精馏塔的温度控制新版系统毕业设计方案.doc

摘 要
精馏过程是石油炼制、石油化工和其她化工过程中应用最为广泛传质操作过程。精馏过程由于内在机理复杂，对控制作用响应缓慢，参数间关联密切，因而控制规定高，难度大。
本文重要研究精馏塔温度控制，依照其工艺规定来研究精馏塔精馏段温度控制及其温度对产品质量影响。精馏过程中产品质量重要取决于对温度控制，然而，在进行较高纯度分离精馏塔内，接近塔顶或塔底一种不太短塔段内，物料浓度变化所引起温度变化比较小这种状况下，当人工发现温度有较明显变化时，产品质量早己不合规定。因此，在精馏塔内引入自动温度控制系统就是十分必要和急迫，合理控制精馏塔温度是产品与否合格重要指标。本文重要通过详细分析精馏段温度控制系统特点，得到以回流流量作为副控制对象，精馏段温度为主控制对象串级控制系统，再进一步对精馏塔温度控制系统难点进行分析。
本系统采用单片机控制精馏塔温度，用热电偶作为检测元件，采用PID控制算法计算控制量输出，同步用电动调节阀作为执行机构。本系统还具备报警、按键输入及显示等功能从而实现对精馏塔温度控制。

核心词：单片机；精馏塔；温度控制

Design of temperature control system for distillation column
Abstract
Distillation process in petroleum refining，petrochemical and other chemical process used most widely mass transfer process. Distillation process due to the complexity of the internal mechanism，the effect on the response of control slow，parameters are closely related. Therefore，the control requirement is high，the difficulty is big.
This paper mainly studies the temperature control of distillation column，influence of temperature control and temperature according to the technical requirements of distillation column for the quality of products. The main products on the distillation process to control the quality of temperature，however，in high purity distillation column separation，close to the top or bottom of a short the tower section，the temperature change caused by the change of the concentration of material is relatively small in this case，when the artificial temperature is found to have obvious changes，the quality of the products has long been out of order. Therefore，the introduction of automatic temperature control system is very necessary and urgent in the distillation column，the reasonable temperature control of distillation tower is an important index whether the product is qualified. This paper mainly through the characteristics of rectifying section temperature control system of concrete analysis，obtained in the reflux flow as assistant control object，the rectifying section mainly the temperature control object string Level control system，and then further to the distillation tower temperature control system of the difficulty of analysis.
This system uses the monolithic integrated circuit control temperature of distillation column，with a thermocouple is used as a detecting element，the PID control algorithm to control the output，at the same time，the electric control valve as the actuator. The system also has alarm，key input and display function so as to realize the control of distillation temperature.

Keywords：single chip microcomputer；distillation column；temperature control

目 录
第一章 绪论 1
1.1 论文选题背景及研究意义 1
1.2 国内外研究现状 4
1.2.1国内研究现状 4
1.2.2国外研究现状 5
1.3 本文重要内容 6
第二章 系统方案论证 8
2.1 精馏塔温度控制系统构成 8
2.2 精馏塔温度控制系统方案设计 11
2.3 系统总体方案设计 13
2.3.1 系统控制器选取 13
2.3.2 系统检测元件选取 15
2.3.3 系统输入通道方案选取 18
2.3.4 系统输出通道方案选取 19
2.3.5 系统外围接口设备选取 19
第三章 系统硬件电路设计 23
3.1 系统控制单元电路设计 23
3.1.1 引脚特性 23
3.1.2 系统时钟电路设计 25
3.1.3 系统复位电路设计 26
3.2 系统信号检测电路设计 26
3.3 系统前向通道电路设计 27
3.4 系统后向通道电路设计 28
3.6 系统外围设备接口电路设计 32
3.6.1.系统显示屏接口电路设计 32
3.6.2.系统键盘接口电路设计 33
3.7 报警电路设计 34
3.8系统串口通讯电路 35
3.9 系统电源电路设计 36
第四章 系统软件设计 38
4.1 系统总体设计思想 38
4.1.1 系统工作过程 38
4.1.2 系统程序设计办法选取 38
4.1.3 系统程序设计语言选取 39
4.2 系统主程序设计 40
4.3 系统数据采集及解决子程序设计 41
4.4 系统控制算法子程序设计 42
4.5 系统按键显示子程序 46
4.6系统串口通讯子程序 48
总 结 50
致 谢 51
参照文献 52

第一章 绪论
1.1 论文选题背景及研究意义
随着经济不断发展，人们生活水平得到迅速提高，对温度测量提出了更高规定，以满足人们生活需求，推动经济可持续发展。当代发展中，温度测量和控制越来越受到社会各界人士关注，因而，在进行温度实际测量和控制中，需要保证温度采样迅速和有效，以保证有关数据对的性，使数据可以迅速完毕传播，从而使所测温度场得到较精准控制。本文就单片机控制精馏塔温度进行概述，对温度控制实现办法、单片机类型和框架构造、单片机控制精馏塔温度原理进行分析和探讨，提出基于单片机控制精馏塔温度系统开发和应用，对于推动国内市场经济可持续发展具备重要现实意义。
此外，精馏塔温度控制重要体当前石油化工方面，在此过程中也面临一系列问题，自20世纪70年代经历两次“石油危机”，能源成为全球关注问题。随着国内经济社会持续迅速发展，能源需求大幅增长。国内一次能源生产总量达到20.6亿吨标煤，是世界第二大能源生产国。但煤炭供应仍感紧张，电力短缺，原油进口增长，环保压力加重，能源已成为制约社会经济发展重要因素。特别是在国内“富煤、贫油、少气”特点下，石油供应更显紧张。，加工原油28622万吨，增长6.5%，国产原油18084万吨，增长3.9%，进口原油12988万吨，增长10.3%，此外还进口成品油4000万吨，对外依存度已达40%。预测至，国内石油需求量将达5亿吨，而国产原油最多只能达到2亿吨左右，需进口3亿吨，进口依存度将达到60%。国内石油消费重要用于石油加工业，生产交通运送用油料，供应化纤制造及化工原材料生产，没有石油支持，对整个经济社会是不可想象，石油过高对外依存度也许引起风险，更令人担忧[1. 施国泉，一种现实石油代替能源—油页岩阴，吉林大学学报,7(6):888-889.
]。
国家正积极设法从国内外寻找更多石油资源，采用各种节能办法，大力组织开发各种新能源、可再生能源，以解决石油短缺“瓶颈”，并已获得了可喜成绩。但是也必要看到，由于技术、经济等种种因素，在相称长一段时间内，世界经济还重要靠常规能源来运转，因而实行石油代替和燃料多样化战略是必要。石油供应局限性将是影响国内长期能源安全重要问题，发展代替能源不是权宜之计，而是支撑国内将来能源可持续发展战略选取[2. 徐锭明.积极推动国内代替能源发展[J]，能源政策研究， 13 (1):5-7
]。
众所周知，精馏过程是化工生产过程中应用最广泛分离过程，其过程变量和被控变量较多，同其他化工过程同样，要使精馏过程达到分离混合物预期规定，就必要实行有效操作和控制。本文化工厂精馏工艺为背景，以精馏塔为研究对象，在进行充分现场调研和理论学习基本上，消化精馏塔生产工艺、基本控制规定和基本温度控制方式，并针对精馏塔工作过程特点，提出一种先进控制办法来提高精馏塔精馏段温度控制性能。
对于精馏塔而言，是石油化工、医药等领域常用生产过程装备，是较为典型单元生产过程，精馏塔过程变量多，各变盆之间关系复杂，本文通过对精馏塔工艺、生产过程中重要扰动变量进行分析，引出提馏段温度控制方案、精馏段温度控制方案，为工程技术人员设计精馏塔过程控制系统提供参照。工业生产中经常规定将混合物中各组分进行分离，其办法是运用混合物中各组分挥发度不同，将它们进行分离，并达到规定纯度规定。精馏过程实质就是运用混合物各组分具备不同挥发度，使液相中轻组分转移到气相中，而气相中重组分转移到液相中，从而实现分离目。完毕这一过程工艺设备是精馏塔。 由于计算机控制技术特别是集散控制系统(DCS)迅速发展，且在工业生产过程中应用日趋广泛，计算机控制技术在精馏塔控制也不断成熟和发展，。不少大、中型公司，特别是石油化工、医药化工、炼油等工业生产中精馏塔相继采用计算机控制，使得在精馏过程中，新控制方案层出不穷，如精馏过程内回流、热熔控制、解祸控制、推断控制、节能控制、最优控制等。控制系统品质越来越高，使精馏塔操作收到了明显经济效益。
在精馏塔过程控制中，控制方案非常多，整个精馏塔被控变量较多，可选用操纵变量较多，各变量之间互有关系也诸多。对象控制通道复杂，反映缓慢，内在机理复杂，扰动因素诸多。尽管有许多不利于控制因素存在，对精馏塔控制与操作规定却较高，这就给精馏塔控制与操作带来一定难度。
因而，生产过程中只有进一步分析工艺特性、对象特性，结合详细状况，才干制定出切实可行控制方案。
精馏是将混合溶液输送到精馏装置中进行某些冷凝和汽化后得到精馏产品，该操作在进行中会使混合物气体和液体在塔体中进行逆向流动，在流动过程中逐渐分离出来产生液化和汽化两种反映。精馏操作过程中普通需要精馏塔、冷凝器、回流罐等设备，是化工行业中非常重要生产环节，采用持续运营方式进行产品分离并影响着化工产品质量及能源消耗。精馏塔由多级塔板构成，由于设备工作原理较为复杂，自动控制难度相对也比较大。不同精馏塔在制作工艺和塔体构造方面存在很大差别，在精馏操作时要依照精馏塔构造特点进行操作方案设计。
进行持续精馏操作时要先将液体原料送入进料板，进料板将精馏塔分隔为了精馏段和提馏段两大某些，塔体上进料口以上某些为精馏段，它可以将蒸汽中易挥发成分提浓;进料口下面某些为提馏段，它从下面液体中提取挥发性物质。精馏段和提馏段通过将混合液体中不同成分产品分离后为化工生产提供高浓度产品。在精馏塔内，除了精馏段和提馏段以外，最重要某些就是塔板，塔板为气体和液体提供传热和传质场合，使得气体和液体可以进行双向传质，直到塔内混合液体分离成两个纯净组分。
混合溶液内部不同成分具备不同沸点，因而进入精馏塔加热时，随着温度变化易挥发性成分会液化后升腾，而沸点相对较高成分则会随着液体向下流动，该液体在精馏塔内和液化后蒸汽不断接触，进入精馏塔釜部液体在塔板间重复接触后，残留某些易挥发性物质发生汽化后又回到精馏塔内，汽化后成分在塔板间互相接触浓度逐渐升高。气体和液体回流形成逆流接触，在精馏塔上下两某些得到高浓度、纯净产品。蒸汽在冷凝器中变化成液体，提炼出来液体通过回流泵和回流罐后作为塔顶产品被引出精馏塔。
混合物分离纯度是精馏塔控制重要指标。在精馏塔正常操作中，普通应保证在塔底或塔顶产品中至少有一种组分纯度达到规定规定，其她组分也应保持在规定范畴内，为此，应当取塔底或塔顶产品纯度作为被控变量。但由于在线实时检测产品纯度有一定困难，因而，大多数状况下是用精馏塔内“温度和压力”来间接反映产品纯度。
为了保证精馏塔平稳操作，一方面必要把进塔之前重要可控扰动尽量克服掉，同步尽量缓和某些不可控重要扰动，例如，对进塔物料温度进行控制、进料量均匀控制、加热剂和冷却剂压力控制等。再就是塔进出物料必要维持平衡，即塔顶馏出物与塔底采出物之和应等于进料量，并且两个采出量变化要缓慢，以保证塔平稳操作。此外，控制塔内压力稳定，也是塔平衡操作必要条件之一。对于精馏塔平稳操作而言，一方面必要把进塔之前重要可控扰动尽量克服掉，同步尽量缓和某些不可控重要扰动，例如，对进塔物料温度进行控制、进料量均匀控制、加热剂和冷却剂压力控制等。再就是塔进出物料必要维持平衡，即塔顶馏出物与塔底采出物之和应等于进料量，并且两个采出量变化要缓慢，以保证塔平稳操作。此外，控制塔内压力稳定，也是塔平衡操作必要条件之一。为了保证塔正常、平稳操作，必要规定某些变量约束条件。例如，对塔内气体流速限制，塔内气体流速过高易产生液泛流速过低会减少塔板效率;再沸器加热温差不能超过临界值限制等。
由于精馏塔变量较为复杂，对精馏段温度变化影响较大，因而简介了温度串联控制系统。该系统可以解决精馏塔变量对温度影响问题，通过调节变量维持温度稳定，对当代精馏操作技术发展具备一定白勺增进作用。
采用精馏操作技术提炼产品浓度较高，能源消耗率也比较低，但是在精馏操作过程中温度对操作环节和产品质量有很大影响，在对精馏塔进行控制时要注意控制精馏段温度并进行检测，以保证精馏产品质量。
由于精馏段温度受压力波动、热质变化和回来扰动等诸多因素影响，具备很大不稳定性。温度单回路控制系统对抗干扰能力较弱，虽然可以解决化工产业中参数定值控制问题，但对于滞后性较强、干扰较大系统却很难控制，一旦变量发生变化就很难有效对温度进行控制，从而会影响精馏产品质量。因而在精馏段温度控制中浮现了串联控制系统。
1.2 国内外研究现状
1.2.1国内研究现状
虽然关于先进控制系统研究己经有诸近年，但既有精馏塔控制依然以常规控制系统为主。在国内，先进控制系统应用刚刚处在起步阶段，并依赖于进口产品。从资金和技术条件两个方面讲，大量应用条件均未成熟。
不但如此，虽然常规控制系统设计中也还存在诸多问题，体当前两个方面。
第一，既有常规控制系统分析和设计理论还不完善。虽然是得到普遍承认稳态相对增益矩阵办法(RGA)，也存在反例。最常用单端和双端组份控制变量配备问题也始终没有得到系统结论。
第二，设计单位缺少有效动态仿真工具，对于实际生产中问题只能通过经验或者在实验塔上做实验解决。
1993年，黄仲文提出将自适应控制算法应用到精馏塔控制中。
面对客观上存在各种不拟定因素，自适应控制系统能在控制系统运动过程中，通过不断地测量被控系统参数或运营指标，依照参数或运营指标变化，遵循一定评价指标或规则更新控制器构造、参数或变化控制作用，使系统运营在某种意义下最优或次最优状态[3. Goodwin G.C，孙贵生.自适应滤波、预测与控制[M]，北京:科学出版社，1992 ，454.
]。自适应控制对模型和扰动先验知识依赖限度较低。自适应控制方案诸多，常被应用重要有三种。
（1)增益调度自适应控制
它重要思想是通过检测过程运营状况来变更控制器参数，而变化控制器参数原则是参照按预编程方式拟定函数关系进行调节。它长处是，能对操作条件变化及时做出响应，调节控制器增益。它缺陷重要有两个:其一，它属于一种开环补偿，因而对不对的调节没有反馈补偿功能;其二，它设计是非常花时间，需要对机理有深刻理解或对系统做足够多测试。
增益调度自适应控制普通在包括反映精馏过程中应用较广，它动态效果直接受到反映影响从而体现出很强非线性和定向增益性。
(2)模型参照自适应控制(MRAS )
对MRAS盼望性能用一种参照模型来表达，这个模型给出了对指令信号或设定信号抱负相应口参照模型也是控制系统一某些。控制过程可以被以为由两个回路构成，内回路是由控制器和过程对象构成普通控制回路，控制器参数由外回路调节，来使实际输出与控制器输出偏差值最小。
(3)自校正控制器(STR)
STR设计思想是将未知参数预计和控制器设计分开进行。控制系统可以分为两个回路。内回路涉及常规控制器和过程对象，控制器参数由外回路调节。外回路由一种回归参数预测器和一种设计运算器构成。
1.2.2国外研究现状
在国外对于精馏塔控制研究中，各类先进控制方略在精馏塔控制中几乎均有应用，如推断控制、预测控制、智能控制、非线性模型控制等。相对发展较为成熟要属预测控制和智能控制在精馏塔控制系统中应用。
1、预测控制
模型预测控制作为一种新型计算机控制算法，有着其鲜明特性，它是一种基于模型预测，滚动优化并结合反馈校正优化控制算法。从工业应用角度看，模型预测控制算法在解决复杂多变量控制问题时具备较大优势，它可以成功地应用于具有时滞、约束多变量过程。其特有隐式解祸能力可有效地克服老式分散控制、解祸控制所带来繁琐和存在缺陷[4. Macias，J.J. A Method for Predicting Quality of the Crude Oil Distillation[J]，IEEE Evolving Fuzzy Systems，，9(5)：214-220.
]。
1998年，Karacan等人对精馏塔GPC控制方案做了理论和实验研究，最后实验得到成果和理论分析非常吻合，都能较好地达到控制效果，并于对此做了更进一步研究和对比，更加验证了精馏塔GPC控制方案是的确可行。
Maurath等人在1985年运用基于MPC原理多变量模型预测控制，对低纯度双组分精馏塔控制做出了分析，得到了较好控制效果同步，发现控制效果直接受到模型误差影响。差不多同步，McDonald和McAvoy将MPC应用到中档和高等纯度精馏塔，她们发现此时很难找到一种相应模型来表征实际对象，也就很难得到较好控制效果。
大多过程控制应用不但规定保持被控变量在它设定点上，并且还必要保证过程在操作限制以内。自从MPC提出后，在接下来几年现场应用中，人们发现需要在MPC控制系统基本上加以更加严格约束控制。于是1985年，Carlos等几位Shell公司工程师提出了QMPC算法，用线性不等式组方式求解QP问题，从而使控制方案更加严谨。
2、智能控制
智能控制是控制理论发展高档阶段，它是人工智能、运筹学和自动控制三者交叉。有代表性智能控制涉及神经网络控制和模糊逻辑控制等[5. 孙增沂.智能控制理论与技术[明，北京:清华大学出版社，1997 103-109.
]。
(1)模糊控制
模糊控制是基于模糊逻辑，模仿人类控制经验和知识一种智能控制。模糊控制器重要由模糊化、知识库、模糊推理和解模糊化四某些构成。
模糊化某些作用是将输入精准量转换成模糊量。知识库涉及了详细应用领域中知识和规定控制目的。它普通由数据库和模糊控制规则库两某些构成。数据库重要涉及各语言变量从属度函数、尺度变换因子以及模糊空间分级数等。规则库是由用模糊语言变量表达一系列控制规则构成。它反映了控制专家经验和知识。模糊推理是模糊控制器核心，它模仿人基于模糊概念推理行为。解模糊化作用是将模糊推理得到模糊控制量变换为实际用于控制精准量[6. Janos Abonyi，Ferenc Szeifert. Fuzzy modeling with multivariate membership functions:gray-box identification and control design闭，IEEE Transactions on Systems，Man，and Cybernetics，Part B，，31(5)：755-767.
]。
（2)神经网络
神经网络是由大量人工神经元广泛互联而成网络，人工神经元则是非线性映射函数。常用神经网络有感知网络、BP网络、Hopfield网络、Boltzmann机、CMAC神经网络、B样条神经网络、径向基函数神经网络和模糊神经网络等。
神经网络控制是一种数据驱动控制办法，合用于那些具备不拟定性、非线性且无模型可资运用控制对象，它具备较强自适应和学习能力[7. Jose RN，H Wang. A Direct Neural Network Control for Unknown Nonlinear Systems and Its Application [J]，IEEE Trans on Neural Networks，1998，9(1)：27-33.
]。依照神经网络控制构造不同，神经网络控制可分为神经网络监督控制、神经网络自适应控制、神经网络内膜控制、神经网络预测控制和神经网络自适应评判控制等。
综上所述，随着控制理论不断完善，科技日新月异，先进控制技术必将会得到更深层次发展，为公司带来更明显经济效益。整个先进控制在飞速地发展，也带动了精馏过程控制进步。无论是控制精度、系统稳定性、系统鲁棒性、系统精度规定等均有很大提高。虽然诸多较新方案并未能在实际工程中大量应用，但是它们拥有着非常辽阔应用前景[8. Barolo M，Paolo Dal Cengio. Closed-loop optimal operation of batch distillation columns[J]，Computers&Chemical Engineering，，25(9)：561-569.
]。
1.3 本文重要内容
本次设计就单片机控制精馏塔温度进行概述，并且探讨单片机温度控制原理及实现办法，进而分析单片机环境应用及规定和它发展方向，这些研究对于提高单片机功能扩展均有利好作用。 随着单片机所应用领域越来越广泛，它对温度检测与控制越来越引起人们广泛关注，因而，本研究重要探讨单片机温度控制实现办法。与此同步探讨精馏塔温度控制系统设计办法。其中，重要探讨单片机与高精度温度传感器结合方式合理性与有效性。[9. 吴兴纯，赵金燕，杨秀莲，等.智能PID算法在炉温度控制系统中运用[J].机电工程,,28(8);948-950.
]
重要技术参数：
设计一种单片机控制精馏塔温度控制系统。依照精馏塔工艺规定，进行精馏塔精馏段温度自动控制系统设计。重要技术参数如下：
（1）塔顶温度范畴：100℃—150℃；精度：±1℃。
（2）超调不超过1.5℃。
（3）浮现异常现象，系统具备自动报警功能。
（4）具备设定参数、修改参数功能。
本文内容：
（1）第一章绪论某些重要简介精馏塔发展历史和课题研究意义。
（2）第二章系统方案论证重要简介本文控制方案论证以及硬件选取方案论证，系统整体工作流程等。
（3）第三章系统硬件设计重要阐述系统所选取硬件工作原理和各个某些工作电路图等。
（4）第四章系统软件设计重要阐述了系统整体工作方式和各某些工作流程图等。
（5）最后是全文总结某些工作程序等。

第二章 系统方案论证
2.1 精馏塔温度控制系统构成
精馏过程是将一定浓度混合物送入精馏塔中，使其在塔内重复地进行某些汽化和某些冷凝，从而得到预期塔顶与塔底产品操作过程。完毕这一操作过程设备除了精馏塔以外，尚有需要有再沸器、冷凝器、回流罐等辅助设备，
当代化工领域精馏段温度控制多采用了串级控制系统，该系统针对复杂控制系统具备诸多优势。
精馏段串联温度控制体系在被控变量选取方面具备明显优势.它可以依照精馏塔设计特点当前适当被控变量。例如:当精馏塔温度恒定期，串联系统会选取温度作为被控变量;针对多元精馏塔，在一定塔压下可以将温度作为产品质量指标之一。
综上所述，本系统工艺流程图如图2-1所示。

图2-1 精馏塔工艺流程图
如上图2-1所示原料经干馏后生成蒸气从精馏塔中下段某块塔板上进入，这块塔板称为进料板。进料板将全塔分为两段，进料板以上某些称为精馏段，进料板如下某些称为提馏段。进入塔内蒸气，由于各组分沸点不同，沸点低组分(轻组分)较易汽化而往上升腾;沸点高组分(重组分)则更多随液体往下流，与塔内上升蒸气在各层塔板上充分地接触，在逆流作用下进行传质和传热。下流液体到达塔釜后，一某些被持续地引出称为塔底产品，即为重油，另一某些则被加热汽化后又返回塔中。塔内上升蒸气依次通过所有塔板，使蒸气中易挥发组份逐渐增浓，上升到塔顶蒸气在冷凝器中被冷凝成液体，经回流罐和回流泵后，一某些成为塔顶产品持续引出，即为轻油，另一某些则引回到顶部塔板上，作为塔内冷却液，称为回流[10. 汪涛，郑琪美，徐灿.蒸馏过程先进控制与在线优化明，石油炼制与化工，1996 27（8):40-46.
]。
精馏塔进料入口如下至塔底某些称为提馏段，进料口以上至塔顶称为精馏段。塔内有若干层塔板，每块塔板上有恰当高度液层，回流液经溢流管由上一级塔板流到下一级塔板，蒸汽则由底部上升，通过塔板上小孔由下一塔板进入上一塔板，与塔板上液体接触。在每一块塔板上同步发生上升蒸汽某些冷凝和回流液体某些汽化转热过程，更重要是还同步发生易挥发组分不断汽化，从液相转入汽相，难挥发组分不断冷凝，由汽相转入液相传质过程。整个塔内，易挥发组分浓度由下而上逐渐增长，而难挥发组分浓度则由上而下逐渐增长。恰当控制好塔内温度和压力，则可在塔顶或塔底获取人们所盼望物质成分。
精馏塔重要由塔底和塔顶两某些构成，其中塔底为加热区，采用导热油加热方式;塔顶为冷却区，采用循环水冷却方式。精馏操作时精馏塔控制对产品质量以及能源消耗等问题具备直接影响，如何应对精馏段自动化控制问题始终以来都备受化工产业人员注重。在选取和设计精馏段控制方案时应当依照精馏塔设备详细构造和原理进行研究。控制精馏塔不但可以保证产品质量，还能控制能源消耗，提高化工产业回收率。温度控制是精馏塔控制重要方面，也是提高精馏操作能力重要环节。
精馏段温度控制目是控制产品质量，在精馏塔压力恒定状况下，串联温度控制系统可以依照温度检测点不同选取操作变量，可选取塔顶产品采出量或者回流量作为操纵变量，一旦精馏塔温度发生变化，可以调节精馏塔回流量减轻干扰。始终以来，精馏塔温度控制问题都是颇受关注化工生产问题，随着精馏段温度串联控制系统浮现，其在当代化工领域应用也逐渐广泛，它能对某些影响精馏段温度变量进行控制，通过改进控制系统调节能力从而减轻干扰，以以便进行温度控制。串联系统具备更高能效性，可以满足当代化工产业中精馏塔使用需求，以提高精馏塔产品质量并减少能源消耗。
要对精馏塔实行有效自动调节，必要一方面理解精馏塔控制目的，即控制规定。普通，精馏塔控制目的，应当从质量指标、产品产量和能量消耗这三个方面来进行考虑。
(1)质量指标
既然精馏操作是为了将混合物分离为产品，产品质量指标就必要符合预定规定。这就是说，塔顶或塔底产品之一应当保证合乎一定规格，而另一产品也应当维持在规定范畴之内。或者，塔顶和塔底产品均应保证一定纯度规定。[11. 黄永杰.精馏塔自动控制系统设计与应用闭，化工技术与开发，，41 (1) ：52-54.
]
对于本文所研究精馏塔属于二元精馏塔，质量指标规定就是要使顶部产品中轻组分含量和底部产品中重组分含量符合一定规格。
在精馏塔操作中，使产品质量合格显然是重要。如果产品质量不合格，它价值就远远低于合格产品价值。但决不是说质量越高越好。由于经常是这样状况，质量超过规格，产品价格并不因而而增长，产量却反而下降了，总价值也因而而下降了，同步操作成本也耗费得多。由此可见，除了要考虑使产品符合规格外，还应考虑使产品不要太超过规格。也就是应同步考虑产品产量和能量消耗。
(2)能量消耗规定
精馏过程中消耗能量，重要是再沸器加热量和冷凝器冷却量消耗，此外塔和附属设备及管线也要散失一某些能量。
在一定纯度规定下，提高产品回收率，必然要增长塔内上升蒸气量V而塔内上升蒸气量增长越多，意味着再沸器能量消耗要增长，然而，任何事物总是有一定限度，单位进料量能耗(可用塔内上升蒸气量V与进料量F之比V/F来表达)增长到一定数值后来，再继续增长V/F，产品回收率就增长不多了。
然而，单位产品能耗量最低并不等于单位产品成本最低。这是由于决定成本不但是能耗，尚有原料成本。在最低能量消耗时，由于回收率下降，使得单位产品所消耗原料增长了，有相称数量产品组分转移到另一种产品中去了。显然，单位产品成本最低时能量消耗，应当比单位产品能耗最低时能量消耗高某些。这时，尽管能量消耗不是最低，但由于回收率增长了，单位产品原料成本下降了，从而有也许使总单位产品成本最低。
由此可见，在精馏操作中，质量指标、产品回收率和能量消耗均是要控制目的。其中质量指标是必要条件，在质量指标一定前提下，应在控制过程中使产品产量尽量高某些，同步能量消耗尽量低某些。
（3）产品质量指标
控制产品质量指标达到一定分离规定，虽然是精馏操作重要目的，但并不是唯一目的。另一种重要目的是产品产量，也就是产品回收率。在达到一定质量指标规定前提下，得到尽量高产量，使产品回收率提高，显然
是有利。产品回收率定义为:

（2.1）

式中:P是产品量，F是进料量，是进料中组分浓度。
式(2.1)并不包括产品质量规格，因而仅从式中并不能看出产品回收率与产品纯度之间直接关系。产品纯度与产品回收率之间关系还必要考虑能量因素才干最后拟定。由精馏原理可知，用精馏塔进行混合物分离是要消耗一定能量。要使分离所得产品纯度越高和产量越多，所需能量就越大。在能耗一定状况下，产品纯度增长，必然会使产品回收率下降，从而使该产品经济收益下降，虽然另一产品产量可以增长，但在另一产品价格低于该产品状况下，总经济收益也会下降。这也就阐明，在精馏操作中，重要产品质量指标最佳恰是达到质量规格规定。低于规定纯度将使产品不合格，而超过纯度规定也会减少产量。固然，刚好达到纯度规定是不现实，但也不能使纯度超过太多。
2.2 精馏塔温度控制系统方案设计
在拟定精馏塔控制方案之前，一方面要讨论一下精馏塔被控变量选取，以及检测点位置等问题。普通，精馏塔质量指标选用有两类:直接产品成分信号和间接温度信号[12. Fileti,Ana M Frattini，S andra L Cruz，Joao A F R Pereira. Control strategies analysis for a batchdistillation column with experimental testing[J]，Chemical Engineering and Processing，，39(2)：121一128.
]。
在有产品质量指标反馈调节方案中，发展最早和最常用是用产品或塔板温度作为间接质量指标。温度之因此可选作间接质量指标，是由于就一种二元混合物来说，在一定压力下，沸点和成分之间有着单值函数关系。因而，如果恒定了压力，塔板温度就间接反映了成分[13. 孔祥波.精馏塔自动控制及应用阴，吉林广播电视大学学报， ,8 (7):73
]。
采用温度作为间接质量指标前提是塔压恒定。因而，下述控制方案都以为塔压己经采用了定值控制系统。
1、系统精馏段温度控制
以进料口为基准，进料口以上称精馏段，进料口如下称提馏段。精馏段温度控制以精馏段产品质量为控制目的，依照温度检测点位置不同，有塔顶温度控制、敏捷板温度控制和中温控制等类型。操纵变量可选取回流量L或塔顶采出量D。也可将塔釜采出量B作为操纵变量。
采用塔顶温度作为被控变量，可以直接反映产品质量，但因邻近塔顶处塔板之间温度差很小，该控制方案对温度检测装置提出较高规定，例如高精准度、高敏捷度等。此外，产品中杂质影响产品沸点，导致对温度扰动，因而，采用塔顶温度控制塔顶产品质量控制方案很少被采用，重要是用于石油产品按沸点粗级切割馏分解决场合。
采用精馏段温度控制场合是:
(1)对塔顶产品成分规定比对塔底产品成分规定严格。
(2)所有为气相进料。
(3)塔底或提馏段温度不能较好反映组分变化，即组分变化时，提馏段塔板温度变化不明显，或进料具有比塔底产品更重影响温度和成分关系重杂质。
2、系统提馏段温度控制
提馏段温度控制以提馏段产品质量为控制目的，依照温度检测点位置可分为塔底温度、敏捷板温度和中温控制等。操纵变量可选取再沸器加热蒸气量V或塔底采出量B。也可将塔顶采出量D作为操纵变量。控制方略与精馏段温度控制类似。
采用提馏段温度控制场合是:
（1)对塔底产品成分规定比对塔顶产品成分规定严格。
（2)所有为液相进料。
（3)塔顶或精馏段温度不能较好反映组分变化，即组分变化时，精馏段塔板温度变化不明显，或进料具有比塔顶产品更轻影响温度和成分关系轻杂质。
（4)采用回流控制时，回流量较大，它微小变化对产品成分影响不明显，而较大变化又会影响精馏塔平稳操作场合。
综上所述，依照约束条件和生产实际需求，本文采用精馏段温度控制方案，运用精馏段敏捷板温度作为被控变量，通过调节回流流量来达到控制精馏段温度