關(guān)于精餾塔與自動(dòng)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(jiàn)的用來(lái)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(dòng)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(lái)越無(wú)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(duì)體系溫度的掌控，采用計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)化溫度控制系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)相應(yīng)的改裝調(diào)試后運(yùn)用到精餾分離的過(guò)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(lèi)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(jiǎn)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(duì)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(jiǎn)單蒸餾、閃蒸、精餾和特殊精餾等。?

?b、過(guò)程簡(jiǎn)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(wèn)題（Problems?existent）??????

      然而，縱觀化工工藝過(guò)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(huì)造成部分物質(zhì)以及雜質(zhì)表現(xiàn)出來(lái)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(wú)疑整個(gè)精餾分離過(guò)程的目的大打折扣。針對(duì)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(lái)解決，但另一方面溫度越高時(shí)則一些有用物質(zhì)會(huì)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(duì)過(guò)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(guò)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(dòng)化系統(tǒng)條件控制無(wú)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(dòng)控制（Automatic?Control）

1.概念（Concept）??????

      指在沒(méi)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(guò)程的某個(gè)工作狀態(tài)或參數(shù)自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。自動(dòng)控制是相對(duì)人工控制而言的。

?2.應(yīng)用（Application）

      反饋調(diào)節(jié)是自動(dòng)控制的核心，例如溫度自動(dòng)控制就是將溫度作為輸出量，用來(lái)調(diào)節(jié)加熱與散熱，從而達(dá)到溫度恒定的目的。將自動(dòng)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(cè)，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(cè)溫度線，如果體系溫度出現(xiàn)異常超過(guò)限制，則自動(dòng)監(jiān)測(cè)控溫系統(tǒng)中會(huì)自動(dòng)調(diào)整，重新設(shè)臵溫度以及改變適宜的組分回流比來(lái)快速解決如果精餾塔端蒸汽體系的溫度超過(guò)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(dòng)控制系統(tǒng)會(huì)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(guò)程。這樣，冷凝器控制的操作完全由自動(dòng)化的程序?qū)崿F(xiàn)精細(xì)準(zhǔn)確的監(jiān)控，避免人工來(lái)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(dòng)控制（Rectification?Tower?and?Automatic?Control）??

1.自動(dòng)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(huì)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(guò)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(guò)改變精餾塔兩端的壓力實(shí)現(xiàn)對(duì)蒸發(fā)量的控制。自動(dòng)系統(tǒng)過(guò)程中采取進(jìn)料量和塔釜壓力相串級(jí)的方式，塔底壓力電子信號(hào)會(huì)傳遞至流量調(diào)節(jié)閥系統(tǒng)，調(diào)節(jié)閥會(huì)自動(dòng)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(duì)穩(wěn)定，避免了整個(gè)過(guò)程的最終分離效果受到的進(jìn)料量波動(dòng)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(chēng)為精餾段溫控。適用于對(duì)塔頂產(chǎn)品質(zhì)量要求高或是氣相進(jìn)料的場(chǎng)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(hào)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(chēng)為提餾段溫控。適用于對(duì)塔底產(chǎn)品要求高的場(chǎng)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(hào)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(duì)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(duì)大得多的原理來(lái)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(guò)程中精餾工序是通過(guò)高低沸塔來(lái)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(dòng)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(lái)看比之常規(guī)手段有明顯優(yōu)勢(shì)。

a、VC低沸塔體系??????

      VC低沸體系是用來(lái)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(dòng)化控制系統(tǒng)。它能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)精餾塔頂端物系溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，且根據(jù)實(shí)際情況實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整，達(dá)到精確控制冷凝體系溫度的目的，避免過(guò)高或者過(guò)低等異常情況。自動(dòng)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(guò)高沸塔體系的精餾過(guò)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(guò)經(jīng)冷凝系統(tǒng)，轉(zhuǎn)換為成品餾出。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)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(dòng)溫度系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)塔頂及冷凝體系溫度，自動(dòng)的控制回流量和回流比數(shù)值，實(shí)現(xiàn)整個(gè)過(guò)程的操作效率最大化。

四、新趨勢(shì)

超重力精餾塔

      近年來(lái)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(chǎng)代替常規(guī)的重力場(chǎng)，極大地強(qiáng)化氣液傳質(zhì)過(guò)程，將傳質(zhì)單元高度降低1個(gè)數(shù)量級(jí)。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(guò)程。對(duì)社會(huì)的發(fā)展而言可節(jié)省鋼材資源，延長(zhǎng)地球資源的使用年限；對(duì)企業(yè)的發(fā)展而言，可以節(jié)約場(chǎng)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(yíng)管理模式，降低生產(chǎn)勞動(dòng)強(qiáng)度，增加生產(chǎn)的安全性。超重力精餾塔與自動(dòng)控制結(jié)合，可以在重力場(chǎng)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(yǔ)?????

在化工生產(chǎn)的精餾工藝中，自動(dòng)化系統(tǒng)的導(dǎo)入，一方面實(shí)現(xiàn)了操作的簡(jiǎn)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(duì)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(dòng)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。

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