【正文】 而其中的氣態(tài)部分重新回到精餾塔中，這個(gè)過(guò)程就叫做回流。液相混合物就從塔底一部分進(jìn)入到塔底產(chǎn)品冷卻器中，一部分進(jìn)入再沸器，在再沸器中被加熱到泡點(diǎn)溫度重新回到精餾塔。塔里的混合物不斷重復(fù)前面所說(shuō)的過(guò)程，而進(jìn)料口不斷有新鮮原料的加入。最終，完成苯與甲苯的分離。 苯甲苯精餾過(guò)程的操作條件 （1）操作壓力 蒸餾操作通?？稍诔骸⒓訅汉蜏p壓下進(jìn)行。確定操作壓力時(shí)，必須根據(jù)所處理物料的性質(zhì)，兼顧技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟(jì)上的合理性進(jìn)行考慮。例如，采用減壓操作有利于分離相對(duì)揮發(fā)度較大組分及熱敏性的物料，但壓力降低將導(dǎo)致塔徑增加，同時(shí)還需要使用抽真空的設(shè)備。對(duì)于沸點(diǎn)低、在常壓下為氣態(tài)的物料，則應(yīng)在加壓下進(jìn)行蒸餾。當(dāng)物性無(wú)特殊要求時(shí)，一般是在稍高于大氣壓下操作。但在塔徑相同的情況下，適當(dāng)?shù)靥岣卟僮鲏毫梢蕴岣咚奶幚砟芰ΑＳ袝r(shí)應(yīng)用加壓蒸餾的原因，則在于提高平衡溫度后，便于利用蒸汽冷凝時(shí)的熱量，或可用較低品位的冷卻劑使蒸汽冷凝，從而減少蒸餾的能量消耗。 （2）進(jìn)料狀態(tài) 進(jìn)料狀態(tài)與塔板數(shù)、塔徑、回流量及塔的熱負(fù)荷都有密切的聯(lián)系。在實(shí)際的生產(chǎn)中進(jìn)料狀態(tài)有多種，但一般都將料液預(yù)熱到泡點(diǎn)或接近泡點(diǎn)才送入塔中，這主要是由于此時(shí)塔的操作比較容易控制，不致受季節(jié)氣溫的影響。 （3）加熱方式蒸餾釜的加熱方式通常采用間接蒸汽加熱，設(shè)置再沸器。有時(shí)也可采用直接蒸汽加熱。然而，直接蒸汽加熱，由于蒸汽的不斷通入，對(duì)塔底溶液起了稀釋作用，在塔底易揮發(fā)物損失量相同的情況下，塔底殘液中易揮發(fā)組分的濃度應(yīng)較低，因而塔板數(shù)稍有增加。采用直接蒸汽加熱時(shí)，加熱蒸汽的壓力要高于釜中的壓力，以便克服蒸汽噴出小孔的阻力及釜中液柱靜壓力。對(duì)于苯甲苯溶液，~（表壓）。第3章 精餾塔精餾段溫度控制方案設(shè)計(jì) 概述 精餾塔的控制直接影響到工廠產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量和能量的消耗，因此精餾塔的自動(dòng)控制長(zhǎng)期以來(lái)一直受到人們的高度重視。精餾塔是一個(gè)多輸入多輸出的對(duì)象，它有多級(jí)塔板組成，內(nèi)在機(jī)理復(fù)雜，對(duì)控制要求較高。這些都給自動(dòng)控制帶來(lái)一定的困難，同時(shí)各塔工藝結(jié)構(gòu)特點(diǎn)千差萬(wàn)別，這需要深入分析特性，結(jié)合具體塔的特點(diǎn)，進(jìn)行自動(dòng)控制方案設(shè)計(jì)和研究。精餾塔的控制最終目標(biāo)是：在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，使回收率最高，能耗最小，或使總收益最大。在這個(gè)情況為了更好實(shí)現(xiàn)精餾的目標(biāo)就有了精餾段溫度控制系統(tǒng)的產(chǎn)生。 精餾過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的傳質(zhì)傳熱過(guò)程，表現(xiàn)為：過(guò)程變量多，被控變量多，可操縱變量也多；過(guò)程動(dòng)態(tài)和機(jī)理復(fù)雜，例如，非線性、時(shí)變、關(guān)聯(lián)；控制方案多樣，例如，同一被控變量可以采用不同的控制方案，控制方案的適應(yīng)面光等。 精餾塔精餾段的控制要求 精餾塔的控制目標(biāo)是，在保證產(chǎn)品質(zhì)量合格的前提下，使塔的總收益（利潤(rùn)）最大或總成本最小。具體對(duì)一個(gè)精餾塔來(lái)說(shuō)，需從四個(gè)方面考慮，設(shè)置必要的控制系統(tǒng)。 （1）產(chǎn)品質(zhì)量控制塔頂產(chǎn)品合乎規(guī)定的純度，塔底成品維持在規(guī)定的范圍內(nèi)。所謂產(chǎn)品的純度，就二元精餾來(lái)說(shuō)，其質(zhì)量指標(biāo)是指塔頂產(chǎn)品中輕組分（或重組分）含量和塔底產(chǎn)品中重組分（輕組分）含分，塔頂產(chǎn)品的關(guān)鍵組分是易揮發(fā)的，稱為輕關(guān)鍵組分，塔底產(chǎn)品是不易揮發(fā)的關(guān)鍵組分，稱為重關(guān)鍵組分。（2） 物料平衡控制 進(jìn)出物料平衡，即塔頂采出量應(yīng)和進(jìn)料量相平衡，維持塔的正常平穩(wěn)操作，以及上下工序的協(xié)調(diào)工作。物料平衡的控制是以回流罐與介于規(guī)定的上、下限之間為目標(biāo)的。（3） 能量平衡控制 精餾塔精餾段的輸入、輸出能量應(yīng)平衡，使塔內(nèi)的操作壓力維持穩(wěn)定。 （4）約束條件控制 為保證精餾塔的正常、安全操作，必須使某些操作參數(shù)限制在約束條件之內(nèi)。常用的精餾塔限制條件為液泛限、漏液限、壓力限及臨界溫差限等。所謂液泛限，也稱氣相速度限，即塔內(nèi)氣相速度過(guò)高時(shí)，霧沫夾帶十分嚴(yán)重，實(shí)際上液相將從下面塔板倒流到上面塔板，產(chǎn)生液泛，破壞正常操作。漏液限也稱最小氣相速度限，當(dāng)氣相速度小于某一值時(shí)，將產(chǎn)生塔板漏液，板效率下降。防止液泛和漏液，可以塔壓降和壓差來(lái)監(jiān)視氣相速度。壓力限是指塔的操作壓力的限制，一般是最大操作壓力限，即塔操作壓力不能過(guò)大，否則會(huì)影響塔內(nèi)的氣液平衡，嚴(yán)重越限甚至?xí)绊懓踩a(chǎn)。臨界溫差限主要是指再沸器兩側(cè)間的溫差，當(dāng)這一溫差低于臨界溫差時(shí)，給熱系數(shù)急劇下降，傳熱量也隨之下降，不能保證塔的正常傳熱的需要[5]。 精餾塔精餾段的擾動(dòng)分析 精餾塔精餾段的操作就是按照塔頂產(chǎn)品的組成要求來(lái)對(duì)這幾個(gè)影響因素進(jìn)行調(diào)節(jié)。精餾操作過(guò)程的影響因素有以下幾方面：；；；；；；，防止對(duì)塔頂產(chǎn)品的數(shù)量和組成的影響。（1）精餾塔操作壓力的變化對(duì)精餾塔精餾段操作的影響塔的設(shè)計(jì)和操作都是基于一定的塔壓下進(jìn)行的，因此一般精餾塔總是首先要保持壓力的恒定。塔壓波動(dòng)對(duì)塔的操作將產(chǎn)生如下的影響。①影響產(chǎn)品質(zhì)量和物料平衡改變操作壓力，將使每塊塔板上汽液平衡的組成發(fā)生改變。壓力升高，則氣相中重組分減少，相應(yīng)地提高了氣相中輕組分的濃度；液相中輕組分含量較前增加，同時(shí)也改變了氣液相的重量比，使液相量增加，氣相量減少?？偟慕Y(jié)果是：塔頂餾分中輕組分濃度增加，但數(shù)量卻相對(duì)減少；釜液中的輕組分濃度增加，釜液量增加。同理，壓力降低，塔頂餾分的數(shù)量增加，輕組分濃度降低；釜液量減少，輕組分濃度減少。正常操作中，應(yīng)保持恒定的壓力，但若因操作不正常，引起塔頂產(chǎn)品中重組分濃度增加時(shí)，則可采用適當(dāng)提高壓力的辦法，使產(chǎn)品質(zhì)量合格，但此時(shí)釜液中的輕組分損失增加。 ②改變組份間的相對(duì)揮發(fā)度壓力增加，組份間的相對(duì)揮發(fā)度降低，分離效率下降，反之，組份間的相對(duì)揮發(fā)度增加，分離效率提高。③改變塔的生產(chǎn)能力壓力增加，組份的重度增大，塔的處理能力增大。④塔壓的波動(dòng)這將引起溫度和組成間對(duì)應(yīng)關(guān)系的混亂。我們?cè)诓僮髦薪?jīng)常以溫度作為衡量產(chǎn)品質(zhì)量的間接標(biāo)準(zhǔn)，但這只有在塔壓恒定的前提下才是正確的。當(dāng)塔壓改變時(shí)，混合物的泡點(diǎn)、露點(diǎn)發(fā)生變化，引起全塔的溫度發(fā)生改變，溫度和產(chǎn)品質(zhì)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系也將發(fā)生改變。 從以上分析可看出，改變操作壓力，將改變整個(gè)塔的操作情況，因此在正常操作中應(yīng)維持恒定的壓力（工藝指標(biāo)），只有在塔的正常操作受到破壞時(shí)，才可根據(jù)以上的分析，在工藝指標(biāo)允許的范圍內(nèi)，對(duì)塔的壓力進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)。應(yīng)該指出，在精餾操作過(guò)程中，進(jìn)料量、進(jìn)料組成和進(jìn)料溫度的改變，塔釜加熱蒸汽量的改變，回流量、回流溫度和冷劑壓力（對(duì)內(nèi)回流塔而言）的改變以及塔的堵塞等，都可能引起塔壓的波動(dòng)，此時(shí)應(yīng)首先分析引起塔壓波動(dòng)的原因，及時(shí)處理，使操作恢復(fù)正常。 （2）進(jìn)料量的變化對(duì)精餾塔精餾段操作的影響 進(jìn)料流量是上工序的出料，因此，通常不可控但可測(cè)，當(dāng)進(jìn)料流量較大時(shí)，對(duì)精餾塔的操作會(huì)造成很大的影響。進(jìn)料流量影響物料平衡，也影響能量平衡。因此，控制策略應(yīng)保持流量的基本恒定。 進(jìn)料成分影響物料平衡和能量平衡，但進(jìn)料成分通常不可控，多數(shù)情況下也難于測(cè)量。因此，控制策略是盡量控制上一工序的操作，從外圍著手，使進(jìn)料成分能夠保持恒定，減小其變化對(duì)精餾塔操作的影響。 （3）進(jìn)料組份的變化對(duì)精餾塔精餾段操作的影響 進(jìn)料組份的變化直接影響精餾塔精餾段的操作，當(dāng)進(jìn)料中重組份的濃度增加時(shí)，精餾段的負(fù)荷增加。對(duì)于固定了精餾段塔板數(shù)的塔來(lái)說(shuō)，將造成重組份帶到塔頂，使塔頂產(chǎn)品質(zhì)量不合格。 若進(jìn)料中輕組份的濃度增加時(shí)，此時(shí)精餾段的負(fù)荷增加。對(duì)于固定了提餾段塔板數(shù)的塔來(lái)說(shuō)，將造成提餾段輕組份蒸出不完全，釜液中輕組份的損失加大。同時(shí)，進(jìn)料組成的變化還將引起全塔物料平衡和工藝條件的變化。組份變輕，則塔頂餾份增加，釜液排出量減少。此時(shí)，全塔溫度下降，塔壓升高。組成變重，情況相反。進(jìn)料組成變化時(shí)，可采取如下措施：①改進(jìn)料口 組成變重時(shí)，進(jìn)料口往下改；組成變輕時(shí)，進(jìn)料口往上改。②改變回流比 組成變重時(shí)，加大回流比；組成變輕時(shí)，減少回流比。 ③調(diào)節(jié)冷劑和熱劑量 根據(jù)組成的變動(dòng)情況，相應(yīng)地調(diào)節(jié)塔頂冷凝器的冷劑和塔釜熱劑量，維持塔頂及塔底產(chǎn)品質(zhì)量不變。 （4）進(jìn)料溫度的變化對(duì)精餾塔精餾段操作的影響進(jìn)料溫度的變化對(duì)精餾操作的影響是很大的?？偟膩?lái)講，進(jìn)料溫度降低，將增加塔底蒸發(fā)釜的熱負(fù)荷，減少塔頂冷凝器的冷負(fù)荷；進(jìn)料溫度升高，則增加塔頂冷凝器的冷負(fù)荷，減少塔底蒸發(fā)釜的熱負(fù)荷。當(dāng)進(jìn)料溫度的變化幅度過(guò)大時(shí)，通常會(huì)影響整個(gè)塔身的溫度，從而改變汽液平衡組成。例如：在進(jìn)料溫度過(guò)低，塔釜的加熱蒸汽量沒有富裕的情況下，將會(huì)使塔底餾分中輕組分含量增加。 進(jìn)料溫度的的改變，意味著進(jìn)料狀態(tài)的改變，而進(jìn)料狀態(tài)的改變將影響精餾段、提餾段負(fù)荷的改變，進(jìn)而產(chǎn)品質(zhì)量、物料平衡都將發(fā)生改變。因此，進(jìn)料溫度是影響精餾塔操作的重要因素之一。 （5）回流比的大小對(duì)精餾塔精餾段操作的影響 操作中以改變回流比的大小來(lái)保證產(chǎn)品的質(zhì)量。當(dāng)塔頂餾分中重組份含量增加時(shí)，常采用加大回流比的方法將重組份壓下去，以使產(chǎn)品質(zhì)量合格。當(dāng)精餾段的輕組份下到提餾段造成塔下部溫度降低時(shí)，可以用適當(dāng)減少回流比的辦法以使塔下部溫度提起來(lái)。增加回流比，對(duì)從塔頂?shù)玫疆a(chǎn)品的精餾塔來(lái)說(shuō)，可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，但是卻要降低塔的生產(chǎn)能力，增加水、電、汽的消耗?；亓鞅冗^(guò)大，將會(huì)造成塔內(nèi)物料的循環(huán)量過(guò)大，甚至能導(dǎo)致液泛，破壞塔的正常操作。 （6）塔頂冷劑量的大小對(duì)精餾塔精餾段操作的影響對(duì)采用內(nèi)回流操作的塔，其冷劑量的大小，對(duì)精餾操作的影響比較顯著；同時(shí)也是影響回流量波動(dòng)的主要因素。 對(duì)于采用外回流的塔，同樣會(huì)由于冷劑量的波動(dòng)，在不同程度上影響精餾塔的操作。例如，冷劑量減少，將使冷凝器的作用變差，冷凝液量減少，而在塔頂產(chǎn)品的液相采出量作定值調(diào)節(jié)時(shí)，回流量勢(shì)必減少。假如冷凝器還有過(guò)冷作用（即通常所稱的冷凝冷卻器）時(shí)，則冷劑量的減少，還會(huì)引起回流液溫度的升高。這些都會(huì)使精餾塔的頂溫升高，塔頂產(chǎn)品中重組份含量增多，質(zhì)量下降。 （7）塔頂采出量的大小對(duì)精餾塔精餾段操作的影響塔頂采出量的大小和該塔進(jìn)料量的大小有著相互對(duì)應(yīng)關(guān)系，進(jìn)料量增大，采出量應(yīng)增大。眾所周知，采出量只有隨進(jìn)料量變化時(shí)，才能保持塔內(nèi)固定的回流比，維持塔的正常操作，否則將會(huì)破壞塔內(nèi)的氣液平衡。例如，當(dāng)進(jìn)料量不變時(shí)，對(duì)采用內(nèi)回流的塔，若塔頂采出量增大，則回流比勢(shì)必減少，引起各板上的回流液量減少，氣液接觸不好，傳質(zhì)效率下降；同時(shí)操作壓力也將下降，各板上的氣液相組成發(fā)生變化。結(jié)果是重組分被帶到塔頂，塔頂產(chǎn)品的質(zhì)量不合格。 在強(qiáng)制回流的操作中，如果進(jìn)料量不變，塔頂采出量突然增大，則易造成回流液槽抽空?；亓饕阂恢袛啵敎鼐蜕?，這同樣也會(huì)影響塔頂產(chǎn)品質(zhì)量下降。如果進(jìn)料量加大，但塔頂采出量不變，其后果是回流比增大，塔內(nèi)物料增多，上升蒸汽速度增大，塔頂與塔釜的壓差增大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起液泛。由上述分析可以看出，精餾塔的主要干擾因素為進(jìn)料狀態(tài)，即進(jìn)料流量、進(jìn)料組分、進(jìn)料溫度。其中，進(jìn)料流量與進(jìn)料組分是不可控的，而進(jìn)料溫度可通過(guò)熱焓來(lái)控制。 精餾塔被控變量的選擇精餾塔被控變量的選擇，主要討論質(zhì)量控制中得被控變量的確定，以及檢測(cè)點(diǎn)的位置等問(wèn)題。通常，精餾塔的質(zhì)量指標(biāo)選取有兩類：直接的產(chǎn)品成分信號(hào)和間接的溫度信號(hào)。 （1）采用產(chǎn)品成分作為直接質(zhì)量指標(biāo) 以產(chǎn)品成分的檢測(cè)信號(hào)直接用作質(zhì)量控制的被控信號(hào)，應(yīng)該說(shuō)是最為理想的。過(guò)去，因成分參數(shù)在檢測(cè)上的困難，難以直接對(duì)產(chǎn)品成分信號(hào)進(jìn)行質(zhì)量控制。近年來(lái)，成分檢測(cè)儀表發(fā)展迅速，尤其是工業(yè)色譜的在線應(yīng)用，為以成分信號(hào)直接作為質(zhì)量控制的被控變量，創(chuàng)造了現(xiàn)實(shí)條件。 然而，因成分分析儀表受以下三方面的制約，至今在精餾塔質(zhì)量控制上成功地直接應(yīng)用還是為數(shù)不多的： ① 分析儀表的可靠性差； ② 分析測(cè)量過(guò)程滯后大，反應(yīng)緩慢； ③ 成分分析針對(duì)不同的產(chǎn)品組分，品種上較難一一滿足。 因此，目前在精餾操作中，溫度仍是最常用的間接質(zhì)量指標(biāo)。 （2）采用溫度作為間接質(zhì)量指標(biāo) 溫度作為間接質(zhì)量指標(biāo)，是精餾塔質(zhì)量控制中應(yīng)用最早也是目前最常見的一種。對(duì)于一個(gè)二元組分精餾塔來(lái)說(shuō)，在一定的壓力下，沸點(diǎn)和產(chǎn)品的成分有單值的對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此，只要塔壓恒定，塔板的溫度就反應(yīng)了成分。 控制方案的設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)一般情況下都能滿足正常生產(chǎn)的要求，但是當(dāng)對(duì)象滯后較大，負(fù)荷和干擾變化比較劇烈而頻繁，或是工藝對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量提出的要求很高時(shí)，采用單回路控制方法就不太有效，于是就出現(xiàn)了一種串級(jí)控制系統(tǒng)。串級(jí)控制系統(tǒng)為雙閉環(huán)或多閉環(huán)控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)內(nèi)環(huán)為副控對(duì)象，外環(huán)為主控對(duì)象。內(nèi)環(huán)的作用是將外部擾動(dòng)的影響在內(nèi)環(huán)進(jìn)行處理，而盡可能不使其波動(dòng)到外環(huán)，這就加快了系統(tǒng)的快速性并提高了系統(tǒng)的品質(zhì)，因此串級(jí)控制系統(tǒng)中選擇內(nèi)環(huán)時(shí)應(yīng)考慮其響應(yīng)速度要比外環(huán)響應(yīng)速度快得多。串級(jí)控制是改善調(diào)節(jié)質(zhì)量極為有效的方法，在過(guò)程控制中得到了廣泛的應(yīng)用。對(duì)精餾塔精餾段溫度串級(jí)控制系統(tǒng)引起出口溫度的因素很多：被加熱流量的和溫度的擾動(dòng)，壓力的波動(dòng)、熱質(zhì)的變化，回流量的擾動(dòng)等，而對(duì)這些擾動(dòng)單回路控制系統(tǒng)并不能把所有的干擾都包含進(jìn)去，不能是出口溫度穩(wěn)定在要求的值上，為解決上述滯后時(shí)間和控制要求之間的矛盾，保持出口流量溫度的恒定，可以通過(guò)溫度串級(jí)控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 串級(jí)控制系統(tǒng) 。串級(jí)控制在結(jié)構(gòu)上形成了兩個(gè)閉環(huán)，一個(gè)閉環(huán)在里面，成為內(nèi)環(huán)、副環(huán)或副控回路，其控制器稱為副控制器，在控制中起“粗調(diào)”作用；一個(gè)閉環(huán)在外面，成為外環(huán)、主環(huán)或主控回路，其控制器稱為主控制器，起“細(xì)調(diào)”作用，最終保證被控量滿足控制要求。主控制器的輸出作為副控制器的給定值，而副控制器的輸出則去控制被控對(duì)象。這種由兩個(gè)控制器串在一起控制一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)，稱為串級(jí)控制系統(tǒng)。作用在外環(huán)的擾動(dòng)稱為一次擾動(dòng)，作用在內(nèi)環(huán)的擾動(dòng)稱為二次擾動(dòng)[6]。 串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖與單回路控制系統(tǒng)相比，串級(jí)控制在結(jié)構(gòu)上增加量一個(gè)副控回路，正是由于副控回路的存在，使串級(jí)控制具有自己的特點(diǎn)。 ，能夠有效地克服進(jìn)入副控回路的二次干擾。與單回路控制系統(tǒng)相比，被控量受二次干擾的影響可以減至原來(lái)的1/100~1/10。 ，因此可以加大主控制器的增益，提高系統(tǒng)的工作頻率。 ，使串級(jí)系統(tǒng)的自適應(yīng)能力增強(qiáng)。 串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)