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精馏过程的自动控制方法

   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，将各组分进行分离提取以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。

精馏塔的基本控制方案

   精馏塔的基本控制方式是讨论复杂和特殊控制方案乃至1优控制的基础，同时也是目前实际应用中1常见的方案。精馏塔是一个多变量对象，因此如果将任意一个被调参数和任意一个调节参数组成调节回路，就可能有许多调节方案。物料中的杂质基本上是在发酵过程中生成的,只有很少数的杂质是在蒸煮和蒸馏过程中生成的。而产品质量往往是精馏过程的主要目标，因此，在基本控制方案中，以产品质量指标来选取调节参数，一种是采用温度作为间接质量指标，一种是采用产品成分等作为直接质量指标。

   （l）按提馏段指标的控制方案

如果对釜底出料的成分要求高于塔顶出料，塔顶或精馏段板上温度不能很好地反映组分变化和实际操作回流比大于几倍1小回流比时，可采用提馏段控制。提馏段温度是衡量质量指标的间接指标，而以改变再沸器加热量作为控制手段的方案，就是提馏段温控。

该方案以提馏段塔板温度为被控变量，加热蒸汽量为操纵变量。除了这个主要控制系统外，还设有若干个辅助控制系统；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。进料量F为定值控制或用均值控制系统；对塔底采出量B和塔顶馏出物D，按物料平衡关系分别设有塔底与回流罐的液位控制器作均匀控制；为维持塔压恒定，在塔顶设置压力控制系统，控制手段是控制冷凝器的冷却量；提馏段温控时，回流量采用定值控制，且回流量应足够大，以便当塔的处理量1大时，仍能保持塔顶产品的质量指标在规定的范围内。

   提馏段温控由于采用了提馏段温度作为间接质量指标。因此，它能够较直接地反映提馏段产品情况。将提馏段恒定后，就能较好地保证塔底产品的质量。

   对于液相进料时，进料量或进料成分的变化很快影响塔底的成分，而提馏段温控比较及时，动态过程也比较快。采用夹套外循环式***蒸发器作为塔釜加热蒸发装置，其蒸发效率比传统的“u”型管加热釜其热效率得到大大提高，同等加热面积下，其蒸发速度可以提高1-2倍，并且可以实现塔釜无拆卸自动清洗，大大改善了操作方便性。提馏段温控的一个特点是回流量足够大，因而在保持塔底质量的前提下，仍能保持塔顶质量，因此即使塔顶产品质量要求比塔底严格时，仍可采用提馏段温控。

温差控制及双温差控制

   在精密精馏中，产品纯度要求很高，组分间的相对挥发度差值很小，因而组分变化不大，然而微小的压力波动会造成明显的温度变化。这样，就破坏了温度和组分间的对应关系。精馏塔是一个多变量对象，因此如果将任意一个被调参数和任意一个调节参数组成调节回路，就可能有许多调节方案。此时，采用温度作为被控变量的提馏段和精馏段温度控制就得不到很好的效果，而应当采用温差控制。

  采用温差作为被控变量通常可以在塔顶（或塔底）附近的一块塔板上检测出该板温度，再检测出灵敏板上的温度，由于压力的波动对每块板的温度影响基本相同，只要将上述检测到的两个温度值相减，压力的影响几乎相互抵消。在实际应用中，温差控制的关键是正确选择测温点，合理给出温差设定值。这是因为温度与产品成分之间的关系不是线性的，同一温差在不同条件下可以有两个不同的组分。在实际应用中，温差控制的关键是正确选择测温点，合理给出温差设定值。图18是正丁烷和异丁烷分离塔的温差和塔底产品中轻组分浓度的关系示意图。由图可见，曲线除1高点外，每一温差都有两个不同的组分浓度。1高点左侧部分对应的塔底产品纯度较高，而右侧则较低。因此，温差的工作点应位于曲线的左侧。

按产品成分或物性指标的直接控制方案

   精馏塔的质量控制1好能选择表征塔顶和塔底产品的质量指标，即产品的成分作为被控变量，即直接控制方案。上述的温度、温差或双温差控制都是间接控制产品质量的方法。在多元精馏中，影响关系要复杂得多，当进料中某一组分的浓度变化时，必然使其他组分的浓度变化。利用产品分析器，例如色谱仪、红外分析器、密度计、干点、闪点及初馏点分析器等，分析出塔顶（或塔底）的产品成分并将其作为被控变量，而将回流量或再沸器的加热量等作为控制变量，就可以组成成分控制，实现按产品成分的直接指标控制。

   采用色谱仪可以测量多组分的浓度，并可以通过测量其他含量较少的杂质组分之和来决定产品的纯度。精馏工艺上通常采用工业色谱仪进行在线的成分分析，并以关键组分的浓度比进行控制。由于色谱仪也是根据吸收和解吸原理工作的，在精馏塔中很难进行的分离在色谱仪中也是困难的。在精馏塔的操作中，当干扰产生时，多个塔板中灵敏板的变化量***明显。同时分析仪需要采样系统且其测量滞后影响了控制系统的动态响应。这是在使用时应予注意的。在精馏塔的操作中，当干扰产生时，多个塔板中灵敏板的变化量明显。因此，可选择测量灵敏板上的成分，并作为被控变量进行控制。

与温度控制的情况类似，塔顶或塔底产品的成分是能体现产品的质量指标。但是当分离的产品较纯时，在邻近塔顶、塔底的各板间，成分差很小，而且每块板上的成分在受到干扰后变化也很小，这就要求检测成分的仪表灵敏度很高。理论上讲，按产品成分的直接指标控制方案，是直接、1有效的方案。可溶性钙盐转化成碳酸钙垢在蒸馏过程中，可溶性有机酸钙盐与醪液中的可溶性碳酸盐反应生成碳酸钙垢：CaA2+Na2CO3=CaCO3↓+2NaACaA2+K2CO3=CaCO3↓+2KA2。它可为各种基于化工热力学的多变量控制及精1确控制打下基础。但是，就目前测量产品成分的仪表来说，准确度一般较差、滞后时间也很长，因而控制系统的控制质量受到很大影响。但只要不断改善成分分析仪表的性能，按产品成分的直接指标控制方案将得到广泛应用。