精餾塔工藝要求和約束條件

   要對精餾塔實施有效的自動控制，必須首先了解精餾塔的控制目標。精餾塔的控制目標一般從質(zhì)量指標、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受約束條件的制約，因此，在考慮精餾塔控制方案時一定要把這些因素考慮進去。

   1．質(zhì)量指標

   質(zhì)量指標（即產(chǎn)品純度）必須符合規(guī)定的要求。一般應使塔頂或塔底產(chǎn)品之一達到規(guī)定的純度，要求另一個產(chǎn)品也應該維持在規(guī)定的范圍之內(nèi)，或者塔項和塔底的產(chǎn)品均保證一定的純度要求。如果產(chǎn)品質(zhì)量不合格，它的價值就將遠遠低于合格產(chǎn)品。但決不是說質(zhì)量越高越好。由于質(zhì)量超過規(guī)定，產(chǎn)品的價值并不因此而增加；而產(chǎn)品產(chǎn)量卻可能下降，同時操作成本主要是能量消耗會增加很多。對于一個精餾塔來講，塔頂產(chǎn)品和塔底產(chǎn)品的質(zhì)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)之間是相互關(guān)聯(lián)的，當相互影響嚴重時，不能達到預定的質(zhì)量控制目的，此時可采用解耦控制以減少或消除它們之間的相關(guān)影響。因此，總的價值反倒下降了。由此可見，除了要考慮使產(chǎn)品符合規(guī)格外，還應同時考慮產(chǎn)品的產(chǎn)量和能量消耗。

   2．產(chǎn)品產(chǎn)量指標

   在達到一定質(zhì)量指標要求的前提下，應得到盡可能高的產(chǎn)量，從而使產(chǎn)品的回收率提高。這對于提高經(jīng)濟效益顯然是有利的。

   產(chǎn)品的回收率定義為產(chǎn)品量與進料中該產(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。

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上進行的。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料量和進料成分的變化，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。精餾塔是一個多變量對象，因此如果將任意一個被調(diào)參數(shù)和任意一個調(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。同時，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分別為進料量、頂部餾出物量和塔底產(chǎn)品；z、y和x分別為進料、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分別為進料頂部、底部產(chǎn)品的比熱熔。在式中，每一項都影響著塔內(nèi)上升蒸汽的流量V。對于一個既定的塔來講，V與F之比與塔的分離度S有關(guān)。即V／F一定時意味著塔分離度也一定。

按產(chǎn)品成分或物性指標的直接控制方案

   精餾塔的質(zhì)量控制1好能選擇表征塔頂和塔底產(chǎn)品的質(zhì)量指標，即產(chǎn)品的成分作為被控變量，即直接控制方案。上述的溫度、溫差或雙溫差控制都是間接控制產(chǎn)品質(zhì)量的方法?；厥赵砭凭厥账墓ぷ髟硎抢眯D(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力場代替常規(guī)重力場，極大地強化氣液傳質(zhì)過程。利用產(chǎn)品分析器，例如色譜儀、紅外分析器、密度計、干點、閃點及初餾點分析器等，分析出塔頂（或塔底）的產(chǎn)品成分并將其作為被控變量，而將回流量或再沸器的加熱量等作為控制變量，就可以組成成分控制，實現(xiàn)按產(chǎn)品成分的直接指標控制。

   采用色譜儀可以測量多組分的濃度，并可以通過測量其他含量較少的雜質(zhì)組分之和來決定產(chǎn)品的純度。精餾工藝上通常采用工業(yè)色譜儀進行在線的成分分析，并以關(guān)鍵組分的濃度比進行控制。由于色譜儀也是根據(jù)吸收和解吸原理工作的，在精餾塔中很難進行的分離在色譜儀中也是困難的。同時分析儀需要采樣系統(tǒng)且其測量滯后影響了控制系統(tǒng)的動態(tài)響應。因此，為了節(jié)省能量，減少有用功的損失，應使調(diào)節(jié)閥前后壓降盡可能減少，這是控制方案的選擇中一個值得注意的問題。這是在使用時應予注意的。在精餾塔的操作中，當干擾產(chǎn)生時，多個塔板中靈敏板的變化量明顯。因此，可選擇測量靈敏板上的成分，并作為被控變量進行控制。

與溫度控制的情況類似，塔頂或塔底產(chǎn)品的成分是能體現(xiàn)產(chǎn)品的質(zhì)量指標。但是當分離的產(chǎn)品較純時，在鄰近塔頂、塔底的各板間，成分差很小，而且每塊板上的成分在受到干擾后變化也很小，這就要求檢測成分的儀表靈敏度很高。理論上講，按產(chǎn)品成分的直接指標控制方案，是直接、1有效的方案。它可為各種基于化工熱力學的多變量控制及精1確控制打下基礎。對于動態(tài)氣相進料時，其進料量的變化過程也比較快，采用精餾段溫控就比較及時。但是，就目前測量產(chǎn)品成分的儀表來說，準確度一般較差、滯后時間也很長，因而控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量受到很大影響。但只要不斷改善成分分析儀表的性能，按產(chǎn)品成分的直接指標控制方案將得到廣泛應用。

可溶性鈣鹽轉(zhuǎn)化成碳酸鈣垢在蒸餾過程中，可溶性有機酸鈣鹽與醪液中的可溶性碳酸鹽反應生成碳酸鈣垢：

   CaA2 Na2CO3=CaCO3↓ 2NaA

   CaA2 K2CO3=CaCO3↓ 2KA

   2.3.3 可溶性鈣鹽受熱分解生成難溶碳酸鈣垢在蒸餾過程中，可溶性鈣鹽受熱分解生成溶解度小的鹽垢：

   Ca（H CO3）2 =CaCO3 ↓ H2O CO2↑ Mg（HCO3）2 = MgCO3↓ H2O CO2↑

 前處理制漿工藝對醪垢的生成也有影響

   在酒精生產(chǎn)中，前處理制漿工藝可分為干法、半干法、濕法及改良濕法等，其對醪液輸送、換熱、蒸餾等過程中的結(jié)垢及積料影響程度從小到大，依次為濕法、干法、半干法、改良濕法。無論哪種制漿工藝，造成堵塔或換熱器效率下降的主要原因均為醪垢的積累，物料粒度則是次要原因。壓力的降低可以使塔內(nèi)被分離組分間的揮發(fā)度增加，這樣使單位處理量所需的再沸器加熱量下降，節(jié)省能量，提高經(jīng)濟效益。