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按产品成分或物性指标的直接控制方案

精馏塔的质量控制***1好能选择表征塔顶和塔底产品的质量指标，即产品的成分作为被控变量，即直接控制方案。上述的温度、温差或双温差控制都是间接控制产品质量的方法。利用产品分析器，例如色谱仪、红外分析器、密度计、干点、闪点及初馏点分析器等，分析出塔顶（或塔底）的产品成分并将其作为被控变量，而将回流量或再沸器的加热量等作为控制变量，就可以组成成分控制，实现按产品成分的直接指标控制。

采用色谱仪可以测量多组分的浓度，酒精精馏塔生产厂家，并可以通过测量其他含量较少的杂质组分之和来决定产品的纯度。精馏工艺上通常采用工业色谱仪进行在线的成分分析，并以关键组分的浓度比进行控制。由于色谱仪也是根据吸收和解吸原理工作的，在精馏塔中很难进行的分离在色谱仪中也是困难的。同时分析仪需要采样系统且其测量滞后影响了控制系统的动态响应。这是在使用时应予注意的。在精馏塔的操作中，当干扰产生时，多个塔板中灵敏板的变化量***明显。因此，可选择测量灵敏板上的成分，并作为被控变量进行控制。

与温度控制的情况类似，塔顶或塔底产品的成分是能体现产品的质量指标。但是当分离的产品较纯时，在邻近塔顶、塔底的各板间，成分差很小，而且每块板上的成分在受到干扰后变化也很小，这就要求检测成分的仪表灵敏度很高。理论上讲，按产品成分的直接指标控制方案，是***直接、***1有效的方案。它可为各种基于化工热力学的多变量控制及精1确控制打下基础。但是，就目前测量产品成分的仪表来说，准确度一般较差、滞后时间也很长，因而控制系统的控制质量受到很大影响。但只要不断改善成分分析仪表的性能，按产品成分的直接指标控制方案将得到广泛应用。

对于一个精馏塔来讲，在进料成分Z一定时，只要保持V／F和D／F一定（或者在F一定时保持D和V一定），这个塔的分离结果也就是产品成分y和x将被完全确定。而当进料成分变化时，为了保持产品成分不变，可以相应调节D／F，以补偿进料成分变化的影响。塔内上升蒸汽量V，在塔的提馏段是由再沸器加热提供的，在塔的精馏段还受到进料热熔的影响。当冷凝器冷却量Q增加时，必然会使更多的气相变为液相，从而降低了塔压；同时使塔内相同组分的平衡温度下降，增加了再沸器两侧间的温差，使再沸器提供的加热量QH增加。正因如此，在进料热熔变化不大或可以忽略时，一般总把V的变化或V／F的变化，看作是由再沸器加热量QH提供的。在多元精馏中，影响关系要复杂得多，当进料中某一组分的浓度变化时，必然使其他组分的浓度变化；从而使顶部及底部产品中各组分的浓度发生变化。当进料中几个组分浓度同时变化时，酒精精馏塔供应商，情况将更为复杂。克服这些扰动的控制手段却只有靠D／F和V／F。此时仅有两个关键组分可以控制，其余组分在产品中的分配情况主要由进料浓度确定。

精馏塔的控制方案

在了解了精馏塔的操作要求和影响因素之后，余下的问题就是如何确定精馏塔的控制方案。首先简述设置精馏塔控制方案的基本观点。为简化讨论，只谈及顶部和底部产品均为液相的且没有侧线采出的情况。由于精馏塔的控制方案繁多，只按这些基本观点选择具有代表性的、常见的控制方案作出介绍。

1．设置精馏塔控制方案的基本观点

（1）按物料及能量平衡关系进行控制

对于一个实际操作的二元精馏塔，在进料成分一定时，只要把D／F和V／F调节一定；且顶部回流罐液位调节以保证回流按照L=Vr－D的关系保持一定；底部产品流量B在液位调节作用下也可以保证B=F-D的物料平衡关系，那么该塔的产品质量就能得到控制。需指出，由于能量关系因素V主要取决于再沸器加热量，但也取决于进料和回流的热焓。当回流温度恒定时，只须考虑进料设置温度或热焓自动调节系统。于是可保持再沸器的蒸汽量一定，就相当于塔内上升蒸汽量V一定了。考虑到因冷凝器冷却量和环境等扰动因素而使能量平衡可能***，从而使塔压变化，因此在塔顶设置压力调节系统。对于D／F和V／F的控制，由顶部产品量D、再沸器加热蒸汽量和进料量F分别组成比值控制系统。若考虑到动态关系，可添加补偿环节，昆山酒精精馏塔，一般采用超前-滞后环节。

（2）设置质量调节系统

实际上根据精馏塔静态特性考虑的按物料和能量平衡关系控制的方案，在具体应用时 很难保证产品的质量，仅在产品质量指标并不严格的情况下才能使用。为了使产品符合一定的质量指标，就必须在上述控制方案的基础上设置质量反馈系统，采用再沸器加热量及顶部产品量（或回流量）等作为调节参数，以克服进料成分变化等扰动对产品成分的影响，使产品合格。对于一个精馏塔来讲，塔顶产品和塔底产品的质量调节系统之间是相互关联的，当相互影响严重时，酒精精馏塔供应，不能达到预定的质量控制目的，此时可采用解耦控制以减少或消除它们之间的相关影响。对于二元精馏塔可只采用顶部产品质量反馈，底部产品质量反馈可不用。

（3）静态和动态响应

满足静态特性关系的精馏塔控制方案很多、即一个被调参数在不同控制方案中可以用不同的调节参数控制。从调节理论可知，所选择的调节参数使得被调参数的静态增益越大，控制系统的静态灵敏度越高，克服外部扰动的效果也越好。但如果该调节参数的调节通道的时间常数太大，则从动态上看，控制系统的响应就不够快速，从而不能及时克服外部扰动。因此，必须从静态响应和动态响应两方面综合考虑来确定调节参数和选择控制方案。当方案选取时，由于客观条件不得不采用灵敏度较高但动态响应缓慢的控制回路时，则应当考虑必要的动态补偿。

（4）考虑控制系统间的相关影响

在质量指标调节中，谈及了顶部产品和底部产品质量反馈系统之间的相关问题。同样的问题在一个精馏塔的控制中也存在。精馏塔是一个多变量的调节对象，往往设有多个控制系统。在这些系统之间有可能产生相互关联的影响。当相关影响严重时，可以使精馏塔的操作系统失去稳定。解决的方案一是可选取相关影响较小的系统，通过对各控制回路间相关影响的定量分析方法来选取；二是对于选取的具有相关影响的控制系统，可通过整定调节器参数把控制回路的工作频率拉开的方法减少相关；或者采用解耦控制。需指出的是，此时不仅要考虑到系统的静态特性，也需要考虑其动态影响。

（5）考虑整个工艺生产过程的平稳操作

由于精馏塔往往是生产过程中的一个环节，因此不仅前一工序的操作情况要影响精馏塔的操作，而且它的产品产量和成分变化也要影响到后一工序的操作。于是在设置精馏塔的控制方案时，必须协调前后工序的关系。在某些考虑前后工序关系的整个生产过程的控制中可以采用逆流向物料平衡控制方案。这种控制方案中，前一工序的调节是根据后一工序的需要而定的。例如在精馏塔中，可根据后一工序对顶部产品量的需要改变产品馏出液量，而馏出液量的变化会引起回流罐的液位变化，可通过液位调节改变塔的进料量来实现。这种逆流向方案，可使整个生产过程稳定并可减少回流罐等中间容器的容积。

（6）塔压调节与浮动压力操作

在精馏塔的自动控制中，保持塔压恒定是稳定操作的条件。这主要是由两方面的因素决定的，一是压力的变化将引起塔内气相流量和塔顶上汽液平衡条件的变化，导致塔内物料平衡的变化。二是由于混合组分的沸点和压力间存在一定的关系，而塔板的温度间接反映了物料的成分。因此，压力恒定是保证物料平衡和产品质量的先决条件。在精馏塔的控制中，往往都设有压力调节系统，来保持塔内压力的恒定。

而在采用成分分析用于产品质量控制的精馏塔控制方案中，则可以在可变压力操作下用温度调节或对压力变化补偿的方法实现质量控制。其做法是让塔压浮动于冷凝器的约束，而使冷凝器始终接近于满负荷操作。这样，当塔的处理量下降而使热负荷降低或冷凝器冷却介质温度下降时，塔压将维持在比设计要求低的数值。压力的降低可以使塔内被分离组分间的挥发度增加，这样使单位处理量所需的再沸器加热量下降，节省能量，提高经济效益。同时塔压的下降使同一组分的平衡温度下降，再沸器两侧的传热温度增加，提高了再沸器的加热能力，减轻再沸器的结垢。浮动压力操作可以显著提高精馏生产的经济效益。但是由于塔压的波动会产生精馏塔的不平稳扰动。因此在实际生产中，采用不多。

（7）根据热力学观点等选取节约能量的方案

在精馏塔的自动控制中，调节作用几乎都是通过调节阀改变流体流量来实现的。从热力学观点来看，调节阀的节流过程是一个近乎等焓的过程。在这个过程中熵将增加，熵的增加意味着消耗了有用功。调节阀前后的压力降就是损失的功的度量。因此，为了节省能量，减少有用功的损失，应使调节阀前后压降尽可能减少，这是控制方案的选择中一个值得注意的问题。为了节约能量消耗，在精馏塔控制中还可采用其他许多措施，在具体方案中避免安排某些能量消耗高的调节系统，采用浮动压力控制以及产品质量较严格地控制它的规格值，从而使塔的能耗量***1小、成本***1低及利润***1大。