有关精馏塔技术的研究和应用

张 伟

中国平煤神马集团尼龙化工有限公司，河南平顶山 467099

已经被大众确定的在工业成产中，应用最广泛也是能源消耗方面较高的分离分散过程被称作是精馏工艺，这个过程的被控变量和变量很多，导致精馏过程的机理和数据动态也比较复杂。在实际的生产操作过程中，很多相关操作的参数设计与精馏装置本身的参数设置并不是完全相同。其中，在整个精馏过程中能源在被其消耗之后，大本分被分离冷却水带走，而并不是最有效的组分分离技术。精馏塔技术应用十分的广泛，加上随着科学技术的飞速发展，精馏塔的技术工艺也在不断的提高，在这样的科技背景之下，加大精馏塔精馏过程的能源优化和研发其控制力度，有助于解决精馏塔精馏工艺的能源消耗问题。

1 精馏塔精馏技术原理

1）所谓的精馏工艺技术，就是把一定浓度的溶液通过传送装置输送到精馏装置内，只这部分溶液通过不断的进行冷凝和气化，在精馏塔塔顶和精馏塔的塔底一起得到出现与其产品的一种生产过程。在这个精馏塔精馏工艺运作的过程中，需要同时运作其他技术设备。如，精馏塔、再沸器、冷凝器、回流泵以及回流罐。在石油化工方面的行业中，精馏设备装置大多采取连续精馏的运作模式，具体的流程图请参阅图1所示。

图1 连续精馏装置精馏过程图

2）连续精馏工艺技术的具体运作流程如下：

（1）原料输送金进料口，进料口将整个精馏塔分成了精馏过程段和提取过程段；

（2）当溶液侏儒仅精馏塔以后，由于各部分分组都具有不同的沸点，从而导致低沸点的分组达到了一种气化效果，从而往上升腾，而高沸点的分组则相反，都是随着溶液向下流淌，并且通过和精馏塔内部上升的蒸汽；

（3）经过向下蒸馏分离之后，部分下半部分的液体被引导而出，部分液体被连续的加热之后再次返回到精馏塔；

（4）部分整齐在冷凝机中变成液体，在经过回流泵输送进回流罐。其中这部分蒸汽一部分成为了产品，一部分作为回流液体再一次流淌回蒸馏塔。

2 精馏塔常见的几种分类

1）蒸馏塔是当今社会使用最普遍也是各企业最普及的蒸馏分解设施，它的具体分类也比较多。精馏塔按照结构可分为填充材料塔和板式精馏塔；按照分离组来讲可分为多元蒸馏塔和二元蒸馏塔；按照操作了的连续性来讲，又可以分为连续蒸馏塔和间歇性蒸馏塔；按照精馏压力来划分有可以分为加压蒸馏塔，常规压力蒸馏塔以及减压蒸馏塔。最后，按照混合物重组角度来分的话又可以分成特殊性质蒸馏塔和一般性质蒸馏塔。

2）关于精馏塔能源节约和优化

在当前社会经济和科技背景下，精馏塔的能源节约减耗问题一致时科学理论研究，以及各企业实践研究的困难点，在经过一些科技人员的努力和操作实践，已经取得了一系列的优化成果。

（1）逐步完善再沸器以及冷凝器的换热效果；

（2）改变精馏塔多塔精馏程序，尽早的将多效精馏技术应用到精馏塔过程中；

（3）开发出一种高效的正规填充材料，以替代板式塔；

（4）在精馏塔节能控制环节，必要时将换热泵技术应用其中。

3 精馏塔的控制要求

3.1 质量标准控制

分离混合物是精馏塔控制中的标准化指标，在精馏塔的正常操作中，都是在一定范围内获取塔尖或者塔底的纯度较高的产品，由于现场检测产品纯度有一定的困难，所以，大多数企业都是根据精馏塔内的压力和温度来观察产品的纯净度。

3.2 精馏塔的平稳性操作

为确保蒸馏塔蒸馏过程的稳定性，必须要尽可能的控制对蒸馏塔的可控程度，同时要尽量的缓解一些不可控制的扰动。在此之外，蒸馏塔内的压力稳定控制也是蒸馏塔平衡操作的基本原则之一。

3.3 蒸馏塔正常工作的约束条件

蒸馏塔正常操作的过剩复杂，而且影响蒸馏过程的因素也十分的多。

1）进料口进料量和温度的变化

由于精馏塔在精馏开始是进料往往是有上一工段提供的，所以对于蒸馏系统而言，进料流量和温度的变化产生一种流量波动是在所难免的

2）精馏塔内压力的波动

精馏塔精馏过程中，塔内压力的波动会影响到塔内的液体气体平衡和物料平衡，从而影响到整个操作过程和产品的质量问题。

3）加热剂再沸器温度的变化

当加热剂是蒸汽的时候，加入的热量往往是随着蒸汽塔里而变化的，这种热量会直接的导致蒸馏塔内的温度变化，从而影响到产品的纯净度。

4）冷却剂吸热导致的变化

这个环节直接的影响到物质的回流程序，即回流温度和回流量，这个变化只要是冷却剂产生的压力和吸收的热量导致出现的。

5）环境温度变化的影响

在正常情况下，环境温度的变化影响比较小，采用风冷器是，气温的变化对蒸馏塔的操作影响也十分巨大。

4 关于控制精馏塔的研究策略

精馏塔的精馏过程一种多变量的程序，这个程序具有较长的滞延，同时在变量之间大多数都是相互联系的，所以针对其进行行动状态分析，是一件很困难的事情，在加上蒸馏过程中配对变量十分困难，所以，控制整个蒸馏过程一直都是学术界探讨的话题。早在上个世纪60年代末，学术界就已经提出来相对灵敏度和相对增益的概念，从理论上解决了变量配对这个尖端性问题。

在进入新世纪以来，随着科学技术的进步，精馏塔的控制方式也出现了很多的方面。

1）精馏塔的经刘国生是一种非线性的表现手段，因此，如何吧非线性的控制到精馏塔的控制技术之中；

2）智能控制操作系统在蒸馏塔技术中的应用；

3）精馏塔的控制系统是一种现行的多变量控制技术以及适应性控制技术的研发和应用；

4）精馏塔精馏过程中在节能优化策略以及节能控制中的控制的应用。

5 精馏塔的节能优化和研究控制的发展方向

当前科技水平下，精馏塔的控制研究和精馏塔节能优化研究一直处在实验性阶段，在具体的操作过程中还有很多不确定因素，总结其原因，包括，不确定性模型、被控制量和不被控制量的约束问题、控制算法的可实现化以及执行设备出现故障时的优化控制。

1）进一步深化和加强精馏塔控制技术的研究；

2）研究出一套弄控制精馏塔优化约束的毒素系统，从过确保提高精馏塔的先进性和稳定性；

3）对精馏塔的精馏技术和精馏原理进行系统性的研究，以找出改良措施和办法。

6 结论

随着计算机系统的发展，尤其是集成控制系统的研发，计算机控制技术在精馏塔的控制应用中应该不断的改进和发展，控制系统的成熟性越高，精馏塔的精馏技术就越强，只有精馏技术不断创新，才能做到节约能耗提高经济效益。

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