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(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(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，要求另一個產(chǎn)品也應(yīng)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。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)。如果產(chǎn)品質(zhì)量不合格，它的價值就將遠(yuǎn)遠(yuǎn)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。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(yīng)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(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。

約束條件

   為保證正常操作，需規(guī)定某些參數(shù)的極限值，并作為約束條件。塔內(nèi)氣體的流速過低時，對于某些篩板精餾塔會產(chǎn)生漏液現(xiàn)象，從而影響操作降低塔板效率；而流速過高易產(chǎn)生液泛，將完全破壞塔的操作。由于塔板上液層，氣相通過液層的阻力增大，因而可用測量差壓的方法檢測塔的液泛現(xiàn)象。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。當(dāng)壓差過高時，則通過差壓控制系統(tǒng)減小氣體流速。每個精餾塔都存在著一個1大操作壓力限制，超過這個壓力，塔的安全就沒有保障。為精餾過程提供能量的再沸器和冷凝器，也都存在一定限制。再沸器的加熱，受塔壓和再沸器中液相介質(zhì)1大汽化率的影響；同時再沸器兩側(cè)間的溫差不能超過其臨界溫差，否則會導(dǎo)致給熱系數(shù)下降，傳熱量降低。對冷凝器冷卻能力影響1大的是冷卻介質(zhì)的溫度。而在介質(zhì)條件不變時，又與塔的操作壓力有關(guān)；同時餾出產(chǎn)品組份的變化也將影響到冷凝器的冷卻能力限制。在確定精餾塔的控制方案時，必須考慮到上述的約束條件，以使精餾塔工作于正常操作區(qū)內(nèi)。

對于一個精餾塔來講，在進(jìn)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(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，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。離心清液的回配進(jìn)一步提高了發(fā)酵成熟醪中干物質(zhì)含量，加劇了微溶或可溶物質(zhì)在醪液輸送、換熱、蒸餾過程中的析出和結(jié)垢概率。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，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(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，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，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)料中幾個組分濃度同時變化時，情況將更為復(fù)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(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。

影響精餾塔操作中質(zhì)量指標(biāo)的因素

   通過以上分析，可以看出，在精餾塔的操作過程中，影響其質(zhì)量指標(biāo)的主要干擾有以下幾種：

   （l）進(jìn)料流量F的波動

   進(jìn)料量指進(jìn)入精餾塔物料的量，它的波動通常很難避免。精餾工藝上通常采用工業(yè)色譜儀進(jìn)行在線的成分分析，并以關(guān)鍵組分的濃度比進(jìn)行控制。對于獨(dú)立的或位于整個生產(chǎn)過程的起點(diǎn)的精餾塔控制可采用定值控制，則可使進(jìn)料流量保持恒定。但是，在一個連續(xù)的生產(chǎn)過程中，精餾塔的處理量往往是上一工序的產(chǎn)出量。如果一定要使進(jìn)料量恒定，勢必要設(shè)置很大的中間貯槽進(jìn)行緩沖。二是采取在上一工序設(shè)置液位均勻控制系統(tǒng)來控制出料，使塔的進(jìn)料流量F波動比較平穩(wěn)，從而避免劇烈的變化。

   （2）進(jìn)料成分ZF的變化

   進(jìn)料成分取決于上一工序出料或原料情況，對精餾塔的控制系統(tǒng)來講，它是不可控的干擾。而針對進(jìn)料成分的較大變化，則必須重新設(shè)置控制變量。

   （3）進(jìn)料溫度 TF及進(jìn)料熱量 QF的變化

   進(jìn)料溫度通常是較為恒定的。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。假如不恒定，進(jìn)料溫度和進(jìn)料熱量的變化會影響到塔的焓平衡，因此必須保持進(jìn)料溫度的恒定。工業(yè)上往往先將進(jìn)料預(yù)熱，通過溫度控制系統(tǒng)來使進(jìn)料溫度恒定。這對于進(jìn)料狀態(tài)全部是汽態(tài)或全部是液態(tài)時，可以保持進(jìn)料熱焓一定。當(dāng)進(jìn)料是汽液混相狀態(tài)時，則只有當(dāng)汽液兩相的比例恒定時，進(jìn)料熱焓才能恒定，必要時應(yīng)設(shè)置熱焓控制的環(huán)節(jié)來維持。

   （4）再沸器加熱劑熱量的變化

   當(dāng)加熱劑是蒸汽時，加入熱量的變化往往是由蒸汽壓力的變化引起的?？梢酝ㄟ^蒸汽總管設(shè)置壓力控制系統(tǒng)來加以克服，或者在串級控制系統(tǒng)的副回路中予以克服。

   （5）冷卻劑入口溫度及閥前壓力的變化

   冷卻劑量的變化會影響到回流量或回流溫度，它的變化主要是由于冷卻劑的壓力或溫度變化引起的。對于這類干擾，以閥前壓力波動影響較大，控制中用壓力控制系統(tǒng)加以克服。

   （6）環(huán)境溫度的變化

   精餾塔操作的環(huán)境溫度的變化一般不大，但在采用風(fēng)冷器作冷凝器時，則天氣驟變與晝夜溫差，對塔的操作影響較大，它會使回流量或回流溫度變化。當(dāng)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(yīng)緩慢的控制回路時，則應(yīng)當(dāng)考慮必要的動態(tài)補(bǔ)償。為此，應(yīng)采用內(nèi)回流控制的方法予以克服。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。

   由上述分析可以看出，進(jìn)料流量和進(jìn)料成分的波動是精餾塔操作的主要干擾，這個干擾往往不可控。