精餾塔工藝要求和約束條件

   要對(duì)精餾塔實(shí)施有效的自動(dòng)控制，必須首先了解精餾塔的控制目標(biāo)。精餾塔的控制目標(biāo)一般從質(zhì)量指標(biāo)、產(chǎn)品產(chǎn)量和能量消耗三方面考慮。任何精餾塔的操作情況同時(shí)受約束條件的制約，因此，在考慮精餾塔控制方案時(shí)一定要把這些因素考慮進(jìn)去。

   1．質(zhì)量指標(biāo)

   質(zhì)量指標(biāo)（即產(chǎn)品純度）必須符合規(guī)定的要求。一般應(yīng)使塔頂或塔底產(chǎn)品之一達(dá)到規(guī)定的純度，要求另一個(gè)產(chǎn)品也應(yīng)該維持在規(guī)定的范圍之內(nèi)，或者塔項(xiàng)和塔底的產(chǎn)品均保證一定的純度要求。當(dāng)方案選取時(shí)，由于客觀條件不得不采用靈敏度較高但動(dòng)態(tài)響應(yīng)緩慢的控制回路時(shí)，則應(yīng)當(dāng)考慮必要的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。如果產(chǎn)品質(zhì)量不合格，它的價(jià)值就將遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于合格產(chǎn)品。但決不是說(shuō)質(zhì)量越高越好。由于質(zhì)量超過(guò)規(guī)定，產(chǎn)品的價(jià)值并不因此而增加；而產(chǎn)品產(chǎn)量卻可能下降，同時(shí)操作成本主要是能量消耗會(huì)增加很多。因此，總的價(jià)值反倒下降了。由此可見(jiàn)，除了要考慮使產(chǎn)品符合規(guī)格外，還應(yīng)同時(shí)考慮產(chǎn)品的產(chǎn)量和能量消耗。

   2．產(chǎn)品產(chǎn)量指標(biāo)

   在達(dá)到一定質(zhì)量指標(biāo)要求的前提下，應(yīng)得到盡可能高的產(chǎn)量，從而使產(chǎn)品的回收率提高。這對(duì)于提高經(jīng)濟(jì)效益顯然是有利的。

   產(chǎn)品的回收率定義為產(chǎn)品量與進(jìn)料中該產(chǎn)品組分的量之比。即：

           Ri=P/Fzi                                      （8）

   生產(chǎn)效益除了產(chǎn)品純度與產(chǎn)品回收率之間的關(guān)系，還必須考慮能量消耗因素。由精餾原理可知，用精餾搭進(jìn)行混合物的分離是要消耗一定能量的；要使分離的產(chǎn)品質(zhì)量越高，產(chǎn)品產(chǎn)量越多，所需的能量也就越大。

對(duì)于一個(gè)精餾塔來(lái)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。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。為簡(jiǎn)化討論，只談及頂部和底部產(chǎn)品均為液相的且沒(méi)有側(cè)線采出的情況。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(huì)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?？朔@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。

精餾塔的控制方案

   在了解了精餾塔的操作要求和影響因素之后，余下的問(wèn)題就是如何確定精餾塔的控制方案。能耗要求和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)精餾過(guò)程中消耗的能量，主要是再沸器的加熱量和冷凝器的冷卻量消耗。首先簡(jiǎn)述設(shè)置精餾塔控制方案的基本觀點(diǎn)。為簡(jiǎn)化討論，只談及頂部和底部產(chǎn)品均為液相的且沒(méi)有側(cè)線采出的情況。由于精餾塔的控制方案繁多，只按這些基本觀點(diǎn)選擇具有代表性的、常見(jiàn)的控制方案作出介紹。

    1．設(shè)置精餾塔控制方案的基本觀點(diǎn)

   （1）按物料及能量平衡關(guān)系進(jìn)行控制

   對(duì)于一個(gè)實(shí)際操作的二元精餾塔，在進(jìn)料成分一定時(shí)，只要把D／F和V／F調(diào)節(jié)一定；且頂部回流罐液位調(diào)節(jié)以保證回流按照L=Vr－D的關(guān)系保持一定；底部產(chǎn)品流量B在液位調(diào)節(jié)作用下也可以保證B=F-D的物料平衡關(guān)系，那么該塔的產(chǎn)品質(zhì)量就能得到控制。需指出，由于能量關(guān)系因素V主要取決于再沸器加熱量，但也取決于進(jìn)料和回流的熱焓。（2）設(shè)置質(zhì)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)實(shí)際上根據(jù)精餾塔靜態(tài)特性考慮的按物料和能量平衡關(guān)系控制的方案，在具體應(yīng)用時(shí)很難保證產(chǎn)品的質(zhì)量，僅在產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)并不嚴(yán)格的情況下才能使用。當(dāng)回流溫度恒定時(shí)，只須考慮進(jìn)料設(shè)置溫度或熱焓自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。于是可保持再沸器的蒸汽量一定，就相當(dāng)于塔內(nèi)上升蒸汽量V一定了。考慮到因冷凝器冷卻量和環(huán)境等擾動(dòng)因素而使能量平衡可能破壞，從而使塔壓變化，因此在塔頂設(shè)置壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)。對(duì)于D／F和V／F的控制，由頂部產(chǎn)品量D、再沸器加熱蒸汽量和進(jìn)料量F分別組成比值控制系統(tǒng)。若考慮到動(dòng)態(tài)關(guān)系，可添加補(bǔ)償環(huán)節(jié)，一般采用超前-滯后環(huán)節(jié)。