精馏塔的控制说明

一、精馏塔的控制要求
精馏塔的控制目标是，在保证产品质量合格的前提下，使塔的总收益（利润）最大或总成本最小。

具体对一个精馏塔来说，需从四个方面考虑，设置必要的控制系统。

（1）产品质量控制；
（2）物料平衡控制；
（3）能量平衡控制；
（4）约束条件控制（液泛限、漏液限、压力限、临界温差限等）。

防止液泛和漏液，可以用塔压降或压差来监视气相速度。

二、精馏塔的主要干扰因素
精馏塔的主要干扰因素为进料状态，即进料流量F、进料组分Z f、进料温度T f或热焓F E。

此外，冷剂与热剂的压力盒温度及环境温度等因素，也会影响精馏塔的平衡操作。

所以，在精馏塔的整体方案确定时，如果工艺允许，能把精馏塔进料量、进料温度或热焓加以定值控制，对精馏塔的操作平稳时极为有利的。

三、精馏塔控制变量的分析
精馏塔的控制是为了保证精馏塔安全、平稳的运行，其目标是，是塔操作满足各种约束条件，保持塔的物料及能量的平衡，在较佳的工况下安全、平稳的运行，获得较大的产品回收率和较低的能耗及符合规定要求的产品。

在过程系统控制中所涉及的变量可分为以下几类。

（1）被控变量被控变量是通过改变调节其他相关变量使之维持在目标值的变量。

精馏塔的被控变量有5个：塔顶产品的浓度、塔底产品的浓度、塔内压力、塔釜及回流罐的液位。

（2）操纵变量操纵变量时通过改变调节阀的开度实施对介质的调节，该介质变量称为操纵变量。

控制系统是通过调节操纵变量来控制被控变量，而操纵变量通常是系统的流量。

如产品流量、塔回流量及加热剂、冷却剂量。

操纵变量也为5个。

（3）干扰变量精馏塔的环境参数及输入变量波动破坏塔的平衡，使产品质量发生变化，称这些变量为干扰变量，控制的目的就是克服干扰变量的扰动影响。

干扰变量有些可控，有些则不能控制。

a、可控干扰变量如塔的进料流量、温度或进料焓值或热状态。

b、不可控干扰变量如进料的成分、环境温度、冷却水温及大气压等。

四、精馏塔被控变量的选择
精馏塔被控变量的选择，是指精馏塔产品质量控制中被控变量的确定，以及检测点的位置等问题。

通常精馏塔的产品质量指标有两类：一类是直接质量指标；一类是间接质量指标。

以产品成分这一直接指标作为产品质量控制的被控变量，应该说是最为理想的。

然而由于成分分析仪测量过程滞后比较大，反应比较迟缓，尤其是石油化工产品繁多，分析仪表在品
种上也难于一一满足，所以产品按成分信号进行精馏塔的质量控制还为数不多。

目前精馏塔质量控制的被控变量绝大多数采用的还是间接质量指标，其中最为常用的是采用温度作为间接质量指标。

确定温度点位置附图（绘制中）
（1）如果希望保持塔顶产品质量符合要求时，即顶部流出液为主要产品，应把简介反应质量的温度检测点放在塔顶，构成所谓的精馏段温控系统。

（2）同样，为了保证塔底产品符合质量要求，温度监测点则应放在塔底，实施提留段温控系统。

（3）具有粗馏作用的切割塔，辞世温度检测点的位置应视要求产品的纯度的严格程度而定。

（4）中温控制：把温度检测点放在进料板附近的塔板上。

目的是及时发现操作线的移动情况，兼顾塔顶和塔底组分变化。

采用塔顶或塔底温度作为间接质量指标时，实际上板温度检测放置在塔顶或塔底是极少数的，而是把温度检测点放在进料版与塔顶（底）之间的灵敏板上。

灵敏板的位置先根据测算，确定大致位置，然后在它的附近设置多个检测点，从中选择最佳的测量点作为灵敏板。

为了控制灵敏板温度在指标范围内，可以通过加热蒸汽量、冷却剂量、回流量、釜液位高度、进料量等条件的变化来进行温度调节。

但对设备结构已定，生产负荷和产品比例基本不变的操作过程中，精馏塔的进料量、组分、蒸汽量、冷却剂量、釜液出料量;处于相对稳定状态，往往是通过回流比的调节来控制灵敏板的温度。

当灵敏板温度上升时，通过加大回流量，来降低灵敏板温度；当灵敏板温度下降时，通过减少回流量，来提高灵敏板温度。

五、精馏塔的基本控制方案
精馏塔的控制方案有许多，根据不同的用途采用不同的控制方案。

（1）当仅需要控制塔德一端产品时，应当选用物料平衡方式来控制该产品的质量。

物料平衡控制，通过对物料平衡参数D（塔顶采出量C10）的调节来保证塔顶产品的质量指标，并保持塔釜加热量的恒定且留有余量。

（2）塔两端产品流量较小者，应作为操纵变量去控制塔的质量。

（3）当塔德两端产品均需按至来年个控制时，一般对含纯产品较少，杂质较多的一端得质量控制选用物料平衡控制，而含纯产品较多，杂质较少的一端的质量控制选用能量平衡控制。

能量平衡控制。

它通过对能量平衡参数L（返塔流量控制）的调节来保证塔顶产品的质量指标。

塔底加热量维持恒定并有一定余量，塔顶回流罐和塔釜液位分别通过对塔顶和塔底采出量D和B的调节维持稳定，从而保证物料平衡。

六、精馏过程系统控制
1、控制系统的构成
在生产过程对某个参数实施控制，一般采用单回路反馈控制系统，如图所示：
该系统通常由以下几个部分组成：受控对象，测量元件及变送器，控制器，控制阀。

由于某一干扰信号f作用于受控对象，是受控变量偏离操作指标，测量元件采集受控变量信号y，通过变送器转化为标准信号x传输给控制器，控制器将x与输入得设定值r进行比较获得偏差值e，根据e经过一定运算确定控制变量u以控制调节阀。

当控制阀的开度改变，操纵变量随之变化，从而实现对受控对象的控制。

2、调节器的确定
对精馏塔的温度控制实质是对塔顶部凝器的控制，由于冷却水的温度受环境影响较大，且部凝器为列管式换热器，在传热过程中存在着较大的容量滞后，同时工艺上对产品纯度要求较高，温度给定值范围较小，不允许有余差，因此可选用PID三作用（即比例、积分、微分）调节器，其特点是：微分作用使调节器的输出与偏差变化速度成正比，对克服容量滞后有显著效果，在比例作用基础上可以提高控制系统的稳定性；比例作用可以加快被控过程的响应；积分作用可以消除余差。

3、辅助系统的确定
除以上主控系统外，为保证操作过程中物料平衡及工况平稳，还需建立三个辅助控制系统，为保证物料平稳，需建立塔釜液位控制系统和进料流量控制系统；为保证塔操作平稳，防止液泛，需建立蒸汽流量控制系统。

由于上述系统对塔顶馏出物成分均无直接影响，因此，均可采用简单调节系统，各系统参数、仪器及流程见表：
控制系统被控变量控制变量调节器测量元件变送器执行器
精馏段
温控T D 不凝器冷
却水流量
Q
DDZ-Ⅱ
PID
热电阻
DDZ-Ⅱ系列
温度变送器
ZMAP-1.6
Mpa 气开
式
塔釜液位
控制釜液位H 塔釜采储
量W DDZ-ⅡPI变送器
DBC系列差
压变送器
ZMAP-1.6
Mpa 气开
式
进料流量
控制 F F DDZ-ⅡPI 孔板
QBC系
列变
IW系列涡轮
流量变送器
ZMAP-1.6
Mpa 气开
式
蒸汽流量
控制G G DDZ-ⅡPI 孔板
QBC系
列变
IW系列涡轮
流量变送器
ZMAP-1.6
Mpa 气开
式
七、塔内压力的控制
精馏塔的正常操作是建立在塔内压力恒定的基础上。

但在精馏过程中，进料的量，成分和温度变化，加热蒸汽量的变化，回流液的量和温度变化，冷却水压力的波动等，都将导致塔压的波动，结果会使整个塔的正常操作被破坏，最终将影响到产品质量。

可见设计塔压自动调节是必不可少的。

此项目涉及的精馏塔是常压塔，塔顶操作压力指标在0~0.1MPa之间。

固本设计选取了通过对塔顶压力的控制来达到控制整个塔内压力的控制方案。

在冷凝器和中间槽上都设置了放空管，而在放空总管上设置了一个控制放空量的调节阀，此阀受塔顶压力控制。

也就是说根据塔顶压力超标的情况来控制塔顶蒸汽的放空量，以使塔顶压力稳定在规定的操作指标上，从而也就相对地稳定了整个塔内压力。