精馏塔的温度控制系统

谢腾腾

山东豪迈化工技术

引言

图1 精馏塔及工艺流程

精馏是将挥发度不同的组分所组成的混合物，在精馏塔中同时多次地进行部分气化和部分冷凝，使其分离成几乎纯态组分的过程。利用自动化技术，如对精馏塔控制得好，不但能提高产品质量和回收率，还有利于环境保护和节约能源。因而，精馏塔操作的自动控制极为重要^[1]。

1 精馏塔的控制要求^[2]

2.1 质量指标

混合物分离的纯度是精馏塔控制的主要指标。在精馏塔的正常操作中，产品质量指标就必须符合预定的要求，即保证在塔底或塔顶产品中至少有一种组分的纯度达到规定的要求，其他组分也应保持在规定的范围内，因此，应当取塔底或塔顶产品的纯度作为被控变量。但是，在线实时监测产品纯度有一定的困难，因此，大多数情况下是用精馏塔内的“温度和压力”来间接反应产品纯度。

对于二元精馏塔，当塔压恒定时，温度与成分之间有一一对应的关系，因此，常用温度作为被控变量。对于多元精馏塔，由于石油化工过程中精馏产品大多数是碳氢化合物的同系物，在一定的塔压下，温度与成分之间仍有较好的对应关系，误差较小。因此，绝大多数精馏塔当塔压恒定时采用温度作为间接质量指标。

2.2 平稳操作

为了保证精馏塔的平稳操作，首先必须尽可能克服进塔之前的主要可控扰动，同时缓和一些不可控的主要扰动，例如，对塔进料温度进行控制、进料量的均匀控制、加热剂和冷却剂的压力控制等。此外，塔的进出物料必须维持平衡，即塔顶馏出物与塔底采出物之和应等于进料量，并且两个采出量的变化要缓慢，以保证塔的平稳操作。另外，控制塔内的压力稳定，也是塔平衡操作的必要条件之一。

2.3 约束条件

为了保证塔的正常、平稳操作，必须规定某些变量的约束条件。例如，对塔内气体流速的限制，塔内气体流速过高易产生液泛，流速过低会降低塔板效率；再沸器的加热温差不能超过临界值的限制等。

图2 精馏塔控制图

3 精馏塔的温度控制

精馏塔控制最直接的质量指标是产品的组分，但产品组分分析周期长，滞后严重，因而温度参数成了最常用的控制指标，即通过灵敏板进行控制^[3]。

3.1 精馏段温度控制

图3精馏塔精馏段温度控制方案示意图

精馏段温控灵敏板取在精馏段的某层塔板处，称为精馏段温控。适用于对塔顶产品质量要求高或是气相进料的场合。调节手段是根据灵敏板温度，适当调节回流比。例如，灵敏板温度升高时，则反映塔顶产品组成X_D下降，故此时发出信号适当增大回流比，使X_D上升至合格值时，灵敏板温度降至规定值。

3.2 提馏段温度控制

提馏段温控灵敏板取在提馏段的某层塔板处，称为提馏段温控。适用于对塔底产品要求高的场合或是液相进料时，其采用的调节手段是根据灵敏板温度，适当调节再沸器加热量。例如，当灵敏板温度下降时，则反映釜底液相组成X_W变大，釜底产品不合格，故发出信号适当增大再沸器的加热量，使釜温上升，以便保持工作的规定值。

图4精馏塔提馏段温度控制方案示意图

3.3 温差控制

当原料液中各组成的沸点相近，而对产品的纯度要求又较高时不宜采用一般的温控方法，而采用温差控制方法。温差控制是根据两板的温度变化总是比单一板上的温度变化范围要相对大得多的原理来设计的，采用此法易于保证产品纯度，又利于仪表的选择和使用。

4 结论

化工精馏塔是化工过程装置的核心组成部分，而对于精馏塔控制来说温度控制是重中之重，温度的剧烈变化会导致分离组分纯度降低，对精馏的效率影响极大，甚至导致精馏塔无法正常运行。温度控制系统为精馏塔的正常运行创造了良好的条件。随着自动化程度提高，精馏塔操作也应该多采用仪表自动化控制，使产品的质量和精馏塔操作的稳定性大大提高。

参考文献

[1]左文耀.精馏塔操作及自动控制系统的改进研究[J].化学工程与装备,2012,8:91-93.

[2]黄永杰.精馏塔自动控制系统设计与应用[J].化工技术与开发,2012,41(1):52-54.

[3]陈彦,吴天勇,郭建宝.精馏塔操作及自动控制系统的改进[J].化工生产与技术,2002,9(1):39-41.

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