精馏塔

精馏塔

目录

第一章精馏塔控制的原理和工艺要求 (1)

1.1 精馏塔分馏原理 (1)

1.2 精馏塔的控制要求及主要扰动 (2)

1.2.1 精馏塔的控制要求 (2)

1.2.2 精馏塔的干扰因数特性 (3)

1.3 精馏塔的控制目标 (6)

1.3.1 质量指标 (6)

1.3.2 产品产量和能量消耗 (7)

第二章精馏塔控制方案设计 (9)

2.1 精馏塔控制方案 (9)

2.1.1提馏段参数控制 (9)

2.1.2精馏段参数控制 (9)

第一章精馏塔控制的原理和工艺要求

1.1 精馏塔分馏原理

以A、B两种液体混合物的分馏为例，在压力一定的情况下，A、B二种组分混合溶液汽—液相温度-浓度曲线如图1.1所示。纯A的沸点是100℃，纯B的沸点是135℃.两组分的混合比变化时，混合溶液的沸点也将随之变化，如图中液相曲线所示，图中还标出了温度变化时，汽相组分的变化曲线。

设原溶液中A占20%，B占80%，把A、B混合液加热到124.5℃时，液体沸腾。这时，于液相共存的气相成分比是A占45.8%，B占54.2%，将这些气体单独冷凝后所形成的混合液体中，A为45.8%，B为54.2%；如果在使冷凝后的液体沸腾，其沸点为114.5℃.这时气态成分比又变成A占73.5%，B占26.5%，这样反复的进行上诉操作，不断的蒸发和冷凝，最终就可以将A分离出来。

图1.1 A,B二组分混合物温度-浓度曲线

1.2 精馏塔的控制要求及主要扰动

1.2.1 精馏塔的控制要求

为了保证精馏生产过程安全，高效地连续进行，精馏塔自动控制系统应当满足以下几方面的要求：

(1)保证产品质量对于正常工作的精馏塔，应当使塔顶或塔底产品中的一个产品达到规定的纯度；另一端产品的成分亦应保持在规定的范围内。为此，应以塔顶或塔底一种产品的纯度作为质量参数进行控制，这样的控制系统称为质量控制系统。

质量控制需要能直接测出测出产品成分的分析仪表。由于目前还不能生产出测量滞后小、精度等级高、能在线检测的分析仪表，所以在大多数情况下，精馏塔自动控制系统是通过温度控制来间接实现生产过程的产品质量检测，即用温度控制系统代替质量控制系统。

(2)保证平稳生产为了保证精馏塔的平稳运行，应设法预先克服原料进塔之前的主要可控干扰，同时尽可能减缓不可控的扰动。可通过进料的温度控制、加热剂和冷凝剂的压力控制、进料量的均匀控制等，使精馏塔的进料参数保持稳定或避免其剧烈波动。为了维持塔的物料平衡，还要控制塔顶和塔底产品采出量，使二者之和等于进料量，两个采出量变化要缓慢，以保证精馏塔的平稳运行；精馏塔内的储液量应保持在限定的范围内。控制塔内压力稳定也是精馏塔平稳运行所必须的。

(3)满足约束条件为了保证精馏产品质量和生产过程的正常运行，必须满足

一些参数的极限值所规定的约束条件。例如对塔内气体流速的上下限限制，流速过高易产生液泛，流速过低会降低塔板效率，尤其对工作范围较窄的筛板塔和乳化塔的流速必须严格控制，通过测量和控制塔底于塔顶间的差压，间接实现塔内气体流速的检测和控制。精馏塔本身还有最高压力限制，当塔内压力超过其耐压极限时，容器的安全就没有保障。

(4)节能要求和经济性精馏过程消耗的能量主要是再沸器的加热量和冷凝器的冷却能量的消耗。另外，塔和附属设备及管道也要散失一部分能量。

精馏塔的操作情况必须从整个经济收益来衡量。在精馏操作中，质量指标、产品回收率和能量消耗均是要控制的目标。其中质量指标是必要条件，在优先保证质量指标的前提下，应使产品产量高一些，能量消耗尽可能低一些。

1.2.2 精馏塔的干扰因数特性

在精馏塔运行过程中，影响其质量指标和平稳生产的主要干扰有以下几种:

1.进料流量F的波动

进料量F的波动通常是难免的，如果精馏塔位于整个生产过程的起点，则以采用定值控制。但是精馏塔进料量F往往是由上一道生产工序所决定，如果一定要使精馏塔进料量F恒定，就必须设置中间储槽进行缓冲。现在精馏工艺是尽可能减少或取消中间储槽，采取在上一道工序设置液位均匀控制系统控制出料流量，使精馏塔的进料流量F比较平稳，避免F的剧烈变化。

2.进料成分ZF的变化

进料成分ZF是由上一道工序出料或原料情况决定的。

3.进料温度TF和进料热焓值QF的变化

进料温度和状态对塔的操作影响很大，一般情况下进料温度是比较稳定的，如果进料温TF度变化较大，为了维持塔内的热量平衡和稳定运行，在单相进料时采用进料温度控制可克服这种干扰，然而在多相进料时，进料温度恒定并不能保证其热焓值QF稳定。当进料是气液两相混合状态时，只有当气液两相比例恒定时，恒温进料的热焓值才能恒定。为了保持精馏塔的进料热焓值恒定，必要时可通过热焓控制来维持进料热能恒定。

4.再沸器加热剂输入热量变化

当加热剂是蒸气时，通过再沸器输入精馏塔的热量扰动往往是由蒸气压力变化所引起的，这一扰动可通过在蒸气总管设置压力控制来加以克服，或者通过温度串级控制系统的副回路予以克服。

5.冷却剂在冷凝器内吸收热量的变化

冷却剂吸收热量的变化主要是由冷却剂的压力或温度变化引起的，吸收热量的变化会影响到精馏塔顶回流量或回流温度，进而引起精馏塔输出热量的变化。冷却剂的温度一般变化较小，而流量的变化大多是由压力波动引起的，可采用与克服加热剂压力变化类似的方法进行控制。

6.环境温度的变化

环境温度一般变化较小。冷凝器采用风冷方式时，天气聚变及昼夜温差对精馏塔的运行影响较大，会使回流量或回流温度发生变化，对于这种干扰可采用内回流控制的方法予以克服。内回流是指精馏塔精馏段上一层塔盘向下一层塔盘流下的液体量。内回流控制，是指在精馏过程中，控制内回流为恒定量或按某一规