JPS6061003A - 蒸留塔の塔頂温度制御装置 - Google Patents

蒸留塔の塔頂温度制御装置

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JPS6061003A
JPS6061003A JP17044783A JP17044783A JPS6061003A JP S6061003 A JPS6061003 A JP S6061003A JP 17044783 A JP17044783 A JP 17044783A JP 17044783 A JP17044783 A JP 17044783A JP S6061003 A JPS6061003 A JP S6061003A
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Japan
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flow rate
distillation column
top temperature
output signal
reflux
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JP17044783A
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Katsutomo Hanakuma
花熊 克友
Minoru Inada
稔 稲田
Toru Nagaseko
長迫 透
Kazuo Hiroi
広井 和男
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Toshiba Corp
Idemitsu Petrochemical Co Ltd
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Idemitsu Petrochemical Co Ltd
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  • Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の技術分野] 本発明は、蒸留塔の塔頂温度を還流流量を調節すること
により制御する、蒸留塔の塔頂温度制御装置に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
一般に化学工業に用いられている原料は高純度で均質で
あることが要求される。このため、不純物を含む原料に
対して、蒸留塔?使った蒸留操作により分離精製して、
高純度で均質な組成の原料製品を得ている。このような
蒸留操作において蒸留塔内の圧力が一定の場合には、塔
頂温度と塔頂で得られる製品の組成とが一定の関係にあ
ることを利用し、塔頂温度を所定値に制御することによ
り、製品の組成な制御している。これは、通常組成を直
接的に連続測定することは困難であり、また測定できて
も測定時間が長(かかったり測定値の時間遅れが太きい
ため、制御に用いることが困難であるためである。
従来の蒸留塔の塔頂温度制御装置を第1図に示す。原料
は原料供給管1を通じて供給され、原料流量信号検出用
のオリフィス2を通じて蒸留塔3に供給される。蒸留塔
3Vc供給された原料は、気体と液体とに分離され、液
体は塔底部に、気体は塔頂部に集まる。塔頂に集まった
製品は凝縮器(図示せず)により凝縮されて還流槽5に
一旦貯蔵される。還流槽5に貯蔵された塔頂製品は、送
出管6.流量調節弁8.オリフィス9を経て取り出され
る。
還流槽5の液位を所定値に保持するため、液位な還流槽
液位検出手段12で検出し、還流槽液位調節部13にて
設定値と比較調節演算し、その液位調節部13の出力信
号を留出流量調節部14の設定値として与える。留出流
量調節部14では、オリフィス9、留出流量検出手段1
5.開平演算手段16により得こ留出流量信号と、設定
値信号である還流槽液位調節部13の出力信号とを比較
演算し、その出力信号を流量調節弁8に印加して還流槽
5の液位が所定値になるよう、塔頂製品の叡出し流量な
調節する。
一方送出管6の途中から還流管7を分岐して。
オリフィスlO1流量調節弁11ヲ経て、蒸留塔3の塔
頂近傍に還流させるようにしている。蒸留塔30トレイ
に設けられた温度検出手段17 、18の出力信号をト
レイ間温度差調節部19に入れて、トレイ間温度差の所
定値と比較し、その出力信号を加算手段別に入力する。
また、原料供給量をオリフィス2、原料供給流量検出手
段21、開平演算手段nで検出し、フィードフォワード
制御部23ik経由した信号な加算手段孔に入力する。
加算手段孔で加算された信号を還流流量調節部別の設定
値とし、オリフィス10.還流流量信号検出手段5.開
平演算手段かにより得た還流流量信号と比較調節演算し
、その出力信号を流量調節弁11に印加して、トレイ間
温度差が所定値になるように還流流量を調節している。
塔頂製品の組成はトレイ間温度差と所定の関係にあるた
め、塔頂製品の組成を均一に保つために塔頂温度を一定
に制御する必要がある。これは原料供給量が変化した場
合でも同様であって、■原料供給量の変化による過渡的
変化を小さくすること、■原料供給量がどのような値で
も安定制御すること、が要求される。ところが従来の蒸
留塔の塔頂温度制用1装置では、調整時の原料供給量の
特定点ではよいが、この特定点から原料供給量がずれる
と、制御の最適点からずれてしまうため、過渡制御特性
や制御安定性が低下するという問題があった。
〔発明の目的〕
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、原料供給
量が変化した場合でも最適な制御をおこなうことができ
る蒸留塔の塔頂温度制御装置を提供することを目的とす
る。
〔発明の概要〕
この目的を達成するために、本発明による。蒸留塔・の
塔頂温度制御装置は、蒸留塔の塔頂温度を入力し、所定
の設定値と比較調節演算する塔頂温度調節部と、前記蒸
留塔に供給される原料供給量を入力し、フィードフォワ
ーP制御をするフィードフォワード制御部と、曲記塔頂
温度調節部の出力信ザと、前記フィードフォワード制御
部の出力信号とを乗算する乗算手段と、この乗算手段の
出力信号と、前記フィードフォワード制御部の出力信号
とを加算する加算手段と、この加算手段の出力信号な設
定信号とし、前記蒸留塔の還流槽からの塔頂製品の還流
流量を調節する還流流量調節部とを備え、この還流流量
調節部により塔頂製品の還流流量を調節することにより
、前記蒸留塔の塔頂温度を制御することを特徴とする。
また本発明による、蒸留塔の塔頂温度制御装置は前記フ
ォワード制御部の出力信号に前記塔頂温度の所定の設定
値と原料入口温度との差信号を乗算する第2の乗算手段
?さらに備え、この第2の乗算手段の出力信号と前記フ
ィードフォワード制御部の出力信号を前記加算手段で加
算することを特徴とする。
〔発明の実施例〕
本発明の一実施例による蒸留塔の塔頂温度制御装置を第
2図に示す。第1図に示す蒸留塔の塔頂温度制御装置と
は1乗算手段31および加算手段32とを有している点
が異なっている。蒸留塔3の塔頂部におけるトレイに設
けられた温度検出手段17゜18の出力信号なトレイ間
温度差調節部19に入れて、トレイ間温度差が所定値と
なるように調節演算し、その出力信号を乗算手段31に
導く。一方、原料供給量を、オリフィス2.M料供給流
量検出手段21゜開平演算手段ηで検出し、フィードフ
ォワード制御部乙を経由した信号を乗算手段31と加算
手段32に入力する。乗算手段31の出力信号は加算手
段32に入力され、フィードフォワード制御部乙の出力
信号と合成され、還流流量調節部冴の設定信号として入
力される。還流流量調節部Uでは、この設定信号を、オ
リフィスIO1還流流量検出手段5゜開平演算手段誘を
経由して得た還流流量信号と比較調節演算し、その出力
信号を流量調節弁11に印加して、結局トレイ間温度差
が所定値となるように還流流量な制御する。
今、この制御系の6量を次表の如く定める。
t−r、トレイ間温Q4ΔTib一定に保つためのプロ
セス要求飯は、 MV QCFI X (ΔTs+ΔTC)=KXfIX
(Δ1S+Δtc) −■[11とあられされる。ここ
でKは比例定数である。上式は静的関係のみをあられし
ているが、動的関係を式であられすと、 MY =f I X GF X (Δt8+Δtc)=
fiXGFXΔts+fl XGyXltc・四・(2
1となる。ここで9はフィードフォワード制御部乙の伝
達関数である。(2)式からこの制御系をプロツク線図
であられすと第3図のようになる。
トレイ間温度差の設定値Δt を一定として本実施例の
作用を説明する。トレイ間温度差Δt、還流流量fR,
トレイ間温度差調節部の出力ΔtCはそれぞれ次式の如
くなる。
Δt:fiXΔt、×GD+fRxGp・・・・・・・
・・・・・(3)fR=fi×Δt、xGF+fiXΔ
tSx GF−(41Δt=(Δt −Δt)XG、 
・・・・・・・・・・・・・・・(5)CS ここでGDは原料供給量f、とトレイ間温度差Δtとの
間の伝達関数であり、Gpは還流流量fRとトレイ間温
度差Δt との間の伝達関数であり、Gclはトレイ間
温度差調節部19の伝達関数である。式%式%(5) )) (6) が成立する。原料供給量f、が変化しても、Δtが所定
の一定値であるためには、(6)式より次式が成立する
fiXΔt、X(GD−1−GFXGp)=OD 、’、GF=−一 ・・・・・・・・・(7)Gp ただし、f、XGcIXGFXGD>1である。一般的
に伝達関数Gp、GDは、無駄時間Lp、LDと時定数
T、 、 TDを有する一次遅れとしてあうわすことが
できるので、 GD=”D−e−LDoS 、・、・・・、、、 (g
)1+TD−8 とあられすことができる。ここでKp、KDはゲイン定
数である。(力、(8)、(9)式よりフィーrフォワ
ード制御部乙の伝達関数GFは、次式の如くなる。
ここでK = KD/Kpである。伝達関数G、とGD
の無駄時間り、 、 LDがほぼ等しい場合には、00
)式は次式に近似される。
時定数Tp、 TDの間にはTp<TDなる関係が成立
しているから、(10式よりフィードフォワード制御部
乙の伝達関数GFは時間遅れ補償要素となる。
本実施例による制御系は第3図で示したが、原料供給量
f、とトレイ間温度差Δtとの間の伝達関数GDは、理
論計算のため仮に設けたものであり、実際の制御系は第
4図で示すようになる。
このように本実施例によれば蒸留塔の塔頂温度制御系の
ゲインは、蒸留塔の負荷である原料供給量に比例して変
化するので、常に最適な制御ループゲインで制御するこ
とができる。このため、原料供給量がどのような大きさ
であっても、■過渡的制御特性の向上が可能であり、■
制御安定性な改善することができる。
なお、トレイ間温度差の設定値Δt8は一定であっても
、可変であってもよいが、設定値Δtが一定の場合には
、第2図に示すような構成が可能である。
先の実施例ではトレイ間温度差を制御することとしてい
たが、蒸留塔の塔頂温度の絶対値を制御することとして
もよい。
また、先の実施例では外乱の伝達関数GDの時定数TD
は、原料供給量fiの大小により変化せず一定であると
仮定したが、実際には変化するので、例えば時定数TD
 を次式の如くする。
TD=TDo(l+K(”−”)) i ただしTDoは、fi=fioのときの外乱時定数であ
り、Kは定数である。これは、原料供給量f、が変化す
ると、蒸留塔への原料の移送時間が変化するのを補正す
るものである。
さらに、先の実施例では位置形演算方式であっだが、速
度形演算方式の場合にも本発明を適用することができる
〔発明の効果〕
以上の通り本発明によれば、蒸留塔の塔頂温度制御系の
制御ゲインを原料供給量の変化に対して最適化すること
ができるので、原料供給量がどのような値になっても、
■原料供給量変化時の過渡的制御特性を改善でき、■各
原料供給量に対する制御ゲインが最適化され、制御性が
向上する、という大きな効果を有する。このため、過渡
的エネルギ損失をなくして、生産効率を向上できるとと
もに、均質で良質の塔頂製品を生産することカニできる
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の蒸留塔の塔頂温度制御装置のブロック図
、第2図は本発明の一実施例による蒸留塔の塔頂温度制
御装置のブロック図、第3図、第4図はそれぞれ同塔頂
温度制御装置の主要部な示すブロック図である。 l・・・原料供給管、2・・・オリフィス、3・・・蒸
留塔、4・・・送出管、5・・・還流槽、6・・・送出
管、7・・・還流管、8・・・流量調節弁、9・・・オ
リフィス、IO・・・オリフィス、11・・・流量調節
弁、12・・・還流流量検出手段、13・・・還流槽液
付調節部、14・・・留出流量調節部。 15・・・留出流量検出手段、16・・・開平演算手段
、17゜18・・・温度検出手段、19・・・トレイ間
温度差調節部。 ■・・・加算手段、2工・・・原料供給流量検出部、2
2・・・開平演算手段、田・・・フィードフォワード制
御部。 U・・・還流流量調節部、25・・・還流流量検出手段
、あ・・・開平演算手段、31・・・乗算手段、32・
・・加算手段。 出願人代理人 猪 股 清 わ 1 閃 ら2 図 53 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、蒸留塔の塔頂温度を入力し、所定の設定値と比較調
    節演算する塔頂温度調節部と。 前記蒸留塔に供給される原料供給量を入力し。 フィードフォワード制御をするフィードフォワード制御
    部と。 前記塔頂温度調節部の出力信号と、前記フィ−ドフォワ
    ード制御部の出力信号とを乗算する乗算手段と、 この乗算手段の出力信号と、前記フィードフォワード制
    御部の出力信号とを加算する加算手段と、 この加算手段の出力信号を設定信号とし、前記蒸留塔の
    還流槽からの塔頂製品の還流流量を調節する還流流量調
    節部とを備え、 この還流流量調節部により塔頂製品の還流流量を調節す
    ることにより、前記蒸留塔の塔頂温度を制御する、蒸留
    塔の塔頂温度制御装置。 2、特許請求の範囲第1項記載の装置において。 前記塔頂温度は、前記蒸留塔の塔頂の複数のトレイの温
    度であり、前記塔頂温度調節部は、これらトレイの温度
    差を所定の設定値と比較調節演算することな特徴とする
    蒸留塔の塔頂温度制御装置。 3、蒸留塔の塔頂温度を入力し、所定の設定値と比較調
    節演算する塔頂温度調節部と、 前記蒸留塔に供給される原料供給量を入力し、フィー、
    ドフォワード制御をするフィードフォワード制御部と、 前記塔頂温度調節部の出力信号と、前記フィードフォワ
    ード制御部の出力信号とを乗算する第1の乗算手段と、 前記フォワード制御部の出力信号に前記塔頂温度の所定
    の設定値と原料入口温度との差信号を乗算する第2の乗
    算手段と、 この第2の乗算手段の出力信号と、前記フィ−ドフォワ
    ード制御部の出力信号とな加算する加算手段と。 この加算手段の出力信号を設定信号とし、前記蒸留塔の
    還流槽からの塔頂製品の還流流量を調節する還流流量調
    節部とを備え、 この還流流量調節部により塔頂製品の還流流量を調節す
    ることにより、前記蒸留塔の塔頂温度な制御する、蒸留
    塔の塔頂温度制御装置。 4、特許請求の範囲第3項記載の装置において。 前記塔頂温度は、前記蒸留塔の塔頂の複数のトレイの温
    度であり、前記塔頂温度調節手段は、これらトレイの温
    度差を所定の設定値と比較調節演算することを特徴とす
    る。蒸留塔の塔頂温度制御装置。
JP17044783A 1983-09-14 1983-09-14 蒸留塔の塔頂温度制御装置 Granted JPS6061003A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62237903A (ja) * 1986-04-07 1987-10-17 Mitsui Petrochem Ind Ltd 蒸留塔の制御方法
CN112678911A (zh) * 2020-12-08 2021-04-20 北京星枫先控科技有限公司 一种用于酚氨回收装置废水排放指标的控制方法

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