精馏塔自动控制系统设计与应用

李孟栖 段胜利

(1.河北省煤化工工程技术研究中心,河北 邢台 054800)

(2.邢台旭阳科技有限公司,河北 邢台 054800)

精馏塔自动控制系统设计与应用

李孟栖1段胜利2

(1.河北省煤化工工程技术研究中心,河北 邢台 054800)

(2.邢台旭阳科技有限公司,河北 邢台 054800)

作为医疗行业和石油化工行业中比较常见的装备，精馏塔发挥着非常重要的作用，属于单元生产过程。由于存在错综复杂的变量，因此需要设计自动控制系统来实现该装备的科学合理控制。本文主要对精馏塔自动控制系统的设计和应用进行了研究，根据其工艺和生产过程中的主要扰动变量来提出科学合理的温度控制方案，主要从精馏塔的结构、精馏塔的控制要求以及精馏塔的提馏段和精馏段温度控制这三个方面进行了具体的阐述。

精馏塔；提馏段；精馏段；温度控制

1 精馏塔的结构

在工业生产中，一般都是利用混合物中的各组分挥发程度来将混合物中的不同组分进行分离，从而使混合物的纯度达到规定的要求。使用精馏塔的目的就是实现混合物中各组分的分离，根据不同组分的不同挥发程度，对于比较轻的组分，其挥发程度较好，就会将其从液相中转移到气相中，而比较重的组分就会从气相中转移到液相中，这样就能够通过精馏塔来实现分离的目的，使纯度满足要求。精馏塔主要是由精馏段和提馏段这两部分构成，其中进料口以上的部分为精馏段，以下的部分则为提馏段，其中塔内含有很多层塔板，在每层塔板上都有液层，回流液经溢出管一级一级流到塔板后，蒸汽从底部开始向上升，然后会和塔板上的液体进行接触，这样就会发生蒸汽冷凝和液体汽化的现象，而且同时发生已经挥发的组分会不断汽化，从液相直接转入气相，而很难发挥的组分会冷凝，从气相直接转入液相。在整个塔内，塔内组分的浓度从下往上各不相同，最下面的是浓度最低的，然后逐渐升高，塔顶的浓度最重。为了更好获得工业生产所需的成分，有必要科学合理控制塔内的温度和压力，而在精馏塔的控制过程中有很多复杂的操纵变量，扰动因素也比较多，因此为了减少控制和操作难度，可以通过蒸馏塔自动控制系统设计和应用来实现温度和压力的自动控制，从而节约一定的人力，而且操作相对简便。

2 精馏塔的控制要求

2.1 质量指标

在精馏塔控制过程中，为了更好地实现混合物分离的纯度，最重要的一项控制要求就是满足规定的质量指标。一般的操作中，要保证在精馏塔的塔底或者塔顶最少有一种组分的纯度要符合质量指标要求，而且其他的组分也不能超过规定的范围，为了更好地实现这一目的，应当严格控制塔底和塔顶产品的纯度，并将其作为被控变量，但是由于在实际操作中很难实时检测塔顶产品的纯度，因此很多时候都是通过精馏塔内的温度和压力来了解产品的纯度情况。

2.2 确保平稳操作

为了使精馏塔更好地发挥作用，有必要确保精馏塔的平稳操作，这就要求在进塔之前努力克服主要的扰动因素，要控制好进料量的温度、加热剂和冷却剂的压力控制以及进料量的均匀等情况，运作完成以后要保证进出物料的平衡性，也就是出料量和进料量要保持平衡，并且出料速度应当适当减慢，从而实现塔的平稳操作。与此同时，要注意保证塔内的压力稳定，从而实现精馏塔的平稳操作。

2.3 规定变量的约束条件

在精馏塔的工作中，经常会受到某些变量的影响，因此应当规定其约束条件来实现塔的平稳操作。例如，要限制塔内的气体流速，不能过高也不能过低，如果气体流速过高，就会很容易产生液泛，反之会使塔板的效率不断降低。另外，还要限制沸器的加热温差，将温差控制在临界值的限制之内，否则就会影响精馏塔的工作质量。

3 精馏塔的提馏段和精馏段温度控制

3.1 精馏塔的提馏段温度控制

为了更好地实现精馏段的温度控制，将提馏段的温度可以作为衡量质量指标的间接变量，该变量也是被控变量，然后再确定操纵变量，操作变量为沸器的加热蒸汽汽量，通过共同控制被控变量和操纵变量，加上塔釜的液位控制回路、回流罐的液位控制回路、塔顶压力控制回路、回流量控制回路以及进料量控制回路等辅助控制回路共同发挥作用，有利于实现温度的科学合理控制，

3.2 精馏塔的精馏段温度控制

在精馏塔的精馏段对温度进行控制，同样将其作为衡量质量指标的简介变量，这样能够有效改变回流量，该变量也是被控变量，而回流量则为操纵变量，通过其主要控制系统以及对进料量、塔底、塔压和塔顶馏出液的控制，能够实现精馏段温度的合理有效控制。但是对精馏塔精馏段的温度控制与提馏段的控制不同，需要定制控制沸器加热器蒸汽流量，而且要保证蒸汽量的充足供应，这样才能使塔顶的产品达到规定的指标。

4 结语

综上所述，随着科学技术的快速发展，今后在精馏塔的控制中会广泛应用集散控制系统，而且这项技术也会日渐成熟。通过自动控制系统有利于实现精馏塔装备的科学合理控制，更好实现径流过程中的节能和最优控制，使产品成分纯度达到要求，实现企业经济效益的不断提高。

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