精馏塔自动控制

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摘 要：在化工领域里，精馏塔是一种常见的用来分离提纯相关组分的设备，随着科技的不断进步以及质量体系促使的工艺技术日益严格精细化，传统的操作方式已经变得越来越无法满足现今行业要求的高效率与高质量。而计算机技术的应用使得精馏塔的控制实现自动化，促进了工艺的优化。

关键字：精馏塔；控制；自动化

精馏分离的工序里，蒸汽向上流动以及液体的不断回流下降使得相应的精馏塔中物质以及热量实现转移互换。实际操作里，一般将塔底的再沸器里的液相导走。精馏塔顶部的蒸汽进入冷凝体系后继续回流，此部分一方面先把部分回流收集的体系通过动力重新转移到塔的顶端，然后另一部分的体系被视为馏分通过冷凝体系导走。纵观化工工艺过程，整个冷凝体系的温度控制很难实现精细化。这会造成部分物质以及杂质表现出来的物化性质难以区分。即需要体系中不可避免的混入了其他杂质的，无疑整个精馏分离过程的目的大打折扣。针对这种情况，实际生产中往往采取提升系统温度的办法来解决，但另一方面温度越高时则一些有用物质会呈现难以完全冷凝回流的状况，进而分离效果的产量下降。

一 研究开发及应用

为解决上述缺陷，实现精细有效化的对体系温度的掌控，采用计算机来实现的自动化温度控制系统，经过相应的改装调试后运用到精馏分离的过程中。

在化工行业的日常生产中，精馏是一个相当常见的工艺步骤。理论基础各物质恒常的沸点差异化可以加以利用温度来实现高效率的分离，本质上整个微观化的过程相当繁琐，主要用到的装置为精馏塔。在实际生产的实施过程，可变因子以及影响因子都客观存在。而且需要操作控制的变量亦多，各种变量的相互组合都可能导致偏离所需要目标的结果，因此精细准确的自动化系统条件控制无论是在工艺效率实现还是整个的质量体系都扮演相当重要的角色。精馏塔顶部的冷凝体系温度由温控制系统监测，体系里安装有灵敏的温度传感器，随着精馏塔顶端组分的变化而改变。系统设定一定的监测温度线，如果体系温度出现异常超过限制，则自动监测控温系统中会自动调整，重新设置温度以及改变适宜的组分回流比来快速解决如果精馏塔端蒸汽体系的温度超过控制范围，即体系里未凝洁物质比率上升，这时总系统快捷改变温度、并减低回流比。反之亦然，自动控制系统会调节体系始终保证在恒定适宜的条件下进行精馏过程。这样，冷凝器控制的操作完全由自动化的程序实现精细准确的监控，避免人工来改变体系温度以及回流比，最终实现产品质量的最优化。

二 自动化控制的PVC精馏应用实例

PVC工业化的生产过程中精馏工序是通过高低沸塔来实现的，其中最关键的技术在于精馏塔顶部冷凝器体系温度的精细化控制，这也是整个PVC工业化生产的瓶颈部分。随着技术的发展，将自动化控制系统装配于PVC精馏工序的冷凝工段，以实际数据来看比之常规手段有明显优势。

2.1 VC低沸塔体系

VC低沸体系是用来分离沸点低于VC的乙炔等组分。实际情况中往往因为两者在一些性质方面表现的较相同，且液相的乙炔组分能够与氯乙烯液相体系相混溶，这样实际的低沸分析目的不能高效实现。根据实际情况，采取在冷凝器系统装配上计算机自动化控制系统。它能够实现对精馏塔顶端物系温度的实时监测，且根据实际情况实现自动调整，达到精确控制冷凝体系温度的目的，避免过高或者过低等异常情况。自动化控温后进而可实现精馏塔顶端回流比和回流量的最优化。

2.2 VC高沸塔体系

低沸塔的馏分VC液再通过高沸塔体系的精馏过程分离出高沸点物，高纯度气相态的VC从精馏塔顶通过经冷凝系统，转换为成品馏出。实际生产过程中，传统的冷凝系统控制时常达不到温度的精细化控制，最终影响到产品的质量。而一旦也在高沸塔冷凝系统装配计算机自动温度系统，计算机实时监测塔顶及冷凝体系温度，自动的控制回流量和回流比数值，实现整个过程的操作效率最大化。

三 自动化控制下的气液平衡

精馏工序的操作本质是三个化学平衡的体现，分别为物料、相态以及热平衡，它们紧密牵连。如蒸汽压力改变时，会很快改变塔底的实际蒸发量，直接导致体系内热非平衡，气液相态亦随之不均衡。故生产过程的关键在于热量与蒸汽量的平衡状态。在其他不变的条件下流速与蒸发量以及精馏塔的塔差成正比，依此可通过改变精馏塔两端的压力实现对蒸发量的控制。自动系统过程中采取进料量和塔釜压力相串级的方式，塔底压力电子信号会传递至流量调节阀系统，调节阀会自动化调整流量。进料量的实时最适变化可以达到塔釜压力的相对稳定，避免了整个过程的最终分离效果受到的进料量波动影响。

四 精馏塔的温度控制

（1）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zn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。

（2）提馏段温控灵敏板取在提馏段的某层塔板处，称为提馏段温控。适用于对塔底产品要求高的场合或是液相进料时，其采用的调节手段是根据灵敏板温度，适当调节再沸器加热量。例如，当灵敏板温度下降时，则反映釜底液相组成Xw变大，釜底产品不合格，故发出信号适当增大再沸器的加热量，使釜温上升，以便保持工作的规定值。

（3）温差控制当原料液中各组成的沸点相近，而对产品的纯度要求又较高时不宜采用一般的温控方法，而应采用温差控制方法。温差控制是根据两板的温度变化总是比单一板上的温度变化范围要相对大得多的原理来设计的，采用此法易于保证产品纯度，又利于仪表的选择和使用。

五 结语

在化工生产的精馏工艺中，自动化系统的导入，一方面实现了操作的简单，快捷化，节省的人力成本；另一方面计算机的分析以及传感的灵敏性保证系统对于体系参数的实时精确控制，做到实时控制，快速自动调整，亦是工艺的最优化体现，是实现产品经济最大化的保证。

参考文献

[1] 左文耀. 精馏塔操作及自动控制系统的改进研究[J].化学工程与装备.2012，8.

[2] 陈彦；吴天勇；郭建宝. 精馏塔操作及自动控制系统的改进[J].化工生产与技术.2002，1.

[3] 黄永杰. 精馏塔自动控制系统设计与应用[J].化工技术与开发.2012，1.