【正文】 點(diǎn)，使得精餾塔的自動(dòng)控制問題成為過程控制界研究的。當(dāng)擾動(dòng)發(fā)生在副回路內(nèi)，例如液位發(fā)生波動(dòng)引起精餾段的溫度變化時(shí)，由于有副控回路的存在，液位調(diào)節(jié)器能及時(shí)地動(dòng)作，快速消除了擾動(dòng)的影響；當(dāng)擾動(dòng)發(fā)生在副控回路以外時(shí)，如物料、能量的轉(zhuǎn)輸變化引起精餾段的溫度變化，溫度調(diào)節(jié)器及時(shí)改變其輸出信號(hào)，由副控回路去改變流量，克服了擾動(dòng)。在這個(gè)計(jì)算機(jī)串級(jí)隨動(dòng)控制系統(tǒng)中，串級(jí)控制起到了及時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)中可能引起被控量發(fā)生變化的一些因素并加控制，閥位與流量得到了及時(shí)的調(diào)節(jié)，使塔溫的控制達(dá)到了良好的控制效果，并且使系統(tǒng)具有一定的自適應(yīng)能力，有效地解決了對(duì)象的等效純滯后時(shí)間很長的問題。如果液位是恒定的，只需測(cè)量實(shí)際溫度，并使其與溫度設(shè)定值相比較，利用二者的偏差控制管道上的閥門就能保持溫度的恒定。圖中TC表示溫度調(diào)節(jié)器，LC表示量調(diào)節(jié)器液位調(diào)節(jié)器，TC通常按PID調(diào)節(jié)規(guī)律，流量調(diào)節(jié)器按P調(diào)節(jié)規(guī)律。由于進(jìn)料量和進(jìn)料溫度對(duì)進(jìn)料餾段溫度影響較大。主調(diào)節(jié)器起定值控制作用，且主控參數(shù)允許波動(dòng)范圍很小，一般要求無余差，因此采用需要高精度的免疫PID控制器；由于回流量的變化能夠較快地反映在精餾段溫度變化上，且能夠通過閥門進(jìn)行控制，因此選擇回流罐的液位量控制作為串級(jí)控制的副控參數(shù)。對(duì)于一個(gè)既定的塔，進(jìn)料組分一定，和一定， 完全確定。為塔特性因子，V為上升蒸汽量，是由再沸器施加熱量來提高的。式中 F ，D，B——進(jìn)料、頂餾出液和底餾出液量；, , ——進(jìn)料、頂餾出液和底餾出液中輕組分含量。 精餾塔的基本：以二元簡單精餾為例，介紹物料平衡和能量平衡的基本關(guān)系。而回流量L的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，溫度稍有變化，即可通過調(diào)節(jié)回流量L加以控制，能夠很好的克服。有塔頂溫度控制、靈敏板溫度控制和中溫控制等類型。絕大多數(shù)精餾塔當(dāng)塔壓恒定時(shí)采用溫度作為間接質(zhì)量指標(biāo)。誤差較小。對(duì)于多元精餾塔．由于石油化工過程中精餾產(chǎn)品大多數(shù)是碳?xì)浠衔锏耐滴?。串?jí)控制系統(tǒng)在改善復(fù)雜控制系統(tǒng)的控制指標(biāo)方面具有較大的優(yōu)勢(shì)。 精餾塔精餾段溫度串級(jí)系統(tǒng)的原理與結(jié)構(gòu)單回路控制系統(tǒng)能解決工業(yè)過程自動(dòng)化過程的大量參數(shù)定值控制問題。當(dāng)副被控變量是流量時(shí)，未引入流量副回路，控制閥的回差、閥前壓力的波動(dòng)都會(huì)影響到操縱變量的流量，使它不能與主控制器輸出信號(hào)保持嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系。串級(jí)控制系統(tǒng)就其主回路來看，它是一個(gè)定值控制系統(tǒng)，但其副回路對(duì)主調(diào)節(jié)器來說，卻是一個(gè)隨動(dòng)控制系統(tǒng)，主調(diào)節(jié)器能夠根據(jù)對(duì)象操作條件和負(fù)荷的變化情況不斷糾正副調(diào)節(jié)器的給定值，以適應(yīng)操作條件和負(fù)荷的變化。串級(jí)控制對(duì)克服容量滯后大的對(duì)象特別有效。表現(xiàn)更為突出。由于主回路的存在，進(jìn)入副回路的干擾影響大為減小。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，可以通過溫度串級(jí)控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。通常，先根據(jù)測(cè)算，確定靈敏板的大致位置，然后在它附近設(shè)置多個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行中得情況，從中選擇最佳的測(cè)量點(diǎn)作為。所謂靈敏板，是當(dāng)塔收到干擾或控制作用時(shí)，塔內(nèi)各板的組分都將發(fā)生變化，隨之各塔板的溫度也將發(fā)生變化，當(dāng)達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)時(shí)，溫度變化最大的那塊塔板，即稱為靈敏板。因?yàn)樵诜蛛x比較純的產(chǎn)品時(shí)，鄰近塔兩端的各板之間溫差時(shí)很小的，這時(shí)塔頂?shù)臏囟瘸霈F(xiàn)稍許的變化，產(chǎn)品質(zhì)量就可能超出允許的范圍，因而必須要求溫度檢測(cè)裝置有很高的精度與靈敏度，才能滿足控制系統(tǒng)的要求。① 溫度點(diǎn)的位置通常，若希望保持塔頂產(chǎn)品質(zhì)量符合要求，也就是頂部鎦出物為主要產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)把間接反映質(zhì)量的溫度檢測(cè)點(diǎn)放在塔頂，構(gòu)成所謂精餾段溫控系統(tǒng)。 （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。 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。過去，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。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)。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。 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。 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。（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。假如冷凝器還有過冷作用（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。 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?；亓鞅冗^大，將會(huì)造成塔內(nèi)物料的循環(huán)量過大，甚至能導(dǎo)致液泛，破壞塔的正常操作。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。（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保證產(chǎn)品的質(zhì)量。 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。當(dāng)進(jìn)料溫度的變化幅度過大時(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。（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。進(jìn)料組成變化時(shí)，可采取如下措施：此時(shí)，全塔溫度下降，塔壓升高。 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。對(duì)于固定了提餾段塔板數(shù)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。（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。 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。進(jìn)料流量影響物料平衡，也影響能量平衡。應(yīng)該指出，在精餾操作過程中，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。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。 這將引起溫度和組成間對(duì)應(yīng)關(guān)系的混亂。 ④塔壓的波動(dòng) 壓力增加，組份的重度增大，塔的處理能力增大。③改變塔的生產(chǎn)能力 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。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。 塔壓波動(dòng)對(duì)塔的操作將產(chǎn)生如下的影響。精餾操作過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。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。防止液泛和漏液，可以塔壓降和壓差來監(jiān)視氣相速度。所謂液泛限，也稱氣相速度限，即塔內(nèi)氣相速度過高時(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。 （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)。物料平衡的控制是以冷凝液罐（回流罐）與塔釜液位一定（介于規(guī)定的上、下限之間）為目標(biāo)的。所謂產(chǎn)品的純度，就二元精餾來說，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。 （1）產(chǎn)品質(zhì)量控制塔頂或塔底產(chǎn)品之一合乎規(guī)定的純度，另一端成品維持在規(guī)定的范圍內(nèi)。 精餾塔的控制要求 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）最大或總成本最小。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。這些都給自動(dòng)控制帶來一定的困難，同時(shí)各塔工藝結(jié)構(gòu)特點(diǎn)千差萬別，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)控制長期以來一直受到人們的高度重視。最終，完成苯與甲苯的分離。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。因?yàn)楸患訜岬脚蔹c(diǎn)，混合物中既有氣相混合物，又有液相混合物，這時(shí)候原料混合物就分開了，氣相混合物在精餾塔中上升，而液相混合物在精餾塔中下降。為此，精餾過程必須具備使塔釜加熱汽化的設(shè)備(再沸器)和使塔頂蒸汽冷凝的設(shè)備。所以，多次部分汽化，同時(shí)又把產(chǎn)生的蒸汽多次部分吸收冷凝是精餾的基礎(chǔ)。 苯一甲苯氣液相平衡溫度濃度曲線 由上述討論可見，部分汽化或部分冷凝之所以能起到部分分離的作用，其基本依據(jù)仍然是溶液中兩組分的揮發(fā)性能之間的差異。而完全汽化則不能使溶液的濃度改變，起不到分離作用。若繼續(xù)加熱到日點(diǎn)或日點(diǎn)以上，則稱為全部汽化過程。若繼續(xù)加熱至，蒸汽成為過熱蒸汽，隨著溫度升高，濃度保持不變。如繼續(xù)加熱，且不從物系中取走物料，當(dāng)溫度升高到時(shí)，則在共存的汽、液兩相中，液相的濃度為，蒸汽相的濃度為與成平衡的，且。液相線以下的區(qū)域是液相區(qū)；氣相線以上，溶液全部汽化，稱為過熱蒸汽區(qū)；兩線之間為汽、液兩相共存區(qū)，溶液處于任一點(diǎn)時(shí)，都可以分為相互平衡的汽、液兩相。以苯與甲苯混合液為例，若以溫度為縱坐標(biāo)，液相或氣相中苯的濃度為橫坐標(biāo)，將苯一甲苯氣液相平衡數(shù)據(jù)繪成曲線。但對(duì)于處在相平衡下的溶液，則把平衡溫度稱為在該壓力下某氣相濃度的露點(diǎn)溫度或?qū)?yīng)的液相濃度的泡點(diǎn)溫度。一般情況下，氣相中的低沸點(diǎn)組分的濃度高于它在液相中的數(shù)值。高沸點(diǎn)組分的濃度越高，溶液平衡溫度越高。但對(duì)于多組分的理想溶液來說，在恒定壓力下，沸騰溶液的溫度卻是可變的。精餾過程本質(zhì)上是一種傳質(zhì)過程，也伴隨著傳熱。精餾的分類方法較多，常見的有以下幾種分類方法：①按需分離組分的不同來分，可分為二元精餾及多元精餾；②按精餾塔的結(jié)構(gòu)來分，可分為板式塔和填料塔；⑨按精餾操作的連續(xù)性來分，可分為間歇精餾及連續(xù)精餾；④按精餾操作壓力來分，可分為常壓精餾、加壓精餾及減壓精餾：⑤按混合物重組分的揮發(fā)度來分，可分為一般精餾與特殊精餾，其中特殊精餾又分為萃取精餾與共沸精餾。并和精餾塔內(nèi)上升的蒸汽在各層塔板上進(jìn)行充分接觸，從而進(jìn)行傳熱、傳質(zhì)過程：③向F流的液體到達(dá)塔釜之后，部分被連續(xù)引出從而成為塔底產(chǎn)品。石油化工行業(yè)中的精餾裝置大多采取的是連續(xù)運(yùn)行的方式。第2章 精餾塔的工藝流程 精餾原理 所謂精餾，就是把一定濃度的溶液送到精餾裝置中，使之不斷進(jìn)行部分冷凝和部分汽化，在塔頂及塔底均得到預(yù)期產(chǎn)品的一種操作過程。本設(shè)計(jì)所選的塔設(shè)備為浮閥板式塔，浮閥塔盤操作時(shí)的氣液流程和泡罩塔相似；蒸氣自閥孔上升，頂開閥片，穿過環(huán)形縫隙，以水平方向吹入液層，形成泡沫。在常壓塔中每層塔盤的壓力降一般為400～。因此塔板效率較高，一般情況下比泡罩塔高15％左右。它的操作彈性為3～5，比篩板和舌形塔盤大得多。因此浮閥塔盤的生產(chǎn)能力可比圓形泡罩塔盤提高20％～40％。浮閥塔之所以廣泛應(yīng)用，是由于它具有下列特點(diǎn)。塔徑從200mm到6400mm，使用效果均較好。但在處理粘稠度大的物料方面，又不及泡罩塔可靠。浮閥塔是在泡罩塔的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它主要的改進(jìn)是取消了升氣管和泡罩，在塔板開孔上設(shè)有浮動(dòng)的浮閥，浮閥可根據(jù)氣體流量上下浮動(dòng)，自行調(diào)節(jié)，使氣縫速度穩(wěn)定在某一數(shù)值。20世紀(jì)50年代起，浮閥塔已大量用于工業(yè)生產(chǎn)，以完成加壓、常壓、減壓下的精餾、吸收、脫吸等傳質(zhì)過程。 本設(shè)計(jì)所選的板式塔的塔型及其特點(diǎn)板式塔是分級(jí)接觸型氣液傳質(zhì)設(shè)備，種類繁多。事實(shí)上，對(duì)于現(xiàn)有的任何一種塔型，都不可能完全滿足上述的所有要求，僅是在某些方面具有獨(dú)到之處。這可以減少基建過程中的投資費(fèi)用。對(duì)于減壓蒸餾操作，較大的壓力降還將使系統(tǒng)無法維持必要的真空度。 （3） 流體流動(dòng)的阻力小，即流體通過塔設(shè)備的壓力降小。當(dāng)塔設(shè)備的氣（汽）液復(fù)合量有較大的波動(dòng)時(shí)，仍能在較高的傳質(zhì)效率下進(jìn)行穩(wěn)定的操作。在較大的氣（汽）液流速下，仍不致發(fā)生大量的霧沫夾帶、攔液或液泛等破壞正常操作的現(xiàn)象。此外，為了滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要，塔設(shè)備還得考慮下列各項(xiàng)要求。 在塔頂設(shè)置吊柱是為了在安裝和檢修時(shí)，方便塔內(nèi)件的運(yùn)送。 塔設(shè)備的運(yùn)輸和安裝，特別是在設(shè)備大型化后，往往是工廠基建工地上一項(xiàng)舉足輕重的任務(wù)。 人孔和手孔一般都是為了安裝、檢修檢查和裝填填料的需要而設(shè)置的。 塔設(shè)備的接管是用以連接工藝管路，把塔設(shè)備與相關(guān)設(shè)備連成系統(tǒng)。 除沫器用于捕集夾帶在氣流中的液滴。為此，它應(yīng)當(dāng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，能承受各種操作情況下的全塔重量，以及風(fēng)力、地震等引起的載荷。 塔體支座是塔體安放到基礎(chǔ)上的連接部分。塔體除滿足工藝條件（如溫度、壓力、塔徑和塔高等）下的強(qiáng)度、剛度外，還應(yīng)考慮風(fēng)力、地震、偏心載荷所引起的強(qiáng)度、剛度問題，以及吊裝、運(yùn)輸、檢驗(yàn)、開停工等的影響。常見的塔體是由等直徑、等壁厚的圓筒和作為頭蓋和低蓋的橢圓形封頭所組成。 塔設(shè)備的構(gòu)件，除了種類繁多的各種內(nèi)件外，其余構(gòu)件則是大致相同的。人們又按板式塔的塔盤結(jié)構(gòu)和填料塔所用的填料，細(xì)分為多種塔型。 在填料塔中，塔內(nèi)裝填一定段數(shù)和一定高度的填料層，液體沿填料表面呈膜狀向下流動(dòng)，作為連續(xù)相的氣體自下