在了解了精餾塔的操作要求和影響因素之后,余下的問題就是如何確定精餾塔的控制方案。首先簡述設置精餾塔控制方案的基本觀點。為簡化討論,只談及頂部和底部產品均為液相的且沒有側線采出的情況。由于精餾塔的控制方案繁多,泗陽酒精精餾塔,只按這些基本觀點選擇具有代表性的、常見的控制方案作出介紹。
1.設置精餾塔控制方案的基本觀點
1按物料及能量平衡關系進行控制
對于一個實際操作的二元精餾塔,在進料成分一定時,只要把d/f和v/f調節一定;且頂部回流罐液位調節以---回流按照l=vr-d的關系保持一定;底部產品流量b在液位調節作用下也可以---b=f-d的物料平衡關系,那么該塔的產品就能得到控制。需-,由于能量關系因素v主要取決于再沸器加熱量,但也取決于進料和回流的熱焓。當回流溫度恒定時,只須考慮進料設置溫度或熱焓自動調節系統。于是可保持再沸器的蒸汽量一定,就相當于塔內上升蒸汽量v一定了。考慮到因冷凝器冷卻量和環境等擾動因素而使能量平衡可能破壞,從而使塔壓變化,因此在塔頂設置壓力調節系統。對于d/f和v/f的控制,由頂部產品量d、再沸器加熱蒸汽量和進料量f分別組成比值控制系統。若考慮到動態關系,可添加補償環節,一般采用-滯后環節。
2設置調節系統
實際上根據精餾塔靜態特性考慮的按物料和能量平衡關系控制的方案,在具體應用時 很難---產品的,酒精精餾塔,僅在產品指標并不嚴格的情況下才能使用。為了使產品符合一定的指標,就必須在上述控制方案的基礎上設置反饋系統,采用再沸器加熱量及頂部產品量或回流量等作為調節參數,以克服進料成分變化等擾動對產品成分的影響,使產品合格。對于一個精餾塔來講,塔頂產品和塔底產品的調節系統之間是相互關聯的,當相互影響---時,不能達到預定的控制目的,此時可采用解耦控制以減少或消除它們之間的相關影響。對于二元精餾塔可只采用頂部產品反饋,底部產品反饋可不用。
3靜態和動態響應
滿足靜態特---的精餾塔控制方案很多、即一個被調參數在不同控制方案中可以用不同的調節參數控制。從調節理論可知,所選擇的調節參數使得被調參數的靜態增益越大,控制系統的靜態靈敏度越高,克服外部擾動的效果也越好。但如果該調節參數的調節通道的時間常數太大,則從動態上看,控制系統的響應就不夠快速,從而不能及時克服外部擾動。因此,必須從靜態響應和動態響應兩方面綜合考慮來確定調節參數和選擇控制方案。當方案選取時,由于客觀條件不得不采用靈敏度較高但動態響應緩慢的控制回路時,則應當考慮---的動態補償。
4考慮控制系統間的相關影響
在指標調節中,談及了頂部產品和底部產品反饋系統之間的相關問題。同樣的問題在一個精餾塔的控制中也存在。精餾塔是一個多變量的調節對象,往往設有多個控制系統。在這些系統之間有可能產生相互關聯的影響。當相關影響---時,可以使精餾塔的操作系統失去穩定。解決的方案一是可選取相關影響較小的系統,通過對各控制回路間相關影響的定量分析方法來選取;二是對于選取的具有相關影響的控制系統,可通過整定調節器參數把控制回路的工作頻率拉開的方法減少相關;或者采用解耦控制。需-的是,此時不僅要考慮到系統的靜態特性,也需要考慮其動態影響。
5考慮整個工藝生產過程的平穩操作
由于精餾塔往往是生產過程中的一個環節,因此不僅---工序的操作情況要影響精餾塔的操作,酒精精餾塔生產廠家,而且它的產品產量和成分變化也要影響到后一工序的操作。于是在設置精餾塔的控制方案時,酒精精餾塔廠家,必須協調前后工序的關系。在某些考慮前后工序關系的整個生產過程的控制中可以采用逆流向物料平衡控制方案。這種控制方案中,---工序的調節是根據后一工序的需要而定的。例如在精餾塔中,可根據后一工序對頂部產品量的需要改變產品餾出液量,而餾出液量的變化會引起回流罐的液位變化,可通過液位調節改變塔的進料量來實現。這種逆流向方案,可使整個生產過程穩定并可減少回流罐等中間容器的容積。
6塔壓調節與浮動壓力操作
在精餾塔的自動控制中,保持塔壓恒定是穩定操作的條件。這主要是由兩方面的因素決定的,一是壓力的變化將引起塔內氣相流量和塔頂上汽液平衡條件的變化,導致塔內物料平衡的變化。二是由于混合組分的沸點和壓力間存在一定的關系,而塔板的溫度間接反映了物料的成分。因此,壓力恒定是---物料平衡和產品的先決條件。在精餾塔的控制中,往往都設有壓力調節系統,來保持塔內壓力的恒定。
而在采用成分分析用于產品控制的精餾塔控制方案中,則可以在可變壓力操作下用溫度調節或對壓力變化補償的方法實現控制。其做法是讓塔壓浮動于冷凝器的約束,而使冷凝器始終接近于滿負荷操作。這樣,當塔的處理量下降而使熱負荷降低或冷凝器冷卻介質溫度下降時,塔壓將維持在比設計要求低的數值。壓力的降低可以使塔內被分離組分間的揮發度增加,這樣使單位處理量所需的再沸器加熱量下降,節省能量,提高經濟效益。同時塔壓的下降使同一組分的平衡溫度下降,再沸器兩側的傳熱溫度增加,提高了再沸器的加熱能力,減輕再沸器的結垢。浮動壓力操作可以---提高精餾生產的經濟效益。但是由于塔壓的波動會產生精餾塔的不平穩擾動。因此在實際生產中,采用不多。
7根據熱力學觀點等選取節約能量的方案
在精餾塔的自動控制中,調節作用幾乎都是通過調節閥改變流體流量來實現的。從熱力學觀點來看,調節閥的節流過程是一個近乎等焓的過程。在這個過程中熵將增加,熵的增加意味著消耗了有用功。調節閥前后的壓力降就是損失的功的度量。因此,為了節省能量,減少有用功的損失,應使調節閥前后壓降盡可能減少,這是控制方案的選擇中一個值得注意的問題。為了節約能量消耗,在精餾塔控制中還可采用其他許多措施,在具體方案中避免安排某些能量消耗高的調節系統,采用浮動壓力控制以及產品較嚴格地控制它的規格值,從而使塔的能耗量1小、成本1低及利潤1大。
通過以---析,可以看出,在精餾塔的操作過程中,影響其指標的主要干擾有以下幾種:
l進料流量f的波動
進料量指進入精餾塔物料的量,它的波動通常很難避免。對于獨立的或位于整個生產過程的起點的精餾塔控制可采用定值控制,則可使進料流量保持恒定。但是,在一個連續的生產過程中,精餾塔的處理量往往是上一工序的產出量。如果一定要使進料量恒定,勢---設置很大的中間貯槽進行緩沖。二是采取在上一工序設置液位均勻控制系統來控制出料,使塔的進料流量f波動比較平穩,從而避免劇烈的變化。
2進料成分zf的變化
進料成分取決于上一工序出料或原料情況,對精餾塔的控制系統來講,它是不可控的干擾。而針對進料成分的較大變化,則必須重新設置控制變量。
3進料溫度 tf及進料熱量 qf的變化
進料溫度通常是較為恒定的。假如不恒定,進料溫度和進料熱量的變化會影響到塔的焓平衡,因此必須保持進料溫度的恒定。工業上往往先將進料預熱,通過溫度控制系統來使進料溫度恒定。這對于進料狀態全部是汽態或全部是液態時,可以保持進料熱焓一定。當進料是汽液混相狀態時,則只有當汽液兩相的比例恒定時,進料熱焓才能恒定,---時應設置熱焓控制的環節來維持。
4再沸器加熱劑熱量的變化
當加熱劑是蒸汽時,加入熱量的變化往往是由蒸汽壓力的變化引起的。可以通過蒸汽總管設置壓力控制系統來加以克服,或者在串級控制系統的副回路中予以克服。
5冷卻劑入口溫度及閥前壓力的變化
冷卻劑量的變化會影響到回流量或回流溫度,它的變化主要是由于冷卻劑的壓力或溫度變化引起的。對于這類干擾,以閥前壓力波動影響較大,控制中用壓力控制系統加以克服。
6環境溫度的變化
精餾塔操作的環境溫度的變化一般不大,但在采用風冷器作冷凝器時,則天氣驟變與晝夜溫差,對塔的操作影響較大,它會使回流量或回流溫度變化。為此,應采用內回流控制的方法予以克服。內回流通常是指精餾塔的精餾段內上一層塔盤向下一層塔盤流下的液體量,一般要控制內回流為恒定量或按某一規律變化的操作。
由上述分析可以看出,進料流量和進料成分的波動是精餾塔操作的主要干擾,這個干擾往往不可控。
精餾過程中消耗的能量,主要是再沸器的加熱量和冷凝器的冷卻量消耗;此外,塔和附屬設備及管線也要散失部分能量。
在一定的純度要求下,增加塔內的上升蒸汽是有利于提高產品回收率的;同時也意味著再沸器的能量消耗要增大。且任何事物總是有一定限度的。在單位進料量的能耗增加到一定數值后,再繼續增加塔內的上升蒸汽,則產品回收率就增長不多了。應當-精餾塔的操作情況,必須從整個經濟效益來衡量。在精餾操作中,指標、產品回收率和能量消耗均是要控制的目標。其中是---條件,在指標一定的條件下應在控制過程中使產品的產量盡可能提高一些,同時能量消耗盡可能低一些。