李孟棲 段勝利

(1.河北省煤化工工程技術研究中心,河北 邢臺 054800)

(2.邢臺旭陽科技有限公司,河北 邢臺 054800)

精餾塔自動控制系統設計與應用

李孟棲1段勝利2

(1.河北省煤化工工程技術研究中心,河北 邢臺 054800)

(2.邢臺旭陽科技有限公司,河北 邢臺 054800)

作為醫(yī)療行業(yè)和石油化工行業(yè)中比較常見的裝備，精餾塔發(fā)揮著非常重要的作用，屬于單元生產過程。由于存在錯綜復雜的變量，因此需要設計自動控制系統來實現該裝備的科學合理控制。本文主要對精餾塔自動控制系統的設計和應用進行了研究，根據其工藝和生產過程中的主要擾動變量來提出科學合理的溫度控制方案，主要從精餾塔的結構、精餾塔的控制要求以及精餾塔的提餾段和精餾段溫度控制這三個方面進行了具體的闡述。

精餾塔；提餾段；精餾段；溫度控制

1 精餾塔的結構

在工業(yè)生產中，一般都是利用混合物中的各組分揮發(fā)程度來將混合物中的不同組分進行分離，從而使混合物的純度達到規(guī)定的要求。使用精餾塔的目的就是實現混合物中各組分的分離，根據不同組分的不同揮發(fā)程度，對于比較輕的組分，其揮發(fā)程度較好，就會將其從液相中轉移到氣相中，而比較重的組分就會從氣相中轉移到液相中，這樣就能夠通過精餾塔來實現分離的目的，使純度滿足要求。精餾塔主要是由精餾段和提餾段這兩部分構成，其中進料口以上的部分為精餾段，以下的部分則為提餾段，其中塔內含有很多層塔板，在每層塔板上都有液層，回流液經溢出管一級一級流到塔板后，蒸汽從底部開始向上升，然后會和塔板上的液體進行接觸，這樣就會發(fā)生蒸汽冷凝和液體汽化的現象，而且同時發(fā)生已經揮發(fā)的組分會不斷汽化，從液相直接轉入氣相，而很難發(fā)揮的組分會冷凝，從氣相直接轉入液相。在整個塔內，塔內組分的濃度從下往上各不相同，最下面的是濃度最低的，然后逐漸升高，塔頂的濃度最重。為了更好獲得工業(yè)生產所需的成分，有必要科學合理控制塔內的溫度和壓力，而在精餾塔的控制過程中有很多復雜的操縱變量，擾動因素也比較多，因此為了減少控制和操作難度，可以通過蒸餾塔自動控制系統設計和應用來實現溫度和壓力的自動控制，從而節(jié)約一定的人力，而且操作相對簡便。

2 精餾塔的控制要求

2.1 質量指標

在精餾塔控制過程中，為了更好地實現混合物分離的純度，最重要的一項控制要求就是滿足規(guī)定的質量指標。一般的操作中，要保證在精餾塔的塔底或者塔頂最少有一種組分的純度要符合質量指標要求，而且其他的組分也不能超過規(guī)定的范圍，為了更好地實現這一目的，應當嚴格控制塔底和塔頂產品的純度，并將其作為被控變量，但是由于在實際操作中很難實時檢測塔頂產品的純度，因此很多時候都是通過精餾塔內的溫度和壓力來了解產品的純度情況。

2.2 確保平穩(wěn)操作

為了使精餾塔更好地發(fā)揮作用，有必要確保精餾塔的平穩(wěn)操作，這就要求在進塔之前努力克服主要的擾動因素，要控制好進料量的溫度、加熱劑和冷卻劑的壓力控制以及進料量的均勻等情況，運作完成以后要保證進出物料的平衡性，也就是出料量和進料量要保持平衡，并且出料速度應當適當減慢，從而實現塔的平穩(wěn)操作。與此同時，要注意保證塔內的壓力穩(wěn)定，從而實現精餾塔的平穩(wěn)操作。

2.3 規(guī)定變量的約束條件

在精餾塔的工作中，經常會受到某些變量的影響，因此應當規(guī)定其約束條件來實現塔的平穩(wěn)操作。例如，要限制塔內的氣體流速，不能過高也不能過低，如果氣體流速過高，就會很容易產生液泛，反之會使塔板的效率不斷降低。另外，還要限制沸器的加熱溫差，將溫差控制在臨界值的限制之內，否則就會影響精餾塔的工作質量。

3 精餾塔的提餾段和精餾段溫度控制

3.1 精餾塔的提餾段溫度控制

為了更好地實現精餾段的溫度控制，將提餾段的溫度可以作為衡量質量指標的間接變量，該變量也是被控變量，然后再確定操縱變量，操作變量為沸器的加熱蒸汽汽量，通過共同控制被控變量和操縱變量，加上塔釜的液位控制回路、回流罐的液位控制回路、塔頂壓力控制回路、回流量控制回路以及進料量控制回路等輔助控制回路共同發(fā)揮作用，有利于實現溫度的科學合理控制，

3.2 精餾塔的精餾段溫度控制

在精餾塔的精餾段對溫度進行控制，同樣將其作為衡量質量指標的簡介變量，這樣能夠有效改變回流量，該變量也是被控變量，而回流量則為操縱變量，通過其主要控制系統以及對進料量、塔底、塔壓和塔頂餾出液的控制，能夠實現精餾段溫度的合理有效控制。但是對精餾塔精餾段的溫度控制與提餾段的控制不同，需要定制控制沸器加熱器蒸汽流量，而且要保證蒸汽量的充足供應，這樣才能使塔頂的產品達到規(guī)定的指標。

4 結語

綜上所述，隨著科學技術的快速發(fā)展，今后在精餾塔的控制中會廣泛應用集散控制系統，而且這項技術也會日漸成熟。通過自動控制系統有利于實現精餾塔裝備的科學合理控制，更好實現徑流過程中的節(jié)能和最優(yōu)控制，使產品成分純度達到要求，實現企業(yè)經濟效益的不斷提高。

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