精馏塔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）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。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。

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***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。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。压力的降低可以使塔内被分离组分间的挥发度增加，这样使单位处理量所需的再沸器加热量下降，节省能量，提高经济效益。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。因此，为了节省能量，减少有用功的损失，应使调节阀前后压降尽可能减少，这是控制方案的选择中一个值得注意的问题。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。

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***了温度和组分间的对应关系。该填料具有比表面积大，压力降小，酒精回收塔气流分布好，分馏效果好等明显优点。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。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***，从而使塔压变化，因此在塔顶设置压力调节系统。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。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。