摘要：精餾過程是乙個多變數的傳質過程，對於不同工況，不同要求的精餾塔，其控制方案也是有差別的，因此，針對不同的工藝要求，根據工藝過程的特點，選擇不同的控制方案，對於精餾塔的穩定操作以及產品質量的控制起著至關重要的作用。
關鍵字： 精餾塔加壓精餾減壓精餾自動控制
中圖分類號：o213.1文獻標識碼：a 文章編號：
一、概述
精餾過程是乙個傳質過程，在石油化工裝置中的應用非常廣泛，主要是利用混合液中各組分的相對揮發度的不同，即在同一溫度下各組分的蒸汽壓不同這一性質，使液相中的輕組分轉移到氣相中，而使氣相中的重組分轉移到液相中去，從而達到組分分離的目的。精餾多用於產品或半產品的分離，使之達到規定的純度。
從工藝角度來講，同是精餾塔，實際上是千差萬別的，雖然都是傳質過程，但對於分離物質物性、要求相差很多，因為精餾的操作壓力與溫度是由為建立適當的氣液兩相共存的條件所決定的，根據不通的混合物和特性，精餾過程一般可分為常壓精餾、加壓精餾和減壓精餾（真空精餾）三類。
（1） 常壓精餾
常壓下，沸點在室溫以上到150℃左右的混合物通常在常壓下進行精餾，這樣，無論在選擇再沸器熱劑（如水蒸氣），還是在選擇冷凝器冷劑（如水或空氣）時，都是非常方便可行。
（2） 加壓精餾
對於常壓下沸點在室溫以下的混合物，為了提高其沸點，同時使其能夠使用室溫的冷卻劑，降低能耗，常採用加壓精餾。例如乙烯乙烷混合物分離。
（3） 減壓精餾（真空精餾）
在常壓下沸點較高，或者在較高溫度下易發生分離、聚合等反映的熱敏性物質的混合物，為了降低其沸點，嚐嚐採用減壓操作，例如乙苯與苯乙烯的混合物的分離。
正是因為不同的精餾塔，工藝對控制要求也不盡相同，同時精餾塔是乙個多輸入多輸出的多變數過程，其內在機理複雜，動態相應遲緩，變數之間相互關聯，所以精餾塔的控制對於整個裝置穩定操作、安全執行以及產品質量都起著至關重要的作用。同時，精餾過程中存在著氣液兩相之間的相變過程，需要加熱和冷卻，能耗較大，隨著現在人們對節能意識的提高，精餾塔的節能控制也是十分重要的。
一般情況下，精餾塔的控制目標主要有以下幾個方面：
（1） 產品質量指標控制塔頂或塔底產品之一應合乎規定的分離純度，而另一端產品成分亦應維持在規定的範圍內，以保證塔的穩定執行。在某些特定的條件下，也有要求塔頂和塔底產品均保證一定純度的要求。
（2） 物料平衡控制塔頂、塔底的平均採出量應等於平均進料量，而且這兩個採出量的變動應該比較和緩，以維持塔的正常平穩操作，以及上下工序的協調工作。因此，精餾塔的控制方案中，必須對回流罐和塔釜液位進行控制，使其保持規定範圍之內。
（3） 約束條件控制為保證精餾塔正常而安全地執行，必須使某些操作引數限制在約束的條件之內。如塔內氣液兩相流速控制在一定的範圍內等。
因此，針對不同的精餾塔，應選用不同的控制方案以滿足工藝的要求。
二、塔壓的控制
對於精餾塔，壓力的變化將引起塔內氣相流量和塔板上汽-液平衡條件的變化，導致操作條件的改變，從而影響產品的質量。同時，一般的精餾塔都選用溫度作為間接質量指標來控制產品的質量，但是用溫度作為產品質量指標的乙個重要前提就是塔壓保持恆定，因此，保持精餾塔壓力恆定是保證精餾塔正常操作的乙個重要前提。
1） 加壓塔的塔壓控制
對於加壓塔的壓力控制方案的確定，不僅與塔頂餾出物是氣相還是液相有關，而且還和塔定餾出物中不凝氣的多少有關。
當塔頂為氣相採出時，塔壓可以通過調節氣相採出量來控制，同時為了保證有足夠的冷凝液回流，需設定回流罐的液位控制，通過調節換熱器冷劑的流量來控制冷凝量，從而使液位恆定。在回流管線上設定流量調節迴路，以保證定回流比回流。如圖1所示。
如果該精餾塔的氣相採出作為後續工序的進料，還可以設定塔頂壓力與氣相採出流量串級均勻控制，以保證後續工段進料穩定，如圖2所示。
但是上述方案中可能會導致回流過冷，從而引起塔的擾動，因此，可設定回流溫度控制，這時回流罐液位可用回流量來調節。如圖3所示。
當塔頂為液相採出時，分以下三種情況考慮：
a 餾出物中不含有不凝氣，可用換熱器的冷劑調節塔壓，如圖4所示。該方案所選用的調節閥安裝在液相管道上，口徑較小，因此能夠節約投資，而且對於北方寒冷地區，當室外溫度較低時，能調節迴圈水量，節約能源。如果迴圈冷卻水流量波動比較大，可設定塔壓與迴圈水流量串級調節，以客服迴圈水量波動對塔壓的影響。
但是該方案是通過冷凝量來控制塔壓，調節不夠靈敏快捷。如果直接用頂部氣相流量來控制塔壓，如圖5所示，其控制雖然比較直接且靈敏，可調範圍較大，但是調節閥設定在頂部氣相管線上，其口徑比較大，成本較高，而且頂部氣相溫度較高，如果介質腐蝕性較強，更加增加了調節閥的成本。
b 餾出物中含有少量不凝氣（不凝氣含量小於塔頂氣相總量的2%時），可採用迴圈冷卻水量與不凝氣排氣量分程調節來控制塔壓。首先用迴圈冷卻水量來控制塔壓，當迴圈水全開時，塔壓仍降不下來，再開啟不凝氣排氣閥，以維持塔壓恆定。如圖6所示。
c 餾出物中含有較多不凝氣，可通過控制回流罐不凝氣排氣量來控制塔壓。但是該方案僅適用於進料流量、組分、塔釜溫度波動不大，如圖7所示。
2） 常壓塔的塔壓控制
在常壓精餾時，一般對塔頂壓力要求不高，可不設定壓力調節系統。可在換熱器或回流罐上設定一段與大氣連通的管道以平衡壓力，從而保持塔壓接近於環境壓力。但是如果精餾塔對塔壓要求嚴格，或者是塔頂物料不允許與空氣接觸，如接觸空氣後會影響產品質量，或者是接觸空氣後可能產生**的危險時，可使塔頂壓力略高於大氣壓力，設定壓力調節系統。
其控制方案與加壓塔控制方案相同。
3） 減壓塔（真空塔）的壓力控制
減壓塔主要是通過真空系統，用真空幫浦或蒸汽噴射器等來獲取一定的真空度，從而實現真空精餾。因此，減壓塔一般通過控制不凝氣抽氣量來調節塔壓。但是對於由蒸汽噴射器來獲取真空度的系統，除了調節不凝氣抽氣量來控制塔壓外，還需要在蒸汽管路上設定蒸汽壓力調節系統，如圖8所示。
因為真空度與蒸汽壓力之間有嚴重的非線性，所以不宜用蒸汽壓力或流量來直接控制真空度。回流量設定單值調節迴路，回流罐液位的控制通過出料量來實現。
三、塔溫的控制
對於一般情況的精餾來說，在一定的壓力下，沸點和產品的成分有單值對應關係，因此只要塔壓恆定，塔板溫度就反映了成分，所以溫度也常常作為精餾塔質量控制的間接指標。
1）當要求塔頂產品的純度要求比較高時，或者進料全部為氣相時，一般選用回流量與塔頂採出量兩者之一作為產品質量控制的操作變數，另乙個擇作為回流罐液位控制的操作變數。
a 當選用塔頂採出量來控制精餾段溫度，控制塔頂產品質量，而採用回流量來調節回流罐液位時，該控制方案的乙個最大的優點就是當塔頂產品質量不合要求時，溫度控制器可以自動關閉採出閥，防止不合格產品的採出，使塔處於全回流狀態，待產品合格後恢復採出，以確保塔頂產品的質量。而且回流量也可以保證基本穩定，對塔的穩定操作比較有利，如圖9所示。但是該方案由於溫度控制系統滯後較大，特別是回流罐容積較大時反應更慢，這對控制是不利的。
本方案可用於回流比較大的場合。
b 當選用回流量來控制精餾段溫度，而用採出量來控制回流罐液位時，產品質量控制迴路響應比較快，滯後比較小，能夠客服精餾段的各種干擾，確保產品質量。但是由於溫度控制迴路會使回流量處於波動狀態，塔回流不穩定，影響精餾塔的穩定操作，當然也可以採用精餾段溫度與回流量串級調節來改善回流量波動對塔的影響。如圖10所示。
2）當塔底產品的純度要求比塔頂產品純度要求高時，或者進料全部為液相時，一般選用再沸器熱劑量與塔底採出量兩者之一作為產品質量控制的操縱變數，另乙個則作為塔釜液位控制的操縱變數。
a 當選用再沸器熱劑來控制提餾段溫度時，用塔底採出量來控制塔釜液位，回流量採用定值調節並留有一定餘量，通過塔頂採出控制回流罐液位，用換熱器的冷劑量控制塔壓。該方案滯後小，反應快。如果再沸器熱媒波動較大，可通過塔釜提餾段溫度與熱媒流量串接調節，保證提餾段溫度恆定。
如圖11所示。
b 當選用塔底出料量來控制提餾段溫度時，再沸器熱劑量控制塔釜液位。回流量仍保證定回流比回流並留有一定餘量，塔頂採出量控制回流罐液位，換熱器冷劑量控制塔壓。此方案最大的優點是當塔底產品不合格時，溫度調節器會自動關閉出料閥，停止採出，直到質量指標合格後才恢復。
如圖12所示。但是該方案的滯後較大。
不管是選用提餾段溫度作為質量指標，還是選用精餾段溫度作為質量指標，測溫點的選擇都是很重要的，實際中，很少將測溫點選在塔頂或塔底，因為在分離比較純的產品時，鄰近塔兩端的各層塔板之間溫差很小，這時塔頂或塔底的溫度只要有稍許變化，產品質量就可能會超出允許範圍，所以要求測溫點最好能夠設定在受擾動影響時，溫度變化最靈敏的地方。但是這在實際中很難實現，所以往往將測溫點選擇在進料板與塔頂或塔底之間的靈敏板上。靈敏板的位置可以通過逐板計算、比較後確定其大概位置。
如果實際情況允許，可在計算的靈敏板附近多設定幾個測溫點，然後根據實際執行的情況，選擇其中最佳的點作為靈敏板。
四、結束語
以上僅為精餾塔的一些常規控制方案，而精餾塔是乙個多變數的複雜的過程，如果想要進一步的改善控制系統的品質，保證精餾塔平穩操作，提高產品質量，降低能耗，則必須根據工藝的特點，具體問題具體分析，有的放矢，選擇合適的控制方案，以滿足工藝的要求，實現經濟效益的最大化。
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