精馏塔的自动控制

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1、精馏过程是石油和化工生产中应用极为广泛的生产过程，它是利用混合液中各组分挥发度的不同，将各组分进行分离以提取达到规定纯度要求的产品。精馏过程是一个非常复杂的过程，其关键设备是精馏塔，。在精馏操作中，被控变量多，可以选用的操作变量也多，它们之间又可以有多种不同组合。所以，控制方案繁多。一、工艺要求和约束条件要对精馏塔实施有效的自动控制，必须首先了解精馏塔的控制目标。精馏塔的控制目标一般从质量指标、产品产量和能量消耗三方面考虑。任何精馏塔的操作情况同时受约束条件的制约，因此，在考虑精馏塔控制方案时一定要把这些因素考虑进去。1．质量指标质量指标（即产品纯度）

2、必须符合规定的要求。一般应使塔顶或塔底产品之一达到规定的纯度，要求另一个产品也应该维持在规定的范围之内，或者塔项和塔底的产品均保证一定的纯度要求。如果产品质量不合格，它的价值就将远远低于合格产品。但决不是说质量越高越好。由于质量超过规定，产品的价值并不因此而增加；而产品产量却可能下降，同时操作成本主要是能量消耗会增加很多。因此，总的价值反倒下降了。由此可见，除了要考虑使产品符合规格外，还应同时考虑产品的产量和能量消耗。2．产品产量指标在达到一定质量指标要求的前提下，应得到尽可能高的产量，从而使产品的回收率提高。这对于提高经济效益显然是有利的。产品的回收

3、率定义为产品量与进料中该产品组分的量之比。即：Ri=P/Fzi（8）生产效益除了产品纯度与产品回收率之间的关系，还必须考虑能量消耗因素。由精馏原理可知，用精馏搭进行混合物的分离是要消耗一定能量的；要使分离的产品质量越高，产品产量越多，所需的能量也就越大。3．能耗要求和经济性指标精馏过程中消耗的能量，主要是再沸器的加热量和冷凝器的冷却量消耗；此外，塔和附属设备及管线也要散失部分能量。在一定的纯度要求下，增加塔内的上升蒸汽是有利于提高产品回收率的；同时也意味着再沸器的能量消耗要增大。且任何事物总是有一定限度的。在单位进料量的能耗增加到一定数值后，再继续增加

4、塔内的上升蒸汽，则产品回收率就增长不多了。应当指出精馏塔的操作情况，必须从整个经济效益来衡量。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的目标。其中质量是必要条件，在质量指标一定的条件下应在控制过程中使产品的产量尽可能提高一些，同时能量消耗尽可能低一些。4．约束条件为保证正常操作，需规定某些参数的极限值，并作为约束条件。塔内气体的流速过低时，对于某些筛板精馏塔会产生漏液现象，从而影响操作降低塔板效率；而流速过高易产生液泛，将完全破坏塔的操作。由于塔板上液层增高，气相通过液层的阻力增大，因而可用测量差压的方法检测塔的液泛现象。当压差过高时，则

5、通过差压控制系统减小气体流速。每个精馏塔都存在着一个最大操作压力限制，超过这个压力，塔的安全就没有保障。为精馏过程提供能量的再沸器和冷凝器，也都存在一定限制。再沸器的加热，受塔压和再沸器中液相介质最大汽化率的影响；同时再沸器两侧间的温差不能超过其临界温差，否则会导致给热系数下降，传热量降低。对冷凝器冷却能力影响最大的是冷却介质的温度。而在介质条件不变时，又与塔的操作压力有关；同时馏出产品组份的变化也将影响到冷凝器的冷却能力限制。在确定精馏塔的控制方案时，必须考虑到上述的约束条件，以使精馏塔工作于正常操作区内。二、精馏塔的干扰因素和其他化工过程一样，精馏

6、是在一定的物料平衡和能量平衡的基础上进行的。一切因素均通过物料平衡和能量平衡影响塔的正常操作。影响物料平衡的因素包括进料量和进料成分的变化，顶部馏出物及底部出料的变化。影响能量平衡的因素主要是进料温度或热焓的变化，再沸器加热量和冷凝器冷却量的变化，此外还有塔的环境温度等变化。同时，物料平衡和能量平衡之间又是相互影响的。要了解这些因素是如何影响精馏塔操作的，首先必须分析它的静态规律，即研究其静态特性。从而分析上述因素对精馏塔的动态影响。1．精馏塔中静态关系的分析                                               

7、 图15为精馏塔的物料流程图，可简单地视其于为二元精馏。则从物料平衡和能量关系出发，可得出它的总的物料平衡关系为F=D＋B（9）轻组分的物料平衡关系为Fz＝Dy＋Bx（10）式中，F、D和B分别为进料量、顶部馏出物量和塔底产品；z、y和x分别为进料、顶部馏出物和底部产品中轻组分的含量。由以上两式，可明显看出进料量F在产品中的分配量（即D／F）是决定顶部和底部产品中轻组分含量y和x的关键因素。静态下精馏塔的能量关系为QH+FHF＝QC＋DHD＋BHB（11）式中，QH为再沸器加热量，QC为冷凝器冷却量，HP、HD和HB分别为进料顶部、底部产品的比热熔。在

8、式中，每一项都影响着塔内上升蒸汽的流量V。对于一个既定的塔来讲，V与F之比与塔的分离度S有关。