课程设计---精馏塔顶温度控制系统设计与仿真

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1、 过程控制系统课程设计任务书过程控制系统课程设计任务书 精馏塔顶温度控制系统设计与仿真 一、一、 研究对象研究对象 D LC F 精 馏 塔 R Rm T Tm u Fm Pp Pt VR VD 图 1 精馏塔顶温度控制问题 某精馏塔的工艺流程如图 1 所示，现要求对精馏段灵敏板温度 T 进行有效的控制，以 确保塔顶产品的质量。图 1 中，F 为进料量，它受上游流程控制，为精馏段灵敏板温度 T 的主要干扰之一，其它干扰包括进料组成与温度变化、塔底蒸汽量变化、塔顶回流冷凝后温 度变化等；R 为塔顶冷回流量，拟作为精馏段温度 T 的控制手段，u 为调节阀 VR的相对输 入信号（以 DDZ III

2、型为例，当输入电流为 4 mA 时，对应相对输入信号为 0 %；当输入电 流为 20 mA 时，对应相对输入信号为 100 %） ，Pp 为泵出口压力，Pt 为精馏塔顶压力。Pp 受塔顶产品调节阀 VD开度的影响，变化范围较大；而精馏塔顶压力Pt的变化可基本忽略。 图 1 中 Tm、Rm、Fm分别为 T、R、F 的测量值。 为便于控制方案研究，假设如下： （1） 该精馏塔的静态工作点为 T0 = 110 ，F0 = 40 T/hr（吨/小时） ，R0 = 20 T/hr， Pp0 = 0.9 MPa，Pt0 = 0.86 MPa，u0 = 25 %，fV0 = 75 %。这里，fV为调节阀 V

3、R相 对流通面积。 （2） 精馏段温度 T 的测量范围为 0 160 ，进料量 F 的测量范围为 0 100 T/hr， 塔顶冷回流量 R 的测量范围为 0 50 T/hr。 T、 R、 F 的测量值 Tm、 Rm、 Fm均用% 来表示，即 Tm、Rm、Fm的最小值为 0，最大值为 100。 （3） 流量测量仪表的动态滞后忽略不计；而温度测量环节可用一阶环节来近似，温 度测量环节的一阶时间常数5.0 1 T，单位为分。 （4） 假设控制阀 VR为线性阀，其动态滞后忽略不计，动态特性可表示为 1 )( )( )( su sf sG V v 。 （5） 对于塔顶冷回流对象，假设控制通道与扰动通道的

4、动态特性可表示为： 1)( )( )( 2 2 2 sT K sf sR sG V p ， 2 2 2 ( ) ( ) ( )1 d d pd KR s Gs PsTs 。 其中)(sfV为控制阀 VR相对流通面积的变化量，%；T2基本不变，这里设 6.0 2 T分； 2d T、K2、Kd2在一定范围内变化，这里设 2d T、K2、Kd2的变化范 围 分 别 为 2 0 . 1 , 0 . 2 d T分 ；2.0, 1.0 2 K(T/hr)/% ；200,100 2 d K (T/hr)/MPa。 （6） 对于温度对象，假设控制通道与扰动通道的动态特性可表示为 s sT K sR sT sG p p p p exp 1)( )( )( 1 1 1 ； s sT K sF sT sG d d d d exp 1)( )( )( 1 1 1 ； 其中对象特性参数均可能在以下范围内变化：0.3,0.4 1 p