精馏塔均匀控制研究

精馏塔的控制要求2.1 质量指标混合物分离的纯度是精馏塔控制的主要指标。

在精馏塔的正常操作中，产品质量指标就必须符合预定的要求，即保证在塔底或塔顶产品中至少有一种组分的纯度达到规定的要求，其他组分也应保持在规定的范围内，因此，应当取塔底或塔顶产品的纯度作为被控变量。

但是，在线实时监测产品纯度有一定的困难，因此，大多数情况下是用精馏塔内的“温度和压力”来间接反应产品纯度。

对于二元精馏塔，当塔压恒定时，温度与成分之间有一一对应的关系，因此，常用温度作为被控变量。

对于多元精馏塔，由于石油化工过程中精馏产品大多数是碳氢化合物的同系物，在一定的塔压下，温度与成分之间仍有较好的对应关系，误差较小。

因此，绝大多数精馏塔当塔压恒定时采用温度作为间接质量指标。

2.2 平稳操作为了保证精馏塔的平稳操作，首先必须尽可能克服进塔之前的主要可控扰动，同时缓和一些不可控的主要扰动，例如，对塔进料温度进行控制、进料量的均匀控制、加热剂和冷却剂的压力控制等。

此外，塔的进出物料必须维持平衡，即塔顶馏出物与塔底采出物之和应等于进料量，并且两个采出量的变化要缓慢，以保证塔的平稳操作。

另外，控制塔内的压力稳定，也是塔平衡操作的必要条件之一。

2.3 约束条件为了保证塔的正常、平稳操作，必须规定某些变量的约束条件。

例如，对塔内气体流速的限制，塔内气体流速过高易产生液泛，流速过低会降低塔板效率；再沸器的加热温差不能超过临界值的限制等。

3精馏塔的温度控制精馏塔控制最直接的质量指标是产品的组分，但产品组分分析周期长，滞后严重，因而温度参数成了最常用的控制指标，即通过灵敏板进行控制[3]。

3.1 精馏段温度控制精馏段温控灵敏板取在精馏段的某层塔板处，称为精馏段温控。

适用于对塔顶产品质量要求高或是气相进料的场合。

调节手段是根据灵敏板温度，适当调节回流比。

例如，灵敏板温度升高时，则反映塔顶产品组成XD下降，故此时发出信号适当增大回流比，使XD上升至合格值时，灵敏板温度降至规定值。

浅谈精馏塔的控制方案摘要：精馏过程是一个多变量的传质过程，对于不同工况，不同要求的精馏塔，其控制方案也是有差别的，因此，针对不同的工艺要求，根据工艺过程的特点，选择不同的控制方案，对于精馏塔的稳定操作以及产品质量的控制起着至关重要的作用。

关键字：精馏塔加压精馏减压精馏自动控制一、概述精馏过程是一个传质过程，在石油化工装置中的应用非常广泛，主要是利用混合液中各组分的相对挥发度的不同，即在同一温度下各组分的蒸汽压不同这一性质，使液相中的轻组分转移到气相中，而使气相中的重组分转移到液相中去，从而达到组分分离的目的。

精馏多用于产品或半产品的分离，使之达到规定的纯度。

从工艺角度来讲，同是精馏塔，实际上是千差万别的，虽然都是传质过程，但对于分离物质物性、要求相差很多，因为精馏的操作压力与温度是由为建立适当的气液两相共存的条件所决定的，根据不通的混合物和特性，精馏过程一般可分为常压精馏、加压精馏和减压精馏（真空精馏）三类。

（1）常压精馏常压下，沸点在室温以上到150℃左右的混合物通常在常压下进行精馏，这样，无论在选择再沸器热剂（如水蒸气），还是在选择冷凝器冷剂（如水或空气）时，都是非常方便可行。

（2）加压精馏对于常压下沸点在室温以下的混合物，为了提高其沸点，同时使其能够使用室温的冷却剂，降低能耗，常采用加压精馏。

例如乙烯乙烷混合物分离。

（3）减压精馏（真空精馏）在常压下沸点较高，或者在较高温度下易发生分离、聚合等反映的热敏性物质的混合物，为了降低其沸点，尝尝采用减压操作，例如乙苯与苯乙烯的混合物的分离。

正是因为不同的精馏塔，工艺对控制要求也不尽相同，同时精馏塔是一个多输入多输出的多变量过程，其内在机理复杂，动态相应迟缓，变量之间相互关联，所以精馏塔的控制对于整个装置稳定操作、安全运行以及产品质量都起着至关重要的作用。

同时，精馏过程中存在着气液两相之间的相变过程，需要加热和冷却，能耗较大，随着现在人们对节能意识的提高，精馏塔的节能控制也是十分重要的。

V SθF,F ,Z F B ,X B L R D ,X D 图1 精馏塔的物料流程图精馏塔控制及设计摘要：精馏操作是化工生产过程中一个十分重要的环节，精馏的实质，就是利用混合物中各组分具有不同的挥发度，即在同一温度下各组分的蒸汽压不同这一性质，使液相中的轻组分转移到汽相中，而汽相中的重组分转移到液相中，从而实现分离的目的。

关键词 自动化控制 物料平衡和能量平衡 温度控制一、精馏塔介绍一般精馏装置由精馏塔塔身、冷凝器、回流罐以及再沸器等设备组成，如图（1）精馏塔的物料流程图中所示。

精馏塔的控制直接影响到工厂的产品质量、产量和能量的消耗.。

随着化工的迅速发展，精馏操作应用越来越广泛。

由于所分离的物料组分不断增多，对分离产品的纯度要求亦不断提高，这就对精馏的控制提出了更高的要求。

此外，对于精密精馏，由于所分离产品的纯度要求很高，若没有相应的自动控制与其配合，就难于达到预期的效果。

因此，精馏塔的自动控制极为重要，亦很受到人们的注意。

二、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，回收率最高和能耗最低，或使塔的总收益最大，或总成本最小，一般来讲应满足如下三方面要求。

（1）质量指标 塔顶和塔底产品之一应保证合乎规定的纯度，另一产品的成分亦应维持在规定范围；或者塔顶和塔底的产品均应保证一定的纯度。

就二元组分精馏塔来说，质量指标的要求就是 使塔顶产品中的轻组分含量和塔底产品中重组分的含量符合规定的要求。

而在多元组分精馏塔中，通常仅对产品质量影响较大的关键组分可以控制。

（2）物料平衡和能量平衡塔顶馏出液和塔底釜液的平均采出量之和应该等于平均进料量，而且这两个采出量的变动应该比较和缓，以利于上下工序的平稳操作，塔内及顶、底容器的蓄液量应介于规定的上下限之间。

精馏塔的输入、输出能量应平衡，使塔内操作压力维持稳定。

（3）约束条件为保证精馏塔的正常、安全操作，必须使某些操作参数在约束条件之内，常用的精馏塔限制条件为液泛限、漏液限、压力限及临界温差限等。

基于均匀控制的精馏控制系统【摘要】石油化工生产过程是一个连续生产过程，随着生产的进一步强化，使得前后生产过程的关系更加紧密，往往出现前一设备的出料直接作为后一设备的进料，而后者的出料又连续输送给其他设备作为进料[1]，但生产过程中每个设备都希望维持自身平衡，这就必须打破前一设备或后一设备的平衡，以至整个多塔系统不能保持稳定。

为解决这一矛盾，以往靠增加缓冲罐的办法来解决，通过缓冲物料累积量的变化，以达到两塔或多塔操作平稳。

从控制方案上看，为解决这些矛盾，使生产过程统筹兼顾，我们在精馏控制系统中引入均匀控制，该控制方案能有效解决以上矛盾，表现出了很好的控制效果。

【关键词】均匀控制；精馏；单回路；串级；双冲量1.精馏系统概述在典型的有机硅精馏系统中，高沸物裂解产品将被通过精馏的方法，将其中的一甲基二氯氢硅烷、三甲基一氯硅烷、一甲基三氯硅烷和二甲基二氯硅烷单独分离出来[2]。

系统一般主要包括脱低塔、一甲塔、二甲塔和脱高塔等几个串联塔和一个间歇精馏塔[3]。

主要分离过程为：高沸物裂解产物由泵送入脱低塔，在该塔完成低沸点组分（包括三甲基氯硅烷及沸点比三甲基氯硅烷低的组分）与沸点较高的组分（包括一甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷及高沸物）的分离。

在该塔的进料口以上设置有两个侧线采出口，第一侧线采出口采出一甲含氢产品，其纯度在99%以上，第二侧线采出口采出粗三甲馏分，粗三甲馏分进入间歇精馏塔，回收少量的三甲基一氯硅烷。

脱低塔塔顶气相为以氯甲烷为主的轻组分，可以过进一步用冷冻盐水冷凝回收少量的四甲基硅烷、三氯氢硅和二甲基一氯氢硅。

沸点更低的氯甲烷排放进入吸收系统，脱低后的塔釜产品进入一甲塔。

一甲塔塔顶采出合格的一甲基三氯硅烷产品，其纯度大于99%，塔釜产物进入二甲塔。

二甲塔塔釜产品进入脱高塔，二甲塔塔顶产品返回一甲塔。

脱高塔主要完成二甲基二氯硅烷与高沸物的分离，塔顶采出合格的二甲基二氯硅烷产品，纯度在99%以上，塔釜为高沸物产品[4]。

精馏塔的控制12.1 概述•精馏是石油、化工等众多生产过程中广泛应用的一种传质过程，通过精馏过程，使混合物料中的各组分分离，分别达到规定的纯度。

•分离的机理是利用混合物中各组分的挥发度不同（沸点不同），使液相中的轻组分（低沸点）和汽相中的重组分（高沸点）相互转移，从而实现分离。

•精馏装置由精馏塔、再沸器、冷凝冷却器、回流罐及回流泵等组成。

精馏塔的特点精馏塔是一个多输入多输出的多变量过程，内在机理较复杂，动态响应迟缓、变量之间相互关联，不同的塔工艺结构差别很大，而工艺对控制提出的要求又较高，所以确定精馏塔的控制方案是一个极为重要的课题。

而且从能耗的角度，精馏塔是三传一反典型单元操作中能耗最大的设备。

一、精馏塔的基本关系（1）物料平衡关系总物料平衡： F=D+B (12-1) 轻组分平衡：F z f =D x D +B x B (12-2) 联立（12-1）、（12-2）可得：（2）能量平衡关系 在建立能量平衡关系时，首先要了解分离度的概念。

所谓分离度s 可用下式表示：DB D f D BB f D x x x z F D x x z D Fx --=+-=)((12-3))1()1(D B B Dx x x x s --=(12-5)可见，随着s 的增大，x D 也增大，x B 而减小，说明塔系统的分离效果增大。

影响分离度s 的因素很多，如平均相对挥发度、理论塔板数、塔板效率、进料组分、进料板位置，以及塔内上升蒸汽量V 和进料F 的比值等。

对于一个既定的塔来说：式（12-6）的函数关系也可用一近似式表示： 或可表示为：式中β为塔的特性因子由上式可以看到，随着V /F 的增加，s 值提高，也就是x D 增加，x B 下降，分离效果提高了。

由于V 是由再沸器施加热量来提高的，所以该式实际是表示塔的能量对产品成分的影响，故称为能量平衡关系式。

由上分析可见，V /F 的增加，塔的分离效果提高，能耗也将增加。

1 导论本文主要是对精馏塔进出料进行控制，使得进料量与出料量达到平衡，以此来实现物料液位均衡状态，以避免物料过多溢出造成浪费，或者物料不足延误生产的问题，从而能够达到提高生产效率的目的。

因此，首先针对精馏塔原理、均匀控制的由来和目的做一简单的介绍和说明。

1.1 精馏塔控制系统介绍1.1 .1 精馏塔控制精馏塔是进行精馏的一种塔式汽液接触装置，又称为蒸馏塔。

有板式塔与填料塔两种主要类型。

根据操作方式又可分为连续精馏塔与间歇精馏塔。

蒸汽由塔底进入，与下降液进行逆流接触，两相接触中，下降液中的易挥发(低沸点)组分不断地向蒸汽中转移，蒸汽中的难挥发(高沸点)组分不断地向下降液中转移，蒸汽愈接近塔顶，其易挥发组分浓度愈高，而下降液愈接近塔底，其难挥发组分则愈富集，达到组分分离的目的。

由塔顶上升的蒸汽进入冷凝器，冷凝的液体的一部分作为回流液返回塔顶进入精馏塔中，其余的部分则作为馏出液取出。

塔底流出的液体，其中的一部分送入再沸器，热蒸发后，蒸汽返回塔中，另一部分液体则作为釜残液取出。

蒸馏的基本原理是将液体混合物部分气化,利用其中各组份挥发度不同（相对挥发度）的特性，实现分离目的的单元操作。

蒸馏按照其操作方法可分为：简单蒸馏、闪蒸、精馏和特殊精馏等。

1.1.2控制要求及干扰因素为了保证精馏生产工序安全、高效持续进行,改造生产工艺提出如下控制要求:(1) 保证产品质量。

以塔顶产品的纯度作为质量参数进行控制,构建质量控制系统。

(2) 保证平稳生产。

首先要使精馏塔的进料参数保持稳定;其次为了维持塔的物料平衡,要控制塔顶和塔底产品采出量,使其和等于进料量;再次塔内的储液量应保持在限定的范围内;最后要控制塔内压力稳定。

(3) 满足约束条件。

系统必须满足一些参数的极限值所限定的约束条件,如塔内气体流速的上下限、塔内压力极限值等。

(4) 节能要求及经济性。

主要是再沸器的加热量和冷凝器的冷却能量消耗。

影响产品质量指标和平稳生产的主要干扰因素有: ①进料流量( F) 的波动;②进料成分( Z F) 的变化; ③进料温度( T F) 和进料热焓值( Q F) 的变化;④再沸器加热剂输入热量的变化; ⑤冷却剂在冷凝器内吸收热量的变化; ⑥环境温度的变化。