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．質量指標

   質量指標（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。當方案選取時，由于客觀條件不得不采用靈敏度較高但動態(tài)響應緩慢的控制回路時，則應當考慮必要的動態(tài)補償。如果產(chǎn)品質量不合格，它的價值就將遠遠低于合格產(chǎn)品。但決不是說質量越高越好。由于質量超過規(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。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)品質量越高，產(chǎn)品產(chǎn)量越多，所需的能量也就越大。

對于一個精餾塔來講，在進料成分Z一定時，只要保持V／F和D／F一定（或者在F一定時保持D和V一定），這個塔的分離結果也就是產(chǎn)品成分y和x將被完全確定。而當進料成分變化時，為了保持產(chǎn)品成分不變，可以相應調節(jié)D／F，以補償進料成分變化的影響。為簡化討論，只談及頂部和底部產(chǎn)品均為液相的且沒有側線采出的情況。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料熱熔的影響。當冷凝器冷卻量Q增加時，必然會使更多的氣相變?yōu)橐合?，從而降低了塔壓；同時使塔內(nèi)相同組分的平衡溫度下降，增加了再沸器兩側間的溫差，使再沸器提供的加熱量QH增加。正因如此，在進料熱熔變化不大或可以忽略時，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，影響關系要復雜得多，當進料中某一組分的濃度變化時，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。當進料中幾個組分濃度同時變化時，情況將更為復雜?？朔@些擾動的控制手段卻只有靠D／F和V／F。此時僅有兩個關鍵組分可以控制，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，余下的問題就是如何確定精餾塔的控制方案。能耗要求和經(jīng)濟性指標精餾過程中消耗的能量，主要是再沸器的加熱量和冷凝器的冷卻量消耗。首先簡述設置精餾塔控制方案的基本觀點。為簡化討論，只談及頂部和底部產(chǎn)品均為液相的且沒有側線采出的情況。由于精餾塔的控制方案繁多，只按這些基本觀點選擇具有代表性的、常見的控制方案作出介紹。

    1．設置精餾塔控制方案的基本觀點

   （1）按物料及能量平衡關系進行控制

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