蒸餾塔自動控制適應(yīng)控制

PID調(diào)節(jié)器在工業(yè)控制中廣泛應(yīng)用,它需要針對系統(tǒng)的動態(tài)特性調(diào)整比例、積分和微分項的系數(shù)后才能取得良好的效果。把 PID調(diào)節(jié)器用于蒸餾塔產(chǎn)物組分控制，往往需要頻繁地調(diào)整以補償操作條件改變引起的動態(tài)特性變化。采用適應(yīng)控制方案可較理想地解決這個問題。例如采用自校正調(diào)節(jié)器可達到或優(yōu)于 PID調(diào)節(jié)器的控制效果，而且省去了調(diào)整的工作。圖1為雙組分蒸餾塔計算機控制系統(tǒng)示意圖。 饋流，即未經(jīng)分離的混合流體從塔的中部輸入。頂部產(chǎn)物組分由電容探頭測量，底部產(chǎn)物組分由氣體色譜儀測量。CR為分析器記錄器，F(xiàn)RC為流量記錄器和控制器，GC為氣體色譜儀,LC為液面控制器。所有分析儀表和控制規(guī)律的計算工作都由分布計算機完成。自校正調(diào)節(jié)器有單回路、多回路和多變量解耦控制三種形式。圖1[雙組分蒸餾塔計算機控制系統(tǒng)示意圖]中系統(tǒng)若采用兩個獨立的自校正調(diào)節(jié)器分別控制塔頂輸出組分和塔底輸出組分，則由于操作時蒸氣速率和回流的變化引起頂部和低部兩個控制回路間的互相作用而導致兩個輸出組分都發(fā)生振蕩。采用多變量解耦控制方式也僅能對其中的一個回路（例如頂部）取得較好效果。還可以進一步選擇合適的采樣間隔、過程滯后和標度因子以達到良好的控制效果。2100433B

對產(chǎn)物組分的直接測量通常采用氣體色譜儀，也可采用質(zhì)譜儀等其他分析儀表。這類儀表需要一段處理時間才能得出測量值，結(jié)果給控制回路帶來顯著的死區(qū)時間，同時成本也較高。因此，還需要利用對其他參數(shù)的測量來間接推斷產(chǎn)物組分。常用間接測量方法包括測量溫度、紅外吸收、折射率和電導率等參數(shù)。通常采用直接測量和間接測量相結(jié)合的方式。直接測量儀表裝在輸出管道上，用于精確測量流速較慢的產(chǎn)物流的組分。間接測量用于檢測饋流干擾引起的快速擾動，裝在塔的中部，因為塔端溫度對組分的變化不敏感。

蒸餾塔運行中最主要的干擾是由輸入饋流引起的，包括饋流的組分、流速、焓等參數(shù)變化所引起的干擾。在多級控制中還要考慮加熱蒸氣的壓力和冷卻水流引起的干擾。若饋流速度取決于饋送設(shè)備、而且是不可控的，則可將它的測量值用于前饋控制（見復合控制系統(tǒng)），以控制輸出流量和塔內(nèi)流量，使它們與輸入饋流成比例。由于塔身豎立于地面，還需要考慮氣候變化的影響。

英文：automatic control of distillation column

同時，為保證蒸餾產(chǎn)物的質(zhì)量須使蒸餾塔回流，而盲目回流又可能使產(chǎn)物的純度過高，這是造成浪費能源的主要因素。另一方面，蒸餾塔的動態(tài)特性復雜，且具有非線性，對輸出組分又難以實現(xiàn)精確快速測量。因此對蒸餾塔組分的測控問題一直是自動控制領(lǐng)域中的重要研究課題。70年代以來，隨著能源的不斷緊張，人們更加重視這方面的研究，已經(jīng)將適應(yīng)控制系統(tǒng)應(yīng)用于蒸餾塔的輸出組分控制。蒸餾塔是稀有金屬鈦等材料及其合金材料制造的化工設(shè)備具有強度高、韌性大、耐高溫、耐腐蝕、比重輕等特性；因此被廣泛應(yīng)用與化工、石油化工、冶金、輕工、紡織、制堿、制藥、農(nóng)藥、電鍍、電子等領(lǐng)域。

一、蒸餾塔系統(tǒng)組成及布置

蒸餾塔系統(tǒng)由簡單蒸餾塔、再沸器、冷凝器、回流罐等設(shè)備組成，一般按流程順序，在符合規(guī)范的要求下，盡可能靠近布置，形成獨立的操作系統(tǒng)。同類設(shè)備集中布置，如冷凝器一般布置在三層樓面上，回流罐布置在二

層樓面上，再沸器安裝在蒸餾塔底部，泵布置在一層樓面上。這樣不但整齊，美觀，而且操作也方便。由于再沸器的特殊性，與其相關(guān)的設(shè)備及管路需精心設(shè)計。

二、蒸餾塔系統(tǒng)操作

通過再沸器加熱塔底的液體，使其部分氣化，由塔底再沸器入塔口進入塔，與下降液進行逆流兩相接觸，下降液中易揮發(fā)(低沸點)組分不斷向蒸氣中轉(zhuǎn)移，蒸氣中的難揮發(fā)(高沸點)組分不斷地向下降液中轉(zhuǎn)移，蒸氣愈接

近塔頂，其易揮發(fā)組分濃度愈高，而下降液愈接近塔底，其難揮發(fā)組分則愈富集，達到組分分離的目的。塔頂上升的蒸氣進入冷凝器，冷凝液體的一部分作為回流液返回塔頂，其余部分則作為餾出液送出。塔底流出的液體，其中一部分送入再沸器加熱返回塔中，另一部分液體作為釜殘液采出。

三、熱虹吸再沸器

1、熱虹吸再沸器原理

熱虹吸再沸器利用蒸餾塔的液面和再沸器液面的壓頭差作為動力驅(qū)動液體重力循環(huán)流動，使蒸餾塔底部的液體流向再沸器。液體一部分在再沸器內(nèi)被氣化，回到塔內(nèi)，達到蒸氣和液體分離。為了保證再沸器的正常工作，必須保證有一定的壓差來克服管道、再沸器內(nèi)壓降和兩相的靜壓。

2、熱虹吸再沸器安裝高度要求

蒸餾塔底部的液體流入管道，越往上壓力就越低。如果液體上升的管子很高，壓力會降低到使管內(nèi)產(chǎn)生氣泡(由空氣或其他成分的氣體構(gòu)成)。虹吸作用高度就是由氣泡的生成而決定的。因為氣泡會使液體斷開，氣泡兩

端的氣體分子之間的作用力減至0，從而破壞了虹吸作用。熱虹吸再沸器安裝位置不是越低越好。

3、立式熱虹吸再沸器特殊要求

立式熱虹吸式再沸器如為真空操作，則不適宜黏性較大的液體和帶固體的物料，同時還要求塔裙的高度較高。臥式熱虹吸式再沸器則對塔釜液位和壓降要求不高，比較適用于真空精餾。蒸餾塔是一個高效的、節(jié)能的蒸餾塔型，根據(jù)所設(shè)計參數(shù)可設(shè)計多種規(guī)格，滿足不同生產(chǎn)能力的要求。

塔設(shè)備種類繁多，蒸餾塔是進行蒸餾的一種塔式氣液接觸裝置。有板式塔與填料塔兩種主要類型。板式塔與填料塔的比較是個復雜的問題，涉及的因素很多，選型時應(yīng)考慮物料性質(zhì)、操作條件、塔設(shè)備的性能，以及塔

設(shè)備的制造、安裝、運轉(zhuǎn)和維修等。蒸餾塔蒸餾原理是將液體混合物部分氣化，利用其中各組分揮發(fā)度不同的特性，實現(xiàn)分離。塔釜為液體，塔頂餾出氣體。

蒸餾塔的工作原理并非只局限于提純酒精。蒸餾塔的功能主要是為了分離混合液體，利用不同液體在不同條件下，如溫度不同，揮發(fā)性（沸點）不同的原理進行液體分離，從而達到提純效果。蒸餾塔主要分為板式塔與薄膜式塔。板式塔比較常見，其構(gòu)造可分為板、重沸器、冷凝器三個部分。

急驟蒸餾塔是利用溶劑與其降解產(chǎn)物的不同沸點將它們分離，以達到溶劑凈化的目的的一種溶劑再生方法。但由于磷酸三丁酯（TBP是熱敏性物質(zhì)，溫度高于150C就開始分解，煤油在較高溫度下也會發(fā)生裂解。

原理

原理

蒸餾塔原理圖

蒸餾塔一般采用不銹鋼制作，從而防止了鐵屑堵塔填料的現(xiàn)象，延長了裝置的使用期限。同時凡與溶媒接觸的設(shè)備，如冷凝器、穩(wěn)壓罐、冷卻蛇管等均采用不銹鋼制作，以確保成品溶媒不被污染。設(shè)備材質(zhì)的選定也可根據(jù)物料情況確定。蒸餾釜采用可拆工U型加熱管，在檢修時可將U型加熱管拉出釜外，便于對加熱管外擘及蒸餾釜壁進行清洗。

蒸餾塔

急驟蒸餾：因此，必須采用真空急驟蒸發(fā)和真空精餾的方法降低TBP和煤油的沸點，縮短它們在

蒸發(fā)過程中的受熱時間以減少熱分解。該過程通常由加熱器、TBP精餾塔、煤油精溜塔和真空泵

等組成。