【正文】 而其中的氣態(tài)部分重新回到精餾塔中，這個過程就叫做回流。液相混合物就從塔底一部分進入到塔底產品冷卻器中，一部分進入再沸器，在再沸器中被加熱到泡點溫度重新回到精餾塔。塔里的混合物不斷重復前面所說的過程，而進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壓下進行。確定操作壓力時，必須根據所處理物料的性質，兼顧技術上的可行性和經濟上的合理性進行考慮。例如，采用減壓操作有利于分離相對揮發(fā)度較大組分及熱敏性的物料，但壓力降低將導致塔徑增加，同時還需要使用抽真空的設備。對于沸點低、在常壓下為氣態(tài)的物料，則應在加壓下進行蒸餾。當物性無特殊要求時，一般是在稍高于大氣壓下操作。但在塔徑相同的情況下，適當地提高操作壓力可以提高塔的處理能力。有時應用加壓蒸餾的原因，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）進料狀態(tài) 進料狀態(tài)與塔板數、塔徑、回流量及塔的熱負荷都有密切的聯系。在實際的生產中進料狀態(tài)有多種，但一般都將料液預熱到泡點或接近泡點才送入塔中，這主要是由于此時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，設置再沸器。有時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)組分的濃度應較低，因而塔板數稍有增加。采用直接蒸汽加熱時，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。對于苯甲苯溶液，~（表壓）。第3章 精餾塔精餾段溫度控制方案設計 概述 精餾塔的控制直接影響到工廠產品的質量、產量和能量的消耗，因此精餾塔的自動控制長期以來一直受到人們的高度重視。精餾塔是一個多輸入多輸出的對象，它有多級塔板組成，內在機理復雜，對控制要求較高。這些都給自動控制帶來一定的困難，同時各塔工藝結構特點千差萬別，這需要深入分析特性，結合具體塔的特點，進行自動控制方案設計和研究。精餾塔的控制最終目標是：在保證產品質量的前提下，使回收率最高，能耗最小，或使總收益最大。在這個情況為了更好實現精餾的目標就有了精餾段溫度控制系統的產生。 精餾過程是一個復雜的傳質傳熱過程，表現為：過程變量多，被控變量多，可操縱變量也多；過程動態(tài)和機理復雜，例如，非線性、時變、關聯；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，控制方案的適應面光等。 精餾塔精餾段的控制要求 精餾塔的控制目標是，在保證產品質量合格的前提下，使塔的總收益（利潤）最大或總成本最小。具體對一個精餾塔來說，需從四個方面考慮，設置必要的控制系統。 （1）產品質量控制塔頂產品合乎規(guī)定的純度，塔底成品維持在規(guī)定的范圍內。所謂產品的純度，就二元精餾來說，其質量指標是指塔頂產品中輕組分（或重組分）含量和塔底產品中重組分（輕組分）含分，塔頂產品的關鍵組分是易揮發(fā)的，稱為輕關鍵組分，塔底產品是不易揮發(fā)的關鍵組分，稱為重關鍵組分。（2） 物料平衡控制 進出物料平衡，即塔頂采出量應和進料量相平衡，維持塔的正常平穩(wěn)操作，以及上下工序的協調工作。物料平衡的控制是以回流罐與介于規(guī)定的上、下限之間為目標的。（3） 能量平衡控制 精餾塔精餾段的輸入、輸出能量應平衡，使塔內的操作壓力維持穩(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限制在約束條件之內。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，即塔內氣相速度過高時，霧沫夾帶十分嚴重，實際上液相將從下面塔板倒流到上面塔板，產生液泛，破壞正常操作。漏液限也稱最小氣相速度限，當氣相速度小于某一值時，將產生塔板漏液，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大，否則會影響塔內的氣液平衡，嚴重越限甚至會影響安全生產。臨界溫差限主要是指再沸器兩側間的溫差，當這一溫差低于臨界溫差時，給熱系數急劇下降，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分析 精餾塔精餾段的操作就是按照塔頂產品的組成要求來對這幾個影響因素進行調節(jié)。精餾操作過程的影響因素有以下幾方面：；；；；；；，防止對塔頂產品的數量和組成的影響。（1）精餾塔操作壓力的變化對精餾塔精餾段操作的影響塔的設計和操作都是基于一定的塔壓下進行的，因此一般精餾塔總是首先要保持壓力的恒定。塔壓波動對塔的操作將產生如下的影響。①影響產品質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果是：塔頂餾分中輕組分濃度增加，但數量卻相對減少；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，應保持恒定的壓力，但若因操作不正常，引起塔頂產品中重組分濃度增加時，則可采用適當提高壓力的辦法，使產品質量合格，但此時釜液中的輕組分損失增加。 ②改變組份間的相對揮發(fā)度壓力增加，組份間的相對揮發(fā)度降低，分離效率下降，反之，組份間的相對揮發(fā)度增加，分離效率提高。③改變塔的生產能力壓力增加，組份的重度增大，塔的處理能力增大。④塔壓的波動這將引起溫度和組成間對應關系的混亂。我們在操作中經常以溫度作為衡量產品質量的間接標準，但這只有在塔壓恒定的前提下才是正確的。當塔壓改變時，混合物的泡點、露點發(fā)生變化，引起全塔的溫度發(fā)生改變，溫度和產品質量的對應關系也將發(fā)生改變。 從以上分析可看出，改變操作壓力，將改變整個塔的操作情況，因此在正常操作中應維持恒定的壓力（工藝指標），只有在塔的正常操作受到破壞時，才可根據以上的分析，在工藝指標允許的范圍內，對塔的壓力進行適當的調節(jié)。應該指出，在精餾操作過程中，進料量、進料組成和進料溫度的改變，塔釜加熱蒸汽量的改變，回流量、回流溫度和冷劑壓力（對內回流塔而言）的改變以及塔的堵塞等，都可能引起塔壓的波動，此時應首先分析引起塔壓波動的原因，及時處理，使操作恢復正常。 （2）進料量的變化對精餾塔精餾段操作的影響 進料流量是上工序的出料，因此，通常不可控但可測，當進料流量較大時，對精餾塔的操作會造成很大的影響。進料流量影響物料平衡，也影響能量平衡。因此，控制策略應保持流量的基本恒定。 進料成分影響物料平衡和能量平衡，但進料成分通常不可控，多數情況下也難于測量。因此，控制策略是盡量控制上一工序的操作，從外圍著手，使進料成分能夠保持恒定，減小其變化對精餾塔操作的影響。 （3）進料組份的變化對精餾塔精餾段操作的影響 進料組份的變化直接影響精餾塔精餾段的操作，當進料中重組份的濃度增加時，精餾段的負荷增加。對于固定了精餾段塔板數的塔來說，將造成重組份帶到塔頂，使塔頂產品質量不合格。 若進料中輕組份的濃度增加時，此時精餾段的負荷增加。對于固定了提餾段塔板數的塔來說，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，進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，全塔溫度下降，塔壓升高。組成變重，情況相反。進料組成變化時，可采取如下措施：①改進料口 組成變重時，進料口往下改；組成變輕時，進料口往上改。②改變回流比 組成變重時，加大回流比；組成變輕時，減少回流比。 ③調節(jié)冷劑和熱劑量 根據組成的變動情況，相應地調節(jié)塔頂冷凝器的冷劑和塔釜熱劑量，維持塔頂及塔底產品質量不變。 （4）進料溫度的變化對精餾塔精餾段操作的影響進料溫度的變化對精餾操作的影響是很大的?？偟膩碇v，進料溫度降低，將增加塔底蒸發(fā)釜的熱負荷，減少塔頂冷凝器的冷負荷；進料溫度升高，則增加塔頂冷凝器的冷負荷，減少塔底蒸發(fā)釜的熱負荷。當進料溫度的變化幅度過大時，通常會影響整個塔身的溫度，從而改變汽液平衡組成。例如：在進料溫度過低，塔釜的加熱蒸汽量沒有富裕的情況下，將會使塔底餾分中輕組分含量增加。 進料溫度的的改變，意味著進料狀態(tài)的改變，而進料狀態(tài)的改變將影響精餾段、提餾段負荷的改變，進而產品質量、物料平衡都將發(fā)生改變。因此，進料溫度是影響精餾塔操作的重要因素之一。 （5）回流比的大小對精餾塔精餾段操作的影響 操作中以改變回流比的大小來保證產品的質量。當塔頂餾分中重組份含量增加時，常采用加大回流比的方法將重組份壓下去，以使產品質量合格。當精餾段的輕組份下到提餾段造成塔下部溫度降低時，可以用適當減少回流比的辦法以使塔下部溫度提起來。增加回流比，對從塔頂得到產品的精餾塔來說，可以提高產品質量，但是卻要降低塔的生產能力，增加水、電、汽的消耗?；亓鞅冗^大，將會造成塔內物料的循環(huán)量過大，甚至能導致液泛，破壞塔的正常操作。 （6）塔頂冷劑量的大小對精餾塔精餾段操作的影響對采用內回流操作的塔，其冷劑量的大小，對精餾操作的影響比較顯著；同時也是影響回流量波動的主要因素。 對于采用外回流的塔，同樣會由于冷劑量的波動，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，而在塔頂產品的液相采出量作定值調節(jié)時，回流量勢必減少。假如冷凝器還有過冷作用（即通常所稱的冷凝冷卻器）時，則冷劑量的減少，還會引起回流液溫度的升高。這些都會使精餾塔的頂溫升高，塔頂產品中重組份含量增多，質量下降。 （7）塔頂采出量的大小對精餾塔精餾段操作的影響塔頂采出量的大小和該塔進料量的大小有著相互對應關系，進料量增大，采出量應增大。眾所周知，采出量只有隨進料量變化時，才能保持塔內固定的回流比，維持塔的正常操作，否則將會破壞塔內的氣液平衡。例如，當進料量不變時，對采用內回流的塔，若塔頂采出量增大，則回流比勢必減少，引起各板上的回流液量減少，氣液接觸不好，傳質效率下降；同時操作壓力也將下降，各板上的氣液相組成發(fā)生變化。結果是重組分被帶到塔頂，塔頂產品的質量不合格。 在強制回流的操作中，如果進料量不變，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?，這同樣也會影響塔頂產品質量下降。如果進料量加大，但塔頂采出量不變，其后果是回流比增大，塔內物料增多，上升蒸汽速度增大，塔頂與塔釜的壓差增大，嚴重時會引起液泛。由上述分析可以看出，精餾塔的主要干擾因素為進料狀態(tài)，即進料流量、進料組分、進料溫度。其中，進料流量與進料組分是不可控的，而進料溫度可通過熱焓來控制。 精餾塔被控變量的選擇精餾塔被控變量的選擇，主要討論質量控制中得被控變量的確定，以及檢測點的位置等問題。通常，精餾塔的質量指標選取有兩類：直接的產品成分信號和間接的溫度信號。 （1）采用產品成分作為直接質量指標 以產品成分的檢測信號直接用作質量控制的被控信號，應該說是最為理想的。過去，因成分參數在檢測上的困難，難以直接對產品成分信號進行質量控制。近年來，成分檢測儀表發(fā)展迅速，尤其是工業(yè)色譜的在線應用，為以成分信號直接作為質量控制的被控變量，創(chuàng)造了現實條件。 然而，因成分分析儀表受以下三方面的制約，至今在精餾塔質量控制上成功地直接應用還是為數不多的： ① 分析儀表的可靠性差； ② 分析測量過程滯后大，反應緩慢； ③ 成分分析針對不同的產品組分，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量指標。 （2）采用溫度作為間接質量指標 溫度作為間接質量指標，是精餾塔質量控制中應用最早也是目前最常見的一種。對于一個二元組分精餾塔來說，在一定的壓力下，沸點和產品的成分有單值的對應關系，因此，只要塔壓恒定，塔板的溫度就反應了成分。 控制方案的設計單回路控制系統一般情況下都能滿足正常生產的要求，但是當對象滯后較大，負荷和干擾變化比較劇烈而頻繁，或是工藝對產品質量提出的要求很高時，采用單回路控制方法就不太有效，于是就出現了一種串級控制系統。串級控制系統為雙閉環(huán)或多閉環(huán)控制系統，控制系統內環(huán)為副控對象，外環(huán)為主控對象。內環(huán)的作用是將外部擾動的影響在內環(huán)進行處理，而盡可能不使其波動到外環(huán)，這就加快了系統的快速性并提高了系統的品質，因此串級控制系統中選擇內環(huán)時應考慮其響應速度要比外環(huán)響應速度快得多。串級控制是改善調節(jié)質量極為有效的方法，在過程控制中得到了廣泛的應用。對精餾塔精餾段溫度串級控制系統引起出口溫度的因素很多：被加熱流量的和溫度的擾動，壓力的波動、熱質的變化，回流量的擾動等，而對這些擾動單回路控制系統并不能把所有的干擾都包含進去，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，可以通過溫度串級控制系統來實現。 串級控制系統 。串級控制在結構上形成了兩個閉環(huán)，一個閉環(huán)在里面，成為內環(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”作用；一個閉環(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“細調”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象。這種由兩個控制器串在一起控制一個執(zhí)行機構的控制系統，稱為串級控制系統。作用在外環(huán)的擾動稱為一次擾動，作用在內環(huán)的擾動稱為二次擾動[6]。 串級控制系統方框圖與單回路控制系統相比，串級控制在結構上增加量一個副控回路，正是由于副控回路的存在，使串級控制具有自己的特點。 ，能夠有效地克服進入副控回路的二次干擾。與單回路控制系統相比，被控量受二次干擾的影響可以減至原來的1/100~1/10。 ，因此可以加大主控制器的增益，提高系統的工作頻率。 ，使串級系統的自適應能力增強。 串級控制系統的特點