關(guān)于精餾塔與自動控制，那些你可能還不知道的事兒！

在化工領(lǐng)域里，精餾塔是一種常見的用來分離提純相關(guān)組分的設(shè)備，而計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用使得精餾塔的控制實(shí)現(xiàn)自動化，促進(jìn)了工藝的優(yōu)化。隨著科技的不斷進(jìn)步以及質(zhì)量體系促使的工藝技術(shù)日益嚴(yán)格精細(xì)化，傳統(tǒng)的操作方式已經(jīng)變得越來越無法滿足現(xiàn)今行業(yè)要求的高效率與高質(zhì)量。為解決上述缺陷，實(shí)現(xiàn)精細(xì)有效化的對體系溫度的掌控，采用計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)的自動化溫度控制系統(tǒng)，經(jīng)過相應(yīng)的改裝調(diào)試后運(yùn)用到精餾分離的過程中。

一、精餾塔（Rectification?Tower）

      精餾塔是進(jìn)行精餾的一種塔式汽液接觸裝臵。有板式塔與填料塔兩種主要類型。根據(jù)操作方式又可分為連續(xù)精餾塔與間歇精餾塔。

1.簡介（Introduction）

a、精餾原理?(Principle?of?Rectify)

      蒸餾的基本原理是將液體混合物多次部分氣化和部分冷凝,利用其中各組份揮發(fā)度不同（相對揮發(fā)度，α）的特性，實(shí)現(xiàn)分離目的的單元操作。蒸餾按照其操作方法可分為：簡單蒸餾、閃蒸、精餾和特殊精餾等。?

?b、過程簡述（Introduction?of?procedure）?

?     蒸氣由塔底進(jìn)入。蒸發(fā)出的氣相與下降液進(jìn)行逆流接觸，兩相接觸中，下降液中的易揮發(fā)(低沸點(diǎn))組分不斷地向氣相中轉(zhuǎn)移，氣相中的難揮發(fā)(高沸點(diǎn))組分不斷地向下降液中轉(zhuǎn)移，氣相愈接近塔頂，其易揮發(fā)組分濃度愈高，而下降液愈接近塔底，其難揮發(fā)組分則愈富集，從而達(dá)到組分分離的目的。由塔頂上升的氣相進(jìn)入冷凝器，冷凝的液體的一部分作為回流液返回塔頂進(jìn)入精餾塔中，其余的部分則作為餾出液取出。塔底流出的液體，其中的一部分送入再沸器，加熱蒸發(fā)成氣相返回塔中，另一部分液體作為釜?dú)堃喝〕觥??

c、存在問題（Problems?existent）??????

      然而，縱觀化工工藝過程，整個(gè)冷凝體系的溫度控制很難實(shí)現(xiàn)精細(xì)化。這會造成部分物質(zhì)以及雜質(zhì)表現(xiàn)出來的物化性質(zhì)難以區(qū)分。即需要體系中不可避免的混入了其他雜質(zhì)的，無疑整個(gè)精餾分離過程的目的大打折扣。針對這種情況，實(shí)際生產(chǎn)中往往采取提升系統(tǒng)溫度的辦法來解決，但另一方面溫度越高時(shí)則一些有用物質(zhì)會呈現(xiàn)難以完全冷凝回流的狀況，進(jìn)而分離效果的產(chǎn)量下降。

2.解決方法（Solution）??????

      根據(jù)精餾原理以及對過程的分析，溫度控制的精細(xì)程度決定了精餾效果的好壞。在實(shí)際生產(chǎn)的實(shí)施過程，可變因子以及影響因子都客觀存在。而且需要操作控制的變量亦多，各種變量的相互組合都可能導(dǎo)致偏離所需要目標(biāo)的結(jié)果，因此精細(xì)準(zhǔn)確的自動化系統(tǒng)條件控制無論是在工藝效率實(shí)現(xiàn)還是整個(gè)的質(zhì)量體系都扮演相當(dāng)重要的角色。

二、自動控制（Automatic?Control）

1.概念（Concept）??????

      指在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設(shè)備或裝臵，使機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過程的某個(gè)工作狀態(tài)或參數(shù)自動地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。自動控制是相對人工控制而言的。

?2.應(yīng)用（Application）

      反饋調(diào)節(jié)是自動控制的核心，例如溫度自動控制就是將溫度作為輸出量，用來調(diào)節(jié)加熱與散熱，從而達(dá)到溫度恒定的目的。將自動控制用于精餾塔的溫度調(diào)節(jié)，可以大大提高精餾的效率及質(zhì)量。精餾塔頂部的冷凝體系溫度由溫控制系統(tǒng)監(jiān)測，體系里安裝有靈敏的溫度傳感器，隨著精餾塔頂端組分的變化而改變。系統(tǒng)設(shè)定一定的監(jiān)測溫度線，如果體系溫度出現(xiàn)異常超過限制，則自動監(jiān)測控溫系統(tǒng)中會自動調(diào)整，重新設(shè)臵溫度以及改變適宜的組分回流比來快速解決如果精餾塔端蒸汽體系的溫度超過控制范圍，即體系里未凝潔物質(zhì)比率上升，這時(shí)總系統(tǒng)快捷改變溫度、并減低回流比。反之亦然，自動控制系統(tǒng)會調(diào)節(jié)體系始終保證在恒定適宜的條件下進(jìn)行精餾過程。這樣，冷凝器控制的操作完全由自動化的程序?qū)崿F(xiàn)精細(xì)準(zhǔn)確的監(jiān)控，避免人工來改變體系溫度以及回流比，最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的最優(yōu)化。

三、精餾塔與自動控制（Rectification?Tower?and?Automatic?Control）??

1.自動化控制下的氣液平衡??????

      精餾工序的操作本質(zhì)是三個(gè)化學(xué)平衡的體現(xiàn)，分別為物料、相態(tài)以及熱平衡，它們緊密牽連。如蒸汽壓力改變時(shí)，會很快改變塔底的實(shí)際蒸發(fā)量，直接導(dǎo)致體系內(nèi)熱非平衡，氣液相態(tài)亦隨之不均衡。故生產(chǎn)過程的關(guān)鍵在于熱量與蒸汽量的平衡狀態(tài)。在其他不變的條件下流速與蒸發(fā)量以及精餾塔的塔差成正比，依此可通過改變精餾塔兩端的壓力實(shí)現(xiàn)對蒸發(fā)量的控制。自動系統(tǒng)過程中采取進(jìn)料量和塔釜壓力相串級的方式，塔底壓力電子信號會傳遞至流量調(diào)節(jié)閥系統(tǒng)，調(diào)節(jié)閥會自動化調(diào)整流量。進(jìn)料量的實(shí)時(shí)最適變化可以達(dá)到塔釜壓力的相對穩(wěn)定，避免了整個(gè)過程的最終分離效果受到的進(jìn)料量波動影響。?

2.精餾塔的溫度控制??

（1）精餾段溫控靈敏板取在精餾段的某層塔板處，稱為精餾段溫控。適用于對塔頂產(chǎn)品質(zhì)量要求高或是氣相進(jìn)料的場合。調(diào)節(jié)手段是根據(jù)靈敏板溫度，適當(dāng)調(diào)節(jié)回流比。例如，靈敏板溫度升高時(shí)，則反映塔頂產(chǎn)品組成Zn下降，故此時(shí)發(fā)出信號適當(dāng)增大回流比，使XD上升至合格值時(shí)，靈敏板溫度降至規(guī)定值。??

（2）提餾段溫控靈敏板取在提餾段的某層塔板處，稱為提餾段溫控。適用于對塔底產(chǎn)品要求高的場合或是液相進(jìn)料時(shí)，其采用的調(diào)節(jié)手段是根據(jù)靈敏板溫度，適當(dāng)調(diào)節(jié)再沸器加熱量。例如，當(dāng)靈敏板溫度下降時(shí)，則反映釜底液相組成Xw變大，釜底產(chǎn)品不合格，故發(fā)出信號適當(dāng)增大再沸器的加熱量，使釜溫上升，以便保持工作的規(guī)定值。

（3）溫差控制當(dāng)原料液中各組成的沸點(diǎn)相近，而對產(chǎn)品的純度要求又較高時(shí)不宜采用一般的溫控方法，而應(yīng)采用溫差控制方法。溫差控制是根據(jù)兩板的溫度變化總是比單一板上的溫度變化范圍要相對大得多的原理來設(shè)計(jì)的，采用此法易于保證產(chǎn)品純度，又利于儀表的選擇和使用。

3.應(yīng)用實(shí)例??????

      PVC工業(yè)化的生產(chǎn)過程中精餾工序是通過高低沸塔來實(shí)現(xiàn)的，其中最關(guān)鍵的技術(shù)在于精餾塔頂部冷凝器體系溫度的精細(xì)化控制，這也是整個(gè)PVC工業(yè)化生產(chǎn)的瓶頸部分。隨著技術(shù)的發(fā)展，將自動化控制系統(tǒng)裝配于PVC精餾工序的冷凝工段，以實(shí)際數(shù)據(jù)來看比之常規(guī)手段有明顯優(yōu)勢。

a、VC低沸塔體系??????

      VC低沸體系是用來分離沸點(diǎn)低于VC的乙炔等組分。實(shí)際情況中往往因?yàn)閮烧咴谝恍┬再|(zhì)方面表現(xiàn)的較相同，且液相的乙炔組分能夠與氯乙烯液相體系相混溶，這樣實(shí)際的低沸分析目的不能高效實(shí)現(xiàn)。根據(jù)實(shí)際情況，采取在冷凝器系統(tǒng)裝配上計(jì)算機(jī)自動化控制系統(tǒng)。它能夠?qū)崿F(xiàn)對精餾塔頂端物系溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測，且根據(jù)實(shí)際情況實(shí)現(xiàn)自動調(diào)整，達(dá)到精確控制冷凝體系溫度的目的，避免過高或者過低等異常情況。自動化控溫后進(jìn)而可實(shí)現(xiàn)精餾塔頂端回流比和回流量的最優(yōu)化。

b、VC高沸塔體系

      低沸塔的餾分VC液再通過高沸塔體系的精餾過程分離出高沸點(diǎn)物，高純度氣相態(tài)的VC從精餾塔頂通過經(jīng)冷凝系統(tǒng)，轉(zhuǎn)換為成品餾出。實(shí)際生產(chǎn)過程中，傳統(tǒng)的冷凝系統(tǒng)控制時(shí)常達(dá)不到溫度的精細(xì)化控制，最終影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。而一旦也在高沸塔冷凝系統(tǒng)裝配計(jì)算機(jī)自動溫度系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測塔頂及冷凝體系溫度，自動的控制回流量和回流比數(shù)值，實(shí)現(xiàn)整個(gè)過程的操作效率最大化。

四、新趨勢

超重力精餾塔

      近年來出現(xiàn)的超重力精餾技術(shù)，利用高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的數(shù)百至千倍重力的超重力場代替常規(guī)的重力場，極大地強(qiáng)化氣液傳質(zhì)過程，將傳質(zhì)單元高度降低1個(gè)數(shù)量級。從而使巨大的塔設(shè)備變?yōu)楦叨炔坏?米的超重力精餾機(jī)，達(dá)到增加效率、縮小體積的目的。超重力精餾改變了傳統(tǒng)的塔設(shè)備精餾模式，只要在室內(nèi)廠房里就可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)精餾過程。對社會的發(fā)展而言可節(jié)省鋼材資源，延長地球資源的使用年限；對企業(yè)的發(fā)展而言，可以節(jié)約場地與空間資源，減少污染排放，提高產(chǎn)品質(zhì)量，改善經(jīng)營管理模式，降低生產(chǎn)勞動強(qiáng)度，增加生產(chǎn)的安全性。超重力精餾塔與自動控制結(jié)合，可以在重力場與溫度兩個(gè)方面同時(shí)提高精餾塔的精餾效率，大大促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

?五、結(jié)語?????

在化工生產(chǎn)的精餾工藝中，自動化系統(tǒng)的導(dǎo)入，一方面實(shí)現(xiàn)了操作的簡單，快捷化，節(jié)省的人力成本；另一方計(jì)算機(jī)的分析以及傳感的靈敏性保證系統(tǒng)對于體系參數(shù)的實(shí)時(shí)精確控制，做到實(shí)時(shí)控制，快速自動調(diào)整，亦是工藝的最優(yōu)化體現(xiàn)，是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)最大化的保證。

來源：網(wǎng)絡(luò)

 

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