)展，人們?yōu)槔^承常規(guī)模擬儀表和計算機控制系統(tǒng)的優(yōu)點，進一步提高控制系統(tǒng)安全性和可靠性，降低成本，開發(fā)研制以微處理器為基礎的新型控制系統(tǒng)-分散控制系統(tǒng)分散型綜合控制系統(tǒng)（Distributed Control Sy

9、stem，簡稱DCS）又稱為集散控制系統(tǒng)，它綜合了計算機技術，控制技術，通信技術和顯示技術，使控制系統(tǒng)結構進入了一個新階段。DCS系統(tǒng)以其靈活，模塊化結構，安全，可靠，危險分散，功能齊全以及對大規(guī)模系統(tǒng)經(jīng)濟性好等特點成為當代自動化控制的主流系統(tǒng)。3.2 DCS系統(tǒng)的結構與特點3.2.1 DCS系統(tǒng)的基本組成 集散控制系統(tǒng)的產(chǎn)品眾多，但從系統(tǒng)的結構分析，都是由三部分組成，即分散(fnsn)過程控制裝置部分，操作管理裝置部分以及通信系統(tǒng)部分組成。 （1） 分散過程(guchng)控制裝置部分 它的主要功能(gngnng)是分散的過程控制，是系統(tǒng)與過程的接口。其結構特征: 需適應惡劣的工業(yè)生產(chǎn)過程環(huán)

10、境 分散過程控制裝置的一部分設備需安裝在現(xiàn)場所處的環(huán)境差，因此，要求分散過程控制裝置能適應環(huán)境的溫度，濕度變化；適應電網(wǎng)電壓波動的變化；適應工業(yè)環(huán)境中獸王電磁干擾的影響；適應環(huán)境介質的影響。 分散控制 分散過程控制裝置體現(xiàn)了控制分散的系統(tǒng)構成。它把區(qū)域分散的過程控制裝置用分散的控制實現(xiàn)。它把監(jiān)視和控制分離，把危險分散，使得系統(tǒng)的可靠性提高。 實時性 分散過程控制裝置直接與過程進行聯(lián)系，為能準確反映過程參數(shù)的變化，它應具有實時性強的特點。從裝置來看，它要有快的時鐘頻率，足夠的字長。從軟件來看，運算的程序應精煉，實時和多任務作業(yè)。 獨立性 相對于集散控制系統(tǒng)，分散過程裝置具有較強的獨立性。在上一級

11、設備出現(xiàn)故障或與上一級的通信失敗的情況下，它還能正常運行，從而也使過程控制和操作得以進行。因此，對它的可靠性要求也相對更高。 目前的分散過程控制裝置部分由回路控制器、多功能控制器、可編程序邏輯控制器及數(shù)據(jù)采集裝置等組成。它相當于現(xiàn)場控制級和過程控制裝置級，實現(xiàn)與過程的連接。3.2.2 DCS系統(tǒng)的特點 常規(guī)模擬儀表組成的過程控制系統(tǒng)與集中式計算機過程控制系統(tǒng)都有其固有的局限性。而DCS系統(tǒng)在工業(yè)控制上具有上述兩種系統(tǒng)所無法比擬的優(yōu)越性。（1）控制功能完善。集散控制系統(tǒng)的控制單元具有連續(xù)、離散、批量控制等高級功能，可以完成從簡單的單回路控制到復雜的多變量模型優(yōu)化控制及邏輯控制；可以實現(xiàn)監(jiān)控(ji

12、n kn)、顯示、打印、報警、歷史數(shù)據(jù)存儲等日常全部操作。（2）系統(tǒng)擴展靈活。集散系統(tǒng)多采用模塊式結構，可以靈活地組建單回路、多回路、大、中、小等各類系統(tǒng)。由于系統(tǒng)采用局域網(wǎng)絡，系統(tǒng)的擴展變得異常方便，局域網(wǎng)節(jié)點可以靈活地接入各種( zhn)單元或其他網(wǎng)絡。（3）完善的人-機聯(lián)系和集中監(jiān)控功能。CRT屏幕可將整個工廠的生產(chǎn)(shngchn)狀況，單元的數(shù)據(jù)及時、準確的展現(xiàn)在操作者面前；同時，CRT操作站還能夠適應現(xiàn)代管理中對畫面和報表的各種要求，從而實現(xiàn)真正的集中操作和管理。（4）安全可靠性高。由于采用了多微機分散控制結構，危險分散，系統(tǒng)中關鍵設備采用雙重或多重冗余設有自動備用系統(tǒng)和完善的自診

13、斷功能；現(xiàn)場信號的采集采用分布式，采集的信號經(jīng)智能前端處理成數(shù)據(jù)信號，抗干擾的能力增強。（5）安裝調(diào)試簡單。集散系統(tǒng)各單元安裝在標準機框內(nèi)，模件之間采用多芯電纜，標準化接插件相連；現(xiàn)場與控制室之間只需1-2根屏蔽電纜進行數(shù)據(jù)通訊，布線量大大減少。系統(tǒng)采用專業(yè)軟件調(diào)試，安裝調(diào)試時間僅為常規(guī)儀表的一半。（6）具有良好的性能價格比。鑒于上述優(yōu)良的性能及布線、安裝、調(diào)試費用等的大幅度下降，DCS系統(tǒng)規(guī)模越大，平均每個回路的投資越省。3.2.3 DCS系統(tǒng)的傳輸媒介 網(wǎng)絡傳輸介質主要有軸電纜、雙紋線、光纖以及射頻等。同軸電纜帶寬較高，傳輸距離可達幾公里。同軸電纜目前主要應用在環(huán)形和總線型網(wǎng)絡中，其成本中

14、等。雙紋線近年來在桌面接入系統(tǒng)中得到了廣泛的應用，尤其是在星型網(wǎng)絡中。光纖損耗低，傳輸距離遠，通信容量大，而且光纖抗電磁干擾能力強。應該說，光纖是工業(yè)控制通信網(wǎng)絡的一個重要的發(fā)展趨勢。選擇什么樣的傳輸介質往往跟網(wǎng)絡的拓撲關系有關，例如星型結構通常選用雙絞線，這取決于節(jié)點的能力、節(jié)點之間的距離及環(huán)境因素等。環(huán)形拓撲結構可以采用任何傳輸介質，取決于網(wǎng)絡技術要求。對于總線型拓撲結構，一般采用雙紋線和同軸電纜，而不選用光纖。 有線方式在應用范圍、組網(wǎng)靈活性等方面都存在著一定的不足。相反，采用無線射頻的方式則可以超越地域上的限制，大大提高系統(tǒng)實現(xiàn)上的靈活性。因此，近年來，無線DCS越來越受到人們的重視。

15、3.2.4 DCS通訊(tngxn)網(wǎng)絡1.實時性要求(yoqi) 與普通局域網(wǎng)不同，工業(yè)LAN對實時性要求比較高。一般是通過犧牲信道利用率來保證通信的實時性。為了保證DCS通信網(wǎng)絡的實時性，一般采取以下(yxi)幾種措施。（1）限定通信網(wǎng)絡上每一個取得通信權的時間上限值，從而避免某些站長時間的占用通信資源而破壞其他站的實時性。（2）保證在某一固定周期內(nèi)，通信網(wǎng)的各站均有機會取得通信權，以防個別站長時間得不到通信權而使其實時性降低。這一固定周期越短，則網(wǎng)絡的整體實時性越高。（3）既可以采取靜態(tài)方式賦予某些站較高的優(yōu)先權，也可以采取動態(tài)的方式臨時賦予某此通信任務以較高的優(yōu)先權，以滿足各個站對實時

16、性的不同要求。（4）應該力求使通信協(xié)議簡單。OSI標準協(xié)議共有七層，層數(shù)的增多會使有效傳輸率降低而影響實時性。因此，工業(yè)LAN采用的通信協(xié)議一般應該分層少且使用簡化與壓縮型通信協(xié)議。MAP（Manufacture Automation Protocol）協(xié)議為了適應高實時性要求，在協(xié)議中專構建立； 支持壓縮型協(xié)議的Mini MAP系統(tǒng)，可使實時性提高3到5倍。 另外，提高通信速率也可以提高實時性。因此應采取優(yōu)良的通信介質，如光導纖維等。2.通信網(wǎng)絡協(xié)議標準及其開放性 DCS系統(tǒng)通信網(wǎng)絡基本上是基于IEEES02局域網(wǎng)通信協(xié)議標準的。在DCS網(wǎng)絡中主要使用或所關聯(lián)的是3種通信協(xié)議網(wǎng)絡，即：IEE

17、E802.3.IEEE02.4以及IEEE802.5a。 目前，IEEE802已被國際標準化組織推薦為局域網(wǎng)國際標準，并定名為ISODP8802/X，但在實際的應用中，各DCS廠家仍然采用不同的802通訊標準和不同的操作系統(tǒng)，實際上并沒有真正的開放。美國General Motons 公司以ISO7層模式為依據(jù)，從制造業(yè)自動化局部區(qū)域網(wǎng)絡的角度提出了MAP規(guī)程，得到了工業(yè)控制領域的認可。 MAP協(xié)議基于IEEE802標準，其邏輯鏈路子層與802.2標準中的非應答無連接服務基本符合。而介質訪問控制子層與802.4基本一致，故MAP協(xié)議也具備令牌總線的優(yōu)點。MAP代表著工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡通訊結構的發(fā)展

18、方向。目前，各主要DCS系統(tǒng)正在向MAP協(xié)議靠攏，以便真正走向開放，融合。3.2.5 JX-300XP系統(tǒng)(xtng)簡介1.JX300XP系統(tǒng)(xtng)概述浙大中控推出的全數(shù)字化的新一代集散控制系統(tǒng)(kn zh x tn)JX300XP，大限度的滿足應用需求的原則，應用了最新的信號處理技術、高速網(wǎng)絡通信技術、可靠地軟件平臺和軟件設計技術以及現(xiàn)場總線技術，采用了高性能的微處理器和成熟的先進控制算法，全面提高了JX300X的功能和性能，使其兼具了高速可靠的數(shù)據(jù)輸入、輸出、運算、過程控制功能和PLC連鎖邏輯控制功能，能適應更廣泛更復雜的應用要求，成為一個全數(shù)字化。結構靈活、功能完善的新型開放式集

19、散控制系統(tǒng)。 JX-300XP D由操作站、控制站、過程控制網(wǎng)絡等組成。 工程師站是為專業(yè)工程技術人員設計的， 內(nèi)裝有相應的組態(tài)平臺和系統(tǒng)維護工具。通過系統(tǒng)組態(tài)平臺生成適合于生產(chǎn)工藝要求的應用系統(tǒng)，具體功能包括：系統(tǒng)生成、數(shù)據(jù)庫結構定義、操作組態(tài)、流程圖畫面組態(tài)、報表程序編制等。而使用系統(tǒng)的維護工具軟件實現(xiàn)過程控制網(wǎng)絡調(diào)試、故障診斷、信號調(diào)校等。操作站是由工業(yè) PC 機、CRT、鍵盤、鼠標、打印機等組成的人機系統(tǒng)，是操作人員完成過程監(jiān)控管理任務的環(huán)境。高性能工控機、卓越的流程圖機能、多 窗口畫面顯示功能可以方便地實現(xiàn)生產(chǎn)過程信息的集中顯示、 集中操作和集中管理?？刂普局苯优c現(xiàn)場打交道的 I/O

20、 處理單元，完成整個工業(yè)過程的實時監(jiān)控功能。控制站可冗余配置，靈活、合理。在同一系統(tǒng)中，任何信號均可按冗余或不冗余連接，詳見卡件描述。對于系統(tǒng)中重要的公用部件，建議采用100%冗余，如主控制卡、數(shù)據(jù)轉發(fā)卡和電源箱。 過程控制網(wǎng)絡實現(xiàn)工程師站、操作站、控制站的連接，完成信息、控制命令等傳輸，雙重化冗余設計，使得信息傳輸安全、高速。2.JX300XP DCS系統(tǒng)的整體結構JX300XP DCS采用三層通信網(wǎng)絡結構。如下圖3-1所示：圖3-1 JX300XP 系統(tǒng)(xtng)結構圖最上層為信息管理網(wǎng)，采用符合TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)，連接了各個控制裝置的網(wǎng)橋以及企業(yè)內(nèi)各類管理計算機，用于工廠級的信息

21、傳送和管理，是實現(xiàn)全廠綜合管理的信息通道。中間層為過程(guchng)控制網(wǎng)，采用了雙高速冗余工業(yè)以太網(wǎng)Scnet作為其過程控制網(wǎng)絡(wnglu)，連接操作站、工程師站與控制站等，傳輸各種實時信息。底層網(wǎng)絡為控制站內(nèi)部網(wǎng)絡SBUS，采用主控制卡指揮式令牌網(wǎng)，存儲轉發(fā)通信協(xié)議，是控制站各卡件之間進行信息交換的通道。3.系統(tǒng)主要性能指標 系統(tǒng)規(guī)模 過程控制網(wǎng)絡 SCnet 連接系統(tǒng)的工程師站、 操作站和控制站， 完成站與站之間數(shù)據(jù)交換。SCnet 可以接多個 SCnet 子網(wǎng)，形成一種組合結構。每個 SCnet 網(wǎng)理論上最多可帶 1024 個節(jié)點，最遠可達 10,000 米。目前已實現(xiàn)的 1 個控

22、制區(qū)域包括 15個控制站、32 個操作站或工程師站，總容量 15360 點。 控制站規(guī)模 JX-300X DCS 控制站內(nèi)部以機籠為單位。機籠固定在機柜的多層機架上，每只機柜最多配置 7 只機籠：1 只電源箱機籠和 6 只卡件機籠（可配置控制站各類卡件）。 卡件機籠根據(jù)內(nèi)部所插卡件的型號分為兩類：主控制機籠（配置主控制卡）和 I/O機籠（不配置主控制卡）。每類機籠最多可以配置 20 塊卡件，即除了最多配置互為冗余的主控制卡和數(shù)據(jù)轉發(fā)卡各一對外，還可以配置 16 塊各類 I/O 卡件。4.可靠性 控制站通過(tnggu) SBUS 網(wǎng)絡構成了一種更分散的控制結構，提高了系統(tǒng)的可靠性。 系統(tǒng)的每一

23、塊卡件均帶有專用的微處理器，負責該卡件的控制(kngzh)、檢測、運算、 處理及故障診斷等，提高了每塊卡件的自洽性，使系統(tǒng)的可靠性和安全性成倍上升。 系統(tǒng)的模擬量輸入（AI）卡件采用了智能調(diào)理和先進的信號前端處理(chl)技術，由卡件上的微處理器控制，將信號調(diào)理和 A/D 轉換合二為一，使每塊模擬量輸入卡具有信號智能調(diào)理和處理的能力，提高了 I/O 卡件的可靠性、獨立性，同時也有助于功能擴展。 機籠內(nèi)部采用板級熱冗余技術，卡件可根據(jù)需要實現(xiàn) 11 熱備份：當任一設置為冗余方式的工作卡件發(fā)生故障時，備用卡件即迅速自動切換，整個系統(tǒng)仍按原進程工作，不影響整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)。用戶可以根據(jù)需要，對 I

24、/O 卡選擇全冗余、部分冗余或不冗余。系統(tǒng)通過軟、硬件措施，確保冗余 I/O 卡之間滿足輸入 / 輸出相容性原則。信號全部采用磁隔離或光電隔離技術，將干擾拒之于系統(tǒng)之外。通道之間的隔離消除了信號之間的串模干擾影響，提高了信號處理的可靠性。為抑制交流電源噪聲干擾系統(tǒng)正常工作，安裝了電源低通濾波器，并采用帶屏蔽層的變壓器，使控制站與其他的供電電路相隔離。同時在布線和接地方面邏輯電路、模擬電路的布線盡量分開，直流供電備有良好的退耦電路。所有智能卡件通過先進的硬件設計和周密的軟件配合，都實現(xiàn)了帶電插拔的功能，以滿足系統(tǒng)在運行過程中的維修需要。7.JX300XP DCS系統(tǒng)設計DCS系統(tǒng)是硬件、系統(tǒng)軟件

25、和應用軟件三部分的有機結合體。所以DCS系統(tǒng)的設計內(nèi)容主要包括硬件設計和應用軟件的設計。JX300XP DCS系統(tǒng)的硬件設計包括：通信系統(tǒng)：通信系統(tǒng)是選擇DCS系統(tǒng)的關鍵環(huán)節(jié)之一。隨著計算機網(wǎng)絡通信技術的發(fā)展和市場的需求，大多數(shù)DCS系統(tǒng)都以開放系統(tǒng)為標準來設計其通信系統(tǒng)。人機接口：人機接口是DCS系統(tǒng)的操作站部分。接口單元：這里的接口單元是指DCS系統(tǒng)與本系統(tǒng)之外產(chǎn)品的接口單元。主要有DCS系統(tǒng)與上位計算機的接口，與氣相工業(yè)色譜的接口及與可編程控制器的接口。（1）控制站硬件(yn jin) 控制站是系統(tǒng)中直接與現(xiàn)場打交道的I/O處理單元，完成整個工業(yè)過程的實時監(jiān)控功能。通過軟件設置和硬件的不

26、同配置可構成不同功能的控制結構，如過程控制站、邏輯控制站、數(shù)據(jù)采集站?？刂普局饕袡C柜、機籠、供電單元和各類卡件（包括主控制卡、數(shù)據(jù)轉發(fā)(zhun f)卡和各種信號輸入/輸出）組成，其核心是主控制卡。主控制卡通常插在過程控制站最上部機籠內(nèi)，通過系統(tǒng)內(nèi)高速數(shù)據(jù)網(wǎng)絡擴充各種更能，實現(xiàn)現(xiàn)場信號的輸入輸出，同時完成過程控制中的數(shù)據(jù)采集、回路控制、順序控制以及包括優(yōu)化控制等各種控制算法。 JX300XP DCS控制站以機籠為單位。機籠固定(gdng)在機柜的多層機架上，每只機柜最多配置7只機籠：1只電源箱機籠和6只卡件機籠（可配置控制站類卡件）?？C籠根據(jù)內(nèi)部所插卡件的型號分為兩類：主控制機籠和I/O

27、機籠。每類機籠最多可以配置20塊卡件，即除了最多配置互為冗余的主控制卡和數(shù)據(jù)轉發(fā)卡各一對外，還可以配置16塊各類I/O卡件。 主控制卡必須插在機籠最左端的兩個槽位。在一個控制站內(nèi)，主控制卡通過SBUS網(wǎng)絡可以掛接8個I/O或遠程I/O單元（即8個機籠）。主控制卡是控制站的核心，可以冗余配置，保證實時過程控制的完整性。主控制卡的高度模塊化結構，用簡單的配置方法實現(xiàn)復雜的過程控制。（2）操作站硬件 JX300XP DCS操作站的硬件基本組成包括：工控PC機（IPC）、彩色顯示器、鼠標、Scnet網(wǎng)卡、專用操作員鍵盤、操作臺、打印機等。JX300XP DCS的工程師站的硬件配置與操作站的硬件配置基本

28、一致，無特殊要求，而他們的區(qū)別在于系統(tǒng)軟件的配置不同，工程師站除了安裝有操作、監(jiān)視等基本功能的軟件外，還裝有相應的系統(tǒng)組態(tài)、維護等工程師站應用的工具軟件。（3）通信網(wǎng)絡 JX300XP DCS的通信網(wǎng)絡分三層：第一層網(wǎng)絡是信息管理網(wǎng)；第二層網(wǎng)絡是過程控制網(wǎng)，稱為Scnet；第三層網(wǎng)絡是控制站內(nèi)部I/O控制總線，稱為SBUS。JX300XP DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡結構如下圖3-2所示。圖3-2 JX300XP DCS 系統(tǒng)(xtng)網(wǎng)絡結構示意圖8.JX300XP DCS系統(tǒng)軟件(x tn run jin) 用于給CS、OS、MFS進行組態(tài)的專用軟件，包括：SCKey（系統(tǒng)組態(tài)）、SCDiagnose

29、（系統(tǒng)診斷）、SCControl（圖形化組態(tài)）等工具軟件包，稱之為組態(tài)軟件包。用于過程實時監(jiān)視、操作、記錄、打印、事故報警(bo jng)等功能的人機接口軟件成為實時監(jiān)控軟件AdvanTrol。 JX300XP系統(tǒng)組態(tài)軟件包包括基本組態(tài)軟件SCKey、流程圖制作軟件SCDraw、報表制作軟件SCForm；用于控制站編程的程序語言SCLang、圖形化組態(tài)軟件SCControl等。各功能軟件之間通過對象鏈接與嵌入技術，動態(tài)的實現(xiàn)模塊間各種數(shù)據(jù)、信息通訊、控制管理。該軟件包以SCKey系統(tǒng)組態(tài)軟件為核心，各模塊彼此配合相互協(xié)調(diào)，共同構成了一個全面支持JX300XP系統(tǒng)結構及功能組態(tài)的軟件平臺。系統(tǒng)組

30、態(tài)軟件包在系統(tǒng)的工程師站上運行，在未設工程師站的系統(tǒng)中亦可在操作站上運行。幾種組態(tài)軟件的功能介紹：（1）基本組態(tài)軟件SCKey 系統(tǒng)基本組態(tài)指完成對系統(tǒng)硬件構成的軟件設置，如設置系統(tǒng)網(wǎng)絡節(jié)點、冗余狀況、控制周期；I/O卡件的數(shù)量、地址、冗余狀況、類型；設置每個I/O點的類型、處理方法、報警(bo jng)選項和其他特殊的設置；選擇控制方案；定義操作畫面。（2）報表(bobio)制作軟件 JX300XP系統(tǒng)中的自動報表系統(tǒng)分為組態(tài)和實時運行兩部分。其中(qzhng)，報表制作部分在SCForm報表制作軟件中實現(xiàn)，實時運行部分與AdvanTrol監(jiān)控軟件集成在一起。（3）流程圖制作軟件 流程圖制作

31、軟件SCDraw是基于Windows NT操作系統(tǒng)設計開發(fā)的全中文界面的繪圖工具軟件，具有良好的用戶界面。流程圖制作軟件繪圖功能齊全，支持多種編輯功能并提供標準圖形庫，可滿足大多數(shù)用戶的需求。該軟件還支持在畫面的基礎上的各類動態(tài)參數(shù)的直接數(shù)據(jù)組態(tài)，這些動態(tài)參數(shù)在實時監(jiān)控軟件的流程圖畫面中可以進行實時觀察和操作。3.2.6測控儀表選型 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，為了正確指導生產(chǎn)操作、保證生產(chǎn)安全運行、提高產(chǎn)品質量和實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化，一項必不可少的工作是準確而及時地檢測出生產(chǎn)過程中的各個參數(shù)，例如壓力、流量、物位及溫度等。用來檢測這些參數(shù)的技術工具稱為檢測儀表。用來將這些殘順轉化為一定的便于傳送的信號的

32、儀表通常稱為傳感器。當傳感器的輸出單元組合儀表中規(guī)定的標準信號時，通常稱為變送器。在生產(chǎn)過程中需要測量的參數(shù)是多種多樣的，相應的測量方法及儀表的結構原理也各不同，但從測量過程的結構原理也各不相同，但從測量過程的實質來看，都是將被測參數(shù)與其相應的測量單位進行比較的過程，而測量儀表就是實現(xiàn)這種比較的工具。各測量儀表不論采用哪一種原理，它們都是將被測參數(shù)經(jīng)一次或多次信號能量轉換最后獲得一種測量的信號能量形式，并由指針位移或數(shù)字形式顯示出來。 本小結主要介紹有關壓力、流量、溫度、液位的檢測方法、檢測儀表及相應的傳感器和變送器。1.壓力變送器 BPK-ZK智能型壓力(yl)變送器儀表(ybio)性能：

33、測量、顯示(xinsh)、控制一體化，安裝使用方便。零位、量程可用電位器調(diào)整。模擬輸出多種標準形式供用戶選擇多點繼電器輸出接口，易于控制。是指針式電接點壓力表的理想替代品。2.流量傳感器概述：LUGB系列漩渦流量傳感器是采用國際先進技術而推出的新型流量傳感器，它具有測量范圍廣、壓損小、性能穩(wěn)定、安全可靠、準確度高和安裝使用方便等優(yōu)點特別是解決了耐高溫、抗振動等關鍵性問題。廣泛應用于過熱蒸汽、飽和蒸汽、壓縮氣體和一般氣體，以及各種液體的質量流量和體積流量的測量。3.液位測量儀表（1）概述：FGA系列磁浮子液位計，利用浮力和磁耦合原理，將液位的準確性地傳遞到指示器上，清晰地指示出液位的高度。指示器

34、和貯罐是完全隔離的，因此絕對保證使用安全。該液位計還可以配備液位報警開關和液位遠傳變送器。液位報警開關可實現(xiàn)液位上下控制、限位報警和聯(lián)鎖；液位遠傳變送器可將液位變化線性的轉換成直流420mA輸出，實現(xiàn)遠距離的指示、檢測、控制和記錄。（2）工作原理 磁浮子液位計由浮子、立管組件、指示器三部分組成。浮子在立管組隨液位的變化而上升或下降，通過磁耦合作用，帶動立管組件外部的指示器顏色發(fā)生變化，從而指示出液位高度。液位報警開關裝在立管組件外部相應的報警位置上，當浮子隨液位到達報警位置時，報警開關閉合，發(fā)出開關信號；液位遠傳變送器也安裝在立管組件外部，通過磁耦合將液位的變化線性的轉換成4-20mA電流信號

35、遠傳給控制室，實現(xiàn)液位的顯示、測量、控制和記錄。 4.溫度測量儀表熱電偶是工業(yè)上最常用的一種測溫元件。熱電偶溫度計是以熱點效應為基礎的測量儀表。它的測量范圍很廣、結構簡單、使用方便、測溫準確可靠，便于信號的遠傳、自動記錄和集中控制，因而在化工生產(chǎn)中應用極為普遍。根據(jù)工業(yè)上對熱電偶材料的要求，目前在國際上被公認的比較好的熱電偶材料只有幾種：鉑銠30-鉑銠6熱電偶，分度號B；鉑銠10-鉑熱電偶，分度號S；鎳鉻-鎳硅熱電偶，分度號K；鎳鉻-考銅熱電偶，分度號XK。這些材料是經(jīng)過精選而且標準化了的，它們分別被用在各溫度范圍內(nèi)，測量效果良好。根據(jù)本設計(shj)的溫度測量特點選用XPZX隔爆型一體化溫度

36、變送器，下面是XPZX隔爆型一體化溫度變送器的介紹。概述(i sh)： 隔爆型一體化溫度變送器（以下簡稱溫度變送器）由溫度傳感器和信號轉換器組成，信號轉換器安裝在溫度傳感器的冷端接線盒內(nèi)，把溫度傳感器檢測到的電壓、電阻信號直接轉換成420mA電流輸出。結構簡單，安裝、使用、維修方便，是新一代溫度檢測、控制儀表，深受廣大設計人員和用戶的歡迎。目前已廣泛(gungfn)用于石油、化工、冶金、電站、輕工等部門，與調(diào)節(jié)器、記錄儀表、計算機等配套使用，組成各種測量控制系統(tǒng)。該溫度變送器按溫度傳感器不同，分為熱電偶和熱電阻兩種系列，在每種系列中，根據(jù)使用場合的不同分為隔爆型和普通型，根據(jù)輸出功能的不同，分

37、為帶現(xiàn)場顯示和不帶現(xiàn)場顯示。用戶可根據(jù)使用場合和配套儀表的要求選擇適當?shù)囊?guī)格型號。隔爆型溫度變送器經(jīng)國家級儀表防爆安全監(jiān)督監(jiān)測站測試合格，可在爆炸性氣體環(huán)境中使用。第四章 控制系統(tǒng)在DCS中的實現(xiàn) 控制系統(tǒng)的實現(xiàn)過程控制就是在DCS系統(tǒng)中，通過組態(tài)將系統(tǒng)軟件包中的相應功能模塊按照控制系統(tǒng)設計中的實際儀表方案進行組合、分配，使DCS系統(tǒng)具有針對該裝置的過程監(jiān)視功能。通過應用軟件的組態(tài)來實現(xiàn)對控制系統(tǒng)的控制、顯示、操作、通信、維護、管理等功能。組態(tài)是用DCS控制系統(tǒng)所提供的功能模塊或算法組成所需的系統(tǒng)結構，完成所需功能；操作站的顯示組態(tài)則是用DCS控制系統(tǒng)所提供的組態(tài)編輯軟件組成所需的各種顯示畫面

38、。為了完成這些特定的功能，采用DCS提供的組態(tài)語言編寫有關程序也屬于組態(tài)范圍。DCS系統(tǒng)的組態(tài)包括系統(tǒng)組態(tài)、畫面組態(tài)和控制組態(tài)。其中，系統(tǒng)組態(tài)完成系統(tǒng)的各設備間的連接；畫面組態(tài)完成操作站的各種畫面及其之間的連接；控制組態(tài)完成各種控制器、過程裝置的控制結構連接、參數(shù)設置等。此外，趨勢顯示、歷史數(shù)據(jù)壓縮、數(shù)據(jù)報表打印及畫面拷貝等組態(tài)常作為畫面組態(tài)或控制組態(tài)的一部分來完成，也可以分開進行。本設計(shj)采用JX300XP DCS系統(tǒng)的組態(tài)工作是通過組態(tài)軟件SCKey來完成。該軟件用戶界面良好，操作方便，充分(chngfn)支持各種控制方案。SCKey組態(tài)軟件將幫助工程師有序且系統(tǒng)的完成“系統(tǒng)(xt

39、ng)組態(tài)”這一復雜的工作。SCKey組態(tài)軟件是一個全面支持該系統(tǒng)各類控制方案的組態(tài)軟件平臺。該軟件是運用面向對象技術和對象鏈接與嵌入技術，基于中文Windows系列操作系統(tǒng)開發(fā)的32位應用軟件。SCKey組態(tài)軟件通過簡明的下拉菜單和彈出式對話框建立友好的人機對話界面，并大量采用Windows的標準控件，使操作保持了一致性，易學易用。該軟件采用分類的樹狀結構管理組態(tài)信息，使用戶能清晰把握系統(tǒng)的組態(tài)狀況。零，SCKey組態(tài)軟件還提供了強大的在線幫助功能。SCKey組態(tài)軟件的主畫面及菜單介紹：軟件啟動后，首先出現(xiàn)的是組態(tài)環(huán)境的主畫面。主畫面由標題欄、工具欄、菜單條、操作顯示區(qū)、狀態(tài)欄五部分組成?？?/p>

40、制站菜單包括I/O組態(tài)、自定義變量、常規(guī)控制方案、自定義控制方案和折線表定義等五個菜單項，各菜單功能簡介見表4-1. 表4-1 SCKey組態(tài)軟件的主畫面及菜單4.1控制站及操作站組態(tài)4.1.1控制站組態(tài)控制站由主控制卡、數(shù)據(jù)轉發(fā)卡、I/O卡件、供電單元等構成。系統(tǒng)網(wǎng)絡節(jié)點可擴展修改，控制站內(nèi)的總線結構也可方便地擴展I/O卡件。控制站組態(tài)是指對系統(tǒng)硬件和控制方案的組態(tài)，主要包括I/O組態(tài)、自定義變量、常規(guī)控制方案、自定義控制方案和折線表定義等五個部分。 圖4-1控制站組態(tài)(z ti)流程4.1.2操作(cozu)站組態(tài)操作站組態(tài)是對系統(tǒng)操作站上操作畫面的組態(tài)，是面向操作人員PC操作平臺的定義(

41、dngy)。它主要包括操作小組設置、標準畫面組態(tài)（總貌畫面、趨勢曲線、控制分組、數(shù)據(jù)一覽）、流程圖、報表、自定義鍵、語音報警等六部分。在進行操作站組態(tài)前，必須先進行系統(tǒng)的單元登陸及系統(tǒng)控制站組態(tài)，只有當這些組態(tài)信息已經(jīng)存在，系統(tǒng)的操作站組態(tài)才有意義。圖4-2 操作站組態(tài)流程控制站組態(tài)主畫面如圖4-3所示圖4-3 操作(cozu)站組態(tài)主畫面第五章 控制系統(tǒng)(kn zh x tn)的設計精餾塔控制系統(tǒng)的控制方案中最常用的有單回路控制和串級控制兩種。在研究自動控制系統(tǒng)時，為了能更清楚的表示一個自動控制系統(tǒng) 各個組成環(huán)節(jié)之間的相互影響和信號聯(lián)系，便于對控制系統(tǒng)分析研究，一般都用方塊圖來表示控制系統(tǒng)的

42、組成。每個環(huán)節(jié)表示系統(tǒng)的一部分。兩個方塊之間用一條帶有箭頭(jintu)的線條表示其信號的相互關系，箭頭指向方塊表示為這個環(huán)節(jié)的輸入，箭頭離開方向表示為這個環(huán)節(jié)的輸出。線旁的字母表示相互間的作用信號。在自動控制系統(tǒng)中用y表示被控變量，即對象的輸出；引起被控變量波動的外來因素稱為干擾作用，用f表示；如果用一方塊表示控制閥，那么，出料流量即為控制閥方塊的輸出信號。出料流量信號q在方塊圖中把控制閥和對象連接在一起。測量元件及邊上變送器的輸入信號z進入比較機構，與工藝上希望保持的被控變量數(shù)值，即給定值x進行比較，得出偏差信號e，為了能更清楚的說明其比較作用，在圖中把它單獨畫出來。必須指出的是：方塊圖中

43、的每一個方塊都代表一個具體裝置(zhungzh)；方塊與方塊之間的連接線只是代表方塊指間的信號連接，并不代表方塊之間的物料聯(lián)系；方塊之間連接線的箭頭只是代表信號之間的連接方向，與工藝流程圖上的物料線是不同的。用同一種形式的方塊圖可以代表不同的控制系統(tǒng)。所以，為了便于分析，用方塊圖來表示控制方案中的單回路控制、串級控制等常規(guī)控制方案。圖5-1 單回路控制系統(tǒng)方塊圖圖5-2 串級控制系統(tǒng)(kn zh x tn)方塊圖 精餾操作是煉油化工生產(chǎn)過程中一個十分重要的環(huán)節(jié)。精餾塔的控制直接影響到工廠的產(chǎn)品質量、產(chǎn)量和能量(nngling)的消耗，因此精餾塔的控制長期以來一直受到人們的高度得視。 精餾塔是一

44、個多輸入多輸出的對象，它由很多塔板組成，內(nèi)在機理復雜，對控制作用(zuyng)響應緩慢，參數(shù)間相互關聯(lián)嚴重，而控制要求大多又較高。這些都給自動控制帶來一定困難。同時各塔工藝結構特點又千差萬別，這就更需要深入分析工藝特性，結合具體塔的特點，進行自動控制方案的設計和研究。 本章首先介紹精餾過程的精餾原理和精餾裝置的組成，再分析精餾過程的操作要求和影響精餾過程的因素，在此基礎上，講解精餾塔自動控制的基本方案。 = 1 * ROMAN I.精餾過程 精餾操作是利用混合液中各組分具有不同的揮發(fā)度，即在同一溫度下各組分的蒸汽壓力互不相同這一物理性質，從而實現(xiàn)液體混合特的分離。精餾操作是在精餾塔中完成的。

45、簡單地說，精餾操作就是迫使混合物的汽、液兩相在塔體中作逆向流動，在互相接觸的過程中，液相中的輕組分逐漸轉入汽相，而汽相組分則逐漸進入液相。精餾過程本質上是一種傳質過程，其中當然也伴隨著傳熱。 本節(jié)中只討論兩組分精餾，著重說明精餾的基本原理。（1）質量指標精餾操作的目的是將混合液中各組分分離為產(chǎn)品，因此(ync)產(chǎn)品的質量指標必須符合規(guī)定要求。也就是說，塔頂或塔底產(chǎn)品之一應該保證達到規(guī)定的純度，而另一產(chǎn)品也應保證在規(guī)定的范圍內(nèi)。在二元精餾中質量指標就是(jish)使塔頂產(chǎn)品中輕組分純度符合技術要求或塔底產(chǎn)品中的重分純度符合技術要求。在多元組分精餾下，情況較復雜，一般控制關鍵組分。所謂關鍵組分，是

46、指對產(chǎn)品質量影響較大的組分。從塔頂分離出揮發(fā)度較大的關鍵組分稱為輕關鍵分，從塔底分離出揮發(fā)度較小的關鍵組分稱為輕關鍵組分。以石油裂解氣分離中的脫乙烷塔為例，它的目的是把來自脫甲烷塔底部產(chǎn)品作為(zuwi)進料加以分離，將乙烷和更輕的組分從頂部分離出，比乙烷重的組分從塔底分離出。這時，顯然乙烷是輕關鍵組分，丙烯則是重關鍵組分。因此，對多元組分的分離可簡化為二無關鍵組分的分離，這就大大簡化了精餾操作。在精餾操作中，產(chǎn)品質量應該控制到剛好能滿足規(guī)格上的要求，即處于卡邊生產(chǎn)，超過規(guī)格的產(chǎn)品是一種浪費。（2）產(chǎn)品、產(chǎn)量和能量消耗精餾塔的任務不僅要保證產(chǎn)品質量，還要有一定的產(chǎn)量 。別外分離混合液也需要消耗

47、一定的能量，這主要是再沸器的加熱量和冷凝器的冷卻量消耗。此外塔的附屬設備及管線也要散失一部分熱量和冷量。從定性分析來看，要使分離所得產(chǎn)品純度越高產(chǎn)品產(chǎn)量愈大，則所消耗的能量愈多。產(chǎn)品的產(chǎn)量通常用該產(chǎn)品的回收率來表示?；厥章实亩x是：進料中每單位產(chǎn)品組分所能得到的可售產(chǎn)品的數(shù)量。數(shù)學上，組分的回收率定義為： 式中，P為產(chǎn)品產(chǎn)量，F(xiàn)為進料流量，Zi為進料中組分i的濃度。產(chǎn)品回收率、產(chǎn)品純度及能量消耗三者之間的定量關系可由下圖中的曲線來說明，這是對于某一精餾塔按分離50%兩組分混合液作出的曲線圖，縱坐標是回收率，橫坐標是產(chǎn)品純度，圖中的曲線是表示每單位進料所消耗能量的等值線，（用塔內(nèi)上開蒸汽量V與進

48、料量F之比V/F來表示）。曲線表明，在一定的能耗V/F情況下，隨著產(chǎn)品純度的提高，會使產(chǎn)品回收率迅速下降。純度愈高這個傾向愈明顯。同時它還表明，在一定的產(chǎn)品純度要求下，隨著V/F從小到大逐漸增加，剛開始可顯著提高產(chǎn)品回收率，然而，當V/F增加到一定程度后，再進一步增加V/F所得的效果就不顯著了。以上說明，在精餾操作中，主要產(chǎn)品的質量指標，剛好達到質量要求的情況是期望的，低于要求的純度將使產(chǎn)品不合格，而超過純度要求會降低產(chǎn)量。然而，在一定的純度要求下，提高產(chǎn)品的回收率，必然要增加能量消耗?？墒菃挝划a(chǎn)量的能耗最低并不等于單位產(chǎn)量的成本最低，因為決定成本的不僅是能耗，還有原料的成本。 由此可見，在精

49、餾操作中，質量指標，產(chǎn)品回收率和能量消耗均是要控制的目標。其中質量指標是必要條件(b yo tio jin)，在質量指標一定的前提下，在控制過程上應使產(chǎn)品產(chǎn)量盡量高一些，同時能量消耗盡可能低一些。至于在質量指標一定的前提下，使單位產(chǎn)品產(chǎn)量的能耗最低或使單位產(chǎn)品量的成本最低以及使綜合效益最大等是屬于不同目標函數(shù)的最優(yōu)控制問題。 = 2 * ROMAN II.影響(yngxing)精餾過程的因素和其它單元操作一樣，精餾也是在不定期的物料平衡和能量平衡的基礎上進行操作的。一切因素均通過(tnggu)物料平衡和能量平衡影響塔的正常操作。影響物料平衡的因素是進料量和進料組分的變化。塔頂采出量或塔底采出量

50、的變化。影響能量平衡的因素主要是進料熱焓的變化，此外還有環(huán)境溫度的變化等。同時物料平衡和能量平衡是相互影響的，因此要了解這些因素對精餾過程的影響必須分析精餾塔的靜態(tài)特性。所謂靜態(tài)特性就是以物料平衡和能量平衡為基礎來確定穩(wěn)態(tài)下精餾塔各參數(shù)之間的定量關系。（1）全塔的物料平衡穩(wěn)態(tài)時，進塔的物料必須等于出塔的物料，所以總的物料平衡關系為 F=D+W輕組分的物料平衡關系為聯(lián)系方程可得從上述關系中，可以明顯看出進料F在產(chǎn)品中的分配量（D/F，W/F）是決定塔頂和塔底產(chǎn)品中輕組分濃度xD和xW的主要因素。D/F改變了，xD和xW都可以變化。另外，進料組分濃度xF也是一個影響xD和xW的重要因素。然而，單是

51、物料平衡關系，還不能完全確定xD和xW，只能確定xD和xW之間的關系。要確定xD和xW的值還必須建立另一關系式，這個關系式可由塔的能量平衡關系得出。（2）能量平衡在穩(wěn)態(tài)時，進入塔的（通過傳熱和進料帶入的）所有(suyu)能量必然與離開塔的（能過傳熱和產(chǎn)品帶出的）的能量相平衡。式中，QH為再沸器的加熱量(rling)；QC為冷凝器的冷卻(lngqu)量；IF、ID、IW分別為進料、塔頂和塔底產(chǎn)品的熱焓。該式并未表示出塔內(nèi)的能量關系對產(chǎn)品純度的直接影響。然而上式中的再一項都影響上升蒸汽量V，而V與產(chǎn)品純度的關系，可以通過下面的討論得出。在二元精餾中，全回流時的Fenske方程為：()式中，為平均相

52、對揮發(fā)度；n為理論塔板數(shù)。由Fenske方程可知，在全回流時，二元精餾塔兩端產(chǎn)品純度間的分離關系取決于和n。為了使Fenske方程能夠推廣到全回流以外的情況，定義分離度S為在部分回流時，影響分離度S的因素很多，可以表示為以下的函數(shù)的關系：對于一個確定的塔，n，E和是一定的或變化不大，同時進料濃度的變化對S的影響與V/F對S的影響相對要小得多，可以忽略。于是上式可簡化為該式表明V/F一定，則分離關系就被確定。并可進一步近似表達為式中，定義為塔的特性因子，對任意給定的塔，可以用V/F除以分離度S的自然對數(shù)求得。把S的定義式代入上式得 它表示了精餾塔的能量關系(gun x)。由此可知只要以下三式中D

53、/F、W/F、V/F一定，這個(zh ge)塔的分離結果，就完全(wnqun)確定了。（3）內(nèi)部物料平衡在恒分子流假設的前提下，分析塔內(nèi)各項物料平衡關系時，假定：在精餾段內(nèi)，通過各層塔板的上升蒸汽流量均相等；在提餾段內(nèi)，通過各層塔板的上升蒸汽流量均相等， （V為再沸器內(nèi)蒸汽量）在精餾段內(nèi)，通過各層塔板下流液體流量均相等，稱為內(nèi)回流，當回流溫度等于塔頂溫度時，內(nèi)回流等于外回流L；在提餾段內(nèi)，通過各層塔板下流液體流量均相等；回流罐和塔底液位不變；塔壓也保持不變。在以上這些條件下，有下述平衡關系：加料板的物料平衡對于液相泡點進料：，對于汽相露點進料：，精餾段的物料平衡對精餾塔段內(nèi)任一塔板i以上作物料

54、平衡計算，輕組分的物料平衡關系式為：則（）該式表明了精餾(jn li)段內(nèi)任一塔板的汽相濃度與和之間的關系。改變汽液比必將使塔板上濃度(nngd)發(fā)生變化。然而，汽液比除了決定于再沸器上升蒸汽量以外，還決定于回流量L與塔頂采出量D，通常(tngchng)將回流量與采出量之比稱為回流比R，即當D=0時稱為全回流。由此可知要改變精餾塔的操作工藝，應操作精餾塔的回流比和再沸器的上升蒸汽量，通過內(nèi)部平衡關系，使每塊塔板上的濃度改變，從而導致最終產(chǎn)品的純度的變化。提餾段的物料平衡總物料：易揮發(fā)組分：即該式表明了在提餾段內(nèi)任一塔板上的汽相濃度與汽液比的關系。同時，要使塔的操作工況改變，應操作塔的回流比和再

55、沸器上升蒸汽量，從而通過內(nèi)部平衡關系最終改變產(chǎn)品的純度。通過以上分析，影響精餾過程的主要因素可概括如下：進料量；進料濃度；進料溫度和進料狀態(tài)；再沸器的加熱量冷卻器的冷卻量；回流量；塔頂采出量；塔底采出量；塔壓的影響。上述各種干擾中，有些是可控的，有些是不可控的。一般情況(qngkung)下進料量是不可控制的（受前一工序的影響）。進料濃度(nngd)是無法控制的，它由上一工序所決定，但一般說來變化緩慢。進料溫度和進料狀態(tài)的變化，對塔的操作影響較大。為維持塔操作的能量平衡和穩(wěn)定運行，在單相(dn xin)進料時，可以采用進料溫度控制，以便克服這種干擾。在兩相進料時，則可設法控制熱焓恒定以克服干擾。

56、對于冷凝器的冷卻量和再沸器的加熱量，一般都用定值控制系統(tǒng)來加以穩(wěn)定?？傊?，從前面對塔的靜態(tài)特性和內(nèi)部平衡關系的分析，不難看到，為了克服塔的主要干擾，可采用控制以下參數(shù)的手段：塔頂采出量塔底采出量回流量再沸器加熱量冷凝器的冷卻量前二者是通過影響全塔的物料平衡來影響塔的內(nèi)部平衡，從而起到控制作用。后三個量直接改變塔的能量平衡關系和改變塔內(nèi)汽液比，從而起到控制產(chǎn)品質量的作用。（4）動態(tài)影響分析前面討論的內(nèi)容，均是各參數(shù)對塔操作的靜態(tài)影響，然而在動態(tài)過程中，這些參數(shù)對塔操作的影響是有快有慢各不相同的，因此在設計控制方案時，必須考慮動態(tài)影響，才能便控制系統(tǒng)及時克服各參數(shù)對塔操作的影響。由于精餾塔是一個多

57、變量、時變和非線性的對象，各變量這間又存在相互關聯(lián)，因此定量分析動態(tài)影響，建立其數(shù)學模型已成為一項相當復雜的專門課題。所以本節(jié)僅從定性的角度從幾個側面分析塔的動態(tài)影響。、上升蒸汽和回流的影響在精餾塔內(nèi)，上升蒸汽流量變化的響應是相當快的。由于上升蒸汽只須克服塔板上極薄覆蓋的液相阻力，而且塔內(nèi)汽相蓄存量在塔壓控制一定時可忽略不計，因此上升蒸汽量的變化幾秒鐘內(nèi)就可影響到塔頂。然而，從塔板下流的液相卻有相當大的滯后，這是因為回流量增加時，首先要使積存在塔板上的液相蓄存量增加，然后在這增加的靜壓的作用下，才使離開塔板的液相速度增加，因此對回流量變化的影響存在著滯后。由此可見，除頂部塔板外，要使塔的任何一

58、點的汽液比發(fā)生變化，用再沸器的加熱量作為控制手段比用回流量響應要快。、組分滯后的影響無論是改變(gibin)再沸器加熱量引起上升蒸汽變化還是由于回流的變化 ，均是通過對每塊塔板上組分之間的平衡施工影響，最終才引起頂部產(chǎn)品或底部產(chǎn)品組分濃度的變化。由于組分要達到靜態(tài)平衡需要較長時間，因此盡管上升蒸汽量變化可以很快影響到塔頂組分濃度，但要使塔頂組分濃度變化 并達到一個新的平衡仍需花費相當長的時間。回流變化情況也是類似的，只是花費的時間更多，這就是說，塔板上的組分平衡要等到影響組分的液相或汽相流量穩(wěn)定相當時間后才能建立。組分滯后隨著塔板上液相蓄存量的增加而增加，因而(yn r)隨塔板數(shù)的增加而增加，

59、也隨著回流比的增加面增加，因為回流比的增加，意味著塔板上蓄存量的增加。由于再沸器加熱量的增加引起上升蒸汽量增加，將會改善汽、液接觸，從面使組滯后減小。由式D=V-L可知，回流量L總是等于(dngy)塔頂汽相流量V和塔頂采出量D之差。因此，恒定V時，控制D實質上就是改變了回流量L。然而，回流罐有一定的蓄液量，從D的變公到L的變化會產(chǎn)生滯后。液位變化引起蓄液量變化也會嚴重影響V和D之間的關系。為此要使V、L和D的關系成立，回流罐液位必須保持一定，這樣在采用改變D（或D/F）來控制塔頂產(chǎn)品質量的方案中，才能在V不變時使回流量L及時跟蹤采出量D的變化，否則將引起滯后，影響控制品質。塔釜也有與回流罐類似

60、的蓄液量引起的滯后影響，塔釜液位變化引起蓄液量變化，從而引起V和W的變化。要使、和間的關系式成立，塔釜液位必須嚴格保持一定。這樣在采用改變W來控制塔底產(chǎn)品質量的方案中，才能在不變時，使再滯器加熱量所引起的上升蒸汽量及時跟蹤塔底采出量W的變化。否則將引起滯后，影響控制品質。由于塔底截面積通常要比回流罐的截面積小得多，從而由塔釜蓄液量引起的滯后要比回流罐所引的滯后小。總之，在設計或選擇精餾塔控制方案時，應當考慮上述動態(tài)影響的因素。.精餾的基本控制方案對于有兩個液相產(chǎn)品的精餾塔來說，質量指標控制可以有兩種情況，一是嚴格控制一端產(chǎn)品的質量，另一端產(chǎn)品質量控制在一定的范圍內(nèi)。再一種是兩端產(chǎn)品的質量均需嚴