關于精餾塔與自動控制，那些你可能還不知道的事兒！

在化工領域里，精餾塔是一種常見的用來分離提純相關組分的設備，而計算機技術的應用使得精餾塔的控制實現自動化，促進了工藝的優化。隨著科技的不斷進步以及質量體系促使的工藝技術日益嚴格精細化，傳統的操作方式已經變得越來越無法滿足現今行業要求的高效率與高質量。為解決上述缺陷，實現精細有效化的對體系溫度的掌控，采用計算機來實現的自動化溫度控制系統，經過相應的改裝調試后運用到精餾分離的過程中。

一、精餾塔（Rectification?Tower）

      精餾塔是進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型。根據操作方式又可分為連續精餾塔與間歇精餾塔。

1.簡介（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度不同（相對揮發度，α）的特性，實現分離目的的單元操作。蒸餾按照其操作方法可分為：簡單蒸餾、閃蒸、精餾和特殊精餾等。?

?b、過程簡述（Introduction?of?procedure）?

?     蒸氣由塔底進入。蒸發出的氣相與下降液進行逆流接觸，兩相接觸中，下降液中的易揮發(低沸點)組分不斷地向氣相中轉移，氣相中的難揮發(高沸點)組分不斷地向下降液中轉移，氣相愈接近塔頂，其易揮發組分濃度愈高，而下降液愈接近塔底，其難揮發組分則愈富集，從而達到組分分離的目的。由塔頂上升的氣相進入冷凝器，冷凝的液體的一部分作為回流液返回塔頂進入精餾塔中，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，加熱蒸發成氣相返回塔中，另一部分液體作為釜殘液取出。??

c、存在問題（Problems?existent）??????

      然而，縱觀化工工藝過程，整個冷凝體系的溫度控制很難實現精細化。這會造成部分物質以及雜質表現出來的物化性質難以區分。即需要體系中不可避免的混入了其他雜質的，無疑整個精餾分離過程的目的大打折扣。針對這種情況，實際生產中往往采取提升系統溫度的辦法來解決，但另一方面溫度越高時則一些有用物質會呈現難以完全冷凝回流的狀況，進而分離效果的產量下降。

2.解決方法（Solution）??????

      根據精餾原理以及對過程的分析，溫度控制的精細程度決定了精餾效果的好壞。在實際生產的實施過程，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致偏離所需要目標的結果，因此精細準確的自動化系統條件控制無論是在工藝效率實現還是整個的質量體系都扮演相當重要的角色。

二、自動控制（Automatic?Control）

1.概念（Concept）??????

      指在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設備或裝臵，使機器、設備或生產過程的某個工作狀態或參數自動地按照預定的規律運行。自動控制是相對人工控制而言的。

?2.應用（Application）

      反饋調節是自動控制的核心，例如溫度自動控制就是將溫度作為輸出量，用來調節加熱與散熱，從而達到溫度恒定的目的。將自動控制用于精餾塔的溫度調節，可以大大提高精餾的效率及質量。精餾塔頂部的冷凝體系溫度由溫控制系統監測，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。系統設定一定的監測溫度線，如果體系溫度出現異常超過限制，則自動監測控溫系統中會自動調整，重新設臵溫度以及改變適宜的組分回流比來快速解決如果精餾塔端蒸汽體系的溫度超過控制范圍，即體系里未凝潔物質比率上升，這時總系統快捷改變溫度、并減低回流比。反之亦然，自動控制系統會調節體系始終保證在恒定適宜的條件下進行精餾過程。這樣，冷凝器控制的操作完全由自動化的程序實現精細準確的監控，避免人工來改變體系溫度以及回流比，最終實現產品質量的最優化。

三、精餾塔與自動控制（Rectification?Tower?and?Automatic?Control）??

1.自動化控制下的氣液平衡??????

      精餾工序的操作本質是三個化學平衡的體現，分別為物料、相態以及熱平衡，它們緊密牽連。如蒸汽壓力改變時，會很快改變塔底的實際蒸發量，直接導致體系內熱非平衡，氣液相態亦隨之不均衡。故生產過程的關鍵在于熱量與蒸汽量的平衡狀態。在其他不變的條件下流速與蒸發量以及精餾塔的塔差成正比，依此可通過改變精餾塔兩端的壓力實現對蒸發量的控制。自動系統過程中采取進料量和塔釜壓力相串級的方式，塔底壓力電子信號會傳遞至流量調節閥系統，調節閥會自動化調整流量。進料量的實時最適變化可以達到塔釜壓力的相對穩定，避免了整個過程的最終分離效果受到的進料量波動影響。?

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，稱為精餾段溫控。適用于對塔頂產品質量要求高或是氣相進料的場合。調節手段是根據靈敏板溫度，適當調節回流比。例如，靈敏板溫度升高時，則反映塔頂產品組成Zn下降，故此時發出信號適當增大回流比，使XD上升至合格值時，靈敏板溫度降至規定值。??

（2）提餾段溫控靈敏板取在提餾段的某層塔板處，稱為提餾段溫控。適用于對塔底產品要求高的場合或是液相進料時，其采用的調節手段是根據靈敏板溫度，適當調節再沸器加熱量。例如，當靈敏板溫度下降時，則反映釜底液相組成Xw變大，釜底產品不合格，故發出信號適當增大再沸器的加熱量，使釜溫上升，以便保持工作的規定值。

（3）溫差控制當原料液中各組成的沸點相近，而對產品的純度要求又較高時不宜采用一般的溫控方法，而應采用溫差控制方法。溫差控制是根據兩板的溫度變化總是比單一板上的溫度變化范圍要相對大得多的原理來設計的，采用此法易于保證產品純度，又利于儀表的選擇和使用。

3.應用實例??????

      PVC工業化的生產過程中精餾工序是通過高低沸塔來實現的，其中最關鍵的技術在于精餾塔頂部冷凝器體系溫度的精細化控制，這也是整個PVC工業化生產的瓶頸部分。隨著技術的發展，將自動化控制系統裝配于PVC精餾工序的冷凝工段，以實際數據來看比之常規手段有明顯優勢。

a、VC低沸塔體系??????

      VC低沸體系是用來分離沸點低于VC的乙炔等組分。實際情況中往往因為兩者在一些性質方面表現的較相同，且液相的乙炔組分能夠與氯乙烯液相體系相混溶，這樣實際的低沸分析目的不能高效實現。根據實際情況，采取在冷凝器系統裝配上計算機自動化控制系統。它能夠實現對精餾塔頂端物系溫度的實時監測，且根據實際情況實現自動調整，達到精確控制冷凝體系溫度的目的，避免過高或者過低等異常情況。自動化控溫后進而可實現精餾塔頂端回流比和回流量的最優化。

b、VC高沸塔體系

      低沸塔的餾分VC液再通過高沸塔體系的精餾過程分離出高沸點物，高純度氣相態的VC從精餾塔頂通過經冷凝系統，轉換為成品餾出。實際生產過程中，傳統的冷凝系統控制時常達不到溫度的精細化控制，最終影響到產品的質量。而一旦也在高沸塔冷凝系統裝配計算機自動溫度系統，計算機實時監測塔頂及冷凝體系溫度，自動的控制回流量和回流比數值，實現整個過程的操作效率最大化。

四、新趨勢

超重力精餾塔

      近年來出現的超重力精餾技術，利用高速旋轉產生的數百至千倍重力的超重力場代替常規的重力場，極大地強化氣液傳質過程，將傳質單元高度降低1個數量級。從而使巨大的塔設備變為高度不到2米的超重力精餾機，達到增加效率、縮小體積的目的。超重力精餾改變了傳統的塔設備精餾模式，只要在室內廠房里就可以實現連續精餾過程。對社會的發展而言可節省鋼材資源，延長地球資源的使用年限；對企業的發展而言，可以節約場地與空間資源，減少污染排放，提高產品質量，改善經營管理模式，降低生產勞動強度，增加生產的安全性。超重力精餾塔與自動控制結合，可以在重力場與溫度兩個方面同時提高精餾塔的精餾效率，大大促進產業發展。

?五、結語?????

在化工生產的精餾工藝中，自動化系統的導入，一方面實現了操作的簡單，快捷化，節省的人力成本；另一方計算機的分析以及傳感的靈敏性保證系統對于體系參數的實時精確控制，做到實時控制，快速自動調整，亦是工藝的最優化體現，是實現產品經濟最大化的保證。

來源：網絡

 

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