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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。

影响精馏塔操作中质量指标的因素

   通过以上分析，可以看出，在精馏塔的操作过程中，影响其质量指标的主要干扰有以下几种：

   （l）进料流量F的波动

   进料量指进入精馏塔物料的量，它的波动通常很难避免。对于独立的或位于整个生产过程的起点的精馏塔控制可采用定值控制，则可使进料流量保持恒定。但是，在一个连续的生产过程中，精馏塔的处理量往往是上一工序的产出量。在蒸馏过程中首先析出的是溶解度较小的碳酸钙、碳酸镁、磷酸钙等，而溶解度稍大一些的也逐渐被浓缩沉积，如硫酸钙、有机酸钙等。如果一定要使进料量恒定，势必要设置很大的中间贮槽进行缓冲。二是采取在上一工序设置液位均匀控制系统来控制出料，使塔的进料流量F波动比较平稳，从而避免剧烈的变化。

   （2）进料成分ZF的变化

   进料成分取决于上一工序出料或原料情况，对精馏塔的控制系统来讲，它是不可控的干扰。而针对进料成分的较大变化，则必须重新设置控制变量。

   （3）进料温度 TF及进料热量 QF的变化

   进料温度通常是较为恒定的。假如不恒定，进料温度和进料热量的变化会影响到塔的焓平衡，因此必须保持进料温度的恒定。工业上往往先将进料预热，通过温度控制系统来使进料温度恒定。2、连续式的配有预热器，可以进行连续式生产，符合大批量生产的需要。这对于进料状态全部是汽态或全部是液态时，可以保持进料热焓一定。当进料是汽液混相状态时，则只有当汽液两相的比例恒定时，进料热焓才能恒定，必要时应设置热焓控制的环节来维持。

   （4）再沸器加热剂热量的变化

   当加热剂是蒸汽时，加入热量的变化往往是由蒸汽压力的变化引起的。可以通过蒸汽总管设置压力控制系统来加以克服，或者在串级控制系统的副回路中予以克服。

   （5）冷却剂入口温度及阀前压力的变化

   冷却剂量的变化会影响到回流量或回流温度，它的变化主要是由于冷却剂的压力或温度变化引起的。对于这类干扰，以阀前压力波动影响较大，控制中用压力控制系统加以克服。

   （6）环境温度的变化

   精馏塔操作的环境温度的变化一般不大，但在采用风冷器作冷凝器时，则天气骤变与昼夜温差，对塔的操作影响较大，它会使回流量或回流温度变化。为此，应采用内回流控制的方法予以克服。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。内回流通常是指精馏塔的精馏段内上一层塔盘向下一层塔盘流下的液体量，一般要控制内回流为恒定量或按某一规律变化的操作。

   由上述分析可以看出，进料流量和进料成分的波动是精馏塔操作的主要干扰，这个干扰往往不可控。

精馏塔的控制方案

   在了解了精馏塔的操作要求和影响因素之后，余下的问题就是如何确定精馏塔的控制方案。首先简述设置精馏塔控制方案的基本观点。（2）进料成分ZF的变化进料成分取决于上一工序出料或原料情况，对精馏塔的控制系统来讲，它是不可控的干扰。为简化讨论，只谈及顶部和底部产品均为液相的且没有侧线采出的情况。由于精馏塔的控制方案繁多，只按这些基本观点选择具有代表性的、常见的控制方案作出介绍。

    1．设置精馏塔控制方案的基本观点

   （1）按物料及能量平衡关系进行控制

   对于一个实际操作的二元精馏塔，在进料成分一定时，只要把D／F和V／F调节一定；且顶部回流罐液位调节以保证回流按照L=Vr－D的关系保持一定；底部产品流量B在液位调节作用下也可以保证B=F-D的物料平衡关系，那么该塔的产品质量就能得到控制。需指出，由于能量关系因素V主要取决于再沸器加热量，但也取决于进料和回流的热焓。当回流温度恒定时，只须考虑进料设置温度或热焓自动调节系统。于是可保持再沸器的蒸汽量一定，就相当于塔内上升蒸汽量V一定了。（5）考虑整个工艺生产过程的平稳操作由于精馏塔往往是生产过程中的一个环节，因此不仅前一工序的操作情况要影响精馏塔的操作，而且它的产品产量和成分变化也要影响到后一工序的操作。考虑到因冷凝器冷却量和环境等扰动因素而使能量平衡可能破坏，从而使塔压变化，因此在塔顶设置压力调节系统。对于D／F和V／F的控制，由顶部产品量D、再沸器加热蒸汽量和进料量F分别组成比值控制系统。若考虑到动态关系，可添加补偿环节，一般采用超前-滞后环节。