精餾塔的干擾因素

   和其他化工過程一樣，精餾是在一定的物料平衡和能量平衡的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。二是對于選取的具有相關(guān)影響的控制系統(tǒng)，可通過整定調(diào)節(jié)器參數(shù)把控制回路的工作頻率拉開的方法減少相關(guān)。一切因素均通過物料平衡和能量平衡影響塔的正常操作。影響物料平衡的因素包括進(jìn)料量和進(jìn)料成分的變化，頂部餾出物及底部出料的變化。影響能量平衡的因素主要是進(jìn)料溫度或熱焓的變化，再沸器加熱量和冷凝器冷卻量的變化，此外還有塔的環(huán)境溫度等變化。同時(shí)，物料平衡和能量平衡之間又是相互影響的。要了解這些因素是如何影響精餾塔操作的，首先必須分析它的靜態(tài)規(guī)律，即研究其靜態(tài)特性。從而分析上述因素對精餾塔的動(dòng)態(tài)影響。

   1．精餾塔中靜態(tài)關(guān)系的分析

   圖15為精餾塔的物料流程圖，可簡單地視其于為二元精餾。則從物料平衡和能量關(guān)系出發(fā)，可得出它的總的物料平衡關(guān)系為

           F=D＋B           （9）

   輕組分的物料平衡關(guān)系為

   Fz＝Dy＋Bx        （10）

式中，F(xiàn)、D和B分別為進(jìn)料量、頂部餾出物量和塔底產(chǎn)品；z、y和x分別為進(jìn)料、頂部餾出物和底部產(chǎn)品中輕組分的含量。由以上兩式，可明顯看出進(jìn)料量F在產(chǎn)品中的分配量（即D／F）是決定頂部和底部產(chǎn)品中輕組分含量y和x的關(guān)鍵因素。

   靜態(tài)下精餾塔的能量關(guān)系為

   QH FHF＝QC＋DHD＋BHB      （11）

式中，QH為再沸器加熱量，QC為冷凝器冷卻量，HP、HD和HB分別為進(jìn)料頂部、底部產(chǎn)品的比熱熔。在式中，每一項(xiàng)都影響著塔內(nèi)上升蒸汽的流量V。對于一個(gè)既定的塔來講，V與F之比與塔的分離度S有關(guān)。即V／F一定時(shí)意味著塔分離度也一定。

對于一個(gè)精餾塔來講，在進(jìn)料成分Z一定時(shí)，只要保持V／F和D／F一定（或者在F一定時(shí)保持D和V一定），這個(gè)塔的分離結(jié)果也就是產(chǎn)品成分y和x將被完全確定。提餾段溫度是衡量質(zhì)量指標(biāo)的間接指標(biāo)，而以改變再沸器加熱量作為控制手段的方案，就是提餾段溫控。而當(dāng)進(jìn)料成分變化時(shí)，為了保持產(chǎn)品成分不變，可以相應(yīng)調(diào)節(jié)D／F，以補(bǔ)償進(jìn)料成分變化的影響。塔內(nèi)上升蒸汽量V，在塔的提餾段是由再沸器加熱提供的，在塔的精餾段還受到進(jìn)料熱熔的影響。當(dāng)冷凝器冷卻量Q增加時(shí)，必然會使更多的氣相變?yōu)橐合?，從而降低了塔壓；同時(shí)使塔內(nèi)相同組分的平衡溫度下降，增加了再沸器兩側(cè)間的溫差，使再沸器提供的加熱量QH增加。正因如此，在進(jìn)料熱熔變化不大或可以忽略時(shí)，一般總把V的變化或V／F的變化，看作是由再沸器加熱量QH提供的。在多元精餾中，影響關(guān)系要復(fù)雜得多，當(dāng)進(jìn)料中某一組分的濃度變化時(shí)，必然使其他組分的濃度變化；從而使頂部及底部產(chǎn)品中各組分的濃度發(fā)生變化。當(dāng)進(jìn)料中幾個(gè)組分濃度同時(shí)變化時(shí)，情況將更為復(fù)雜。克服這些擾動(dòng)的控制手段卻只有靠D／F和V／F。此時(shí)僅有兩個(gè)關(guān)鍵組分可以控制，其余組分在產(chǎn)品中的分配情況主要由進(jìn)料濃度確定。

精餾塔的基本控制方案

   精餾塔的基本控制方式是討論復(fù)雜和特殊控制方案乃至1優(yōu)控制的基礎(chǔ)，同時(shí)也是目前實(shí)際應(yīng)用中1常見的方案。概述：1、本設(shè)備有間歇式和連續(xù)式兩種形式，主要由塔釜、塔身、冷凝器、平衡罐、流量計(jì)等部件組成。精餾塔是一個(gè)多變量對象，因此如果將任意一個(gè)被調(diào)參數(shù)和任意一個(gè)調(diào)節(jié)參數(shù)組成調(diào)節(jié)回路，就可能有許多調(diào)節(jié)方案。而產(chǎn)品質(zhì)量往往是精餾過程的主要目標(biāo)，因此，在基本控制方案中，以產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)來選取調(diào)節(jié)參數(shù)，一種是采用溫度作為間接質(zhì)量指標(biāo)，一種是采用產(chǎn)品成分等作為直接質(zhì)量指標(biāo)。

   （l）按提餾段指標(biāo)的控制方案

如果對釜底出料的成分要求高于塔頂出料，塔頂或精餾段板上溫度不能很好地反映組分變化和實(shí)際操作回流比大于幾倍1小回流比時(shí)，可采用提餾段控制。提餾段溫度是衡量質(zhì)量指標(biāo)的間接指標(biāo)，而以改變再沸器加熱量作為控制手段的方案，就是提餾段溫控。

該方案以提餾段塔板溫度為被控變量，加熱蒸汽量為操縱變量。同時(shí)使塔內(nèi)相同組分的平衡溫度下降，增加了再沸器兩側(cè)間的溫差，使再沸器提供的加熱量QH增加。除了這個(gè)主要控制系統(tǒng)外，還設(shè)有若干個(gè)輔助控制系統(tǒng)；進(jìn)料量F為定值控制或用均值控制系統(tǒng)；對塔底采出量B和塔頂餾出物D，按物料平衡關(guān)系分別設(shè)有塔底與回流罐的液位控制器作均勻控制；為維持塔壓恒定，在塔頂設(shè)置壓力控制系統(tǒng)，控制手段是控制冷凝器的冷卻量；提餾段溫控時(shí)，回流量采用定值控制，且回流量應(yīng)足夠大，以便當(dāng)塔的處理量1大時(shí)，仍能保持塔頂產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)在規(guī)定的范圍內(nèi)。

   提餾段溫控由于采用了提餾段溫度作為間接質(zhì)量指標(biāo)。因此，它能夠較直接地反映提餾段產(chǎn)品情況。將提餾段恒定后，就能較好地保證塔底產(chǎn)品的質(zhì)量。

   對于液相進(jìn)料時(shí)，進(jìn)料量或進(jìn)料成分的變化很快影響塔底的成分，而提餾段溫控比較及時(shí)，動(dòng)態(tài)過程也比較快。內(nèi)回流通常是指精餾塔的精餾段內(nèi)上一層塔盤向下一層塔盤流下的液體量，一般要控制內(nèi)回流為恒定量或按某一規(guī)律變化的操作。提餾段溫控的一個(gè)特點(diǎn)是回流量足夠大，因而在保持塔底質(zhì)量的前提下，仍能保持塔頂質(zhì)量，因此即使塔頂產(chǎn)品質(zhì)量要求比塔底嚴(yán)格時(shí)，仍可采用提餾段溫控。