精餾塔自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

李孟棲 段勝利

(1.河北省煤化工工程技術(shù)研究中心,河北 邢臺(tái) 054800)

(2.邢臺(tái)旭陽(yáng)科技有限公司,河北 邢臺(tái) 054800)

精餾塔自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

李孟棲1段勝利2

(1.河北省煤化工工程技術(shù)研究中心,河北 邢臺(tái) 054800)

(2.邢臺(tái)旭陽(yáng)科技有限公司,河北 邢臺(tái) 054800)

作為醫(yī)療行業(yè)和石油化工行業(yè)中比較常見(jiàn)的裝備，精餾塔發(fā)揮著非常重要的作用，屬于單元生產(chǎn)過(guò)程。由于存在錯(cuò)綜復(fù)雜的變量，因此需要設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)該裝備的科學(xué)合理控制。本文主要對(duì)精餾塔自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用進(jìn)行了研究，根據(jù)其工藝和生產(chǎn)過(guò)程中的主要擾動(dòng)變量來(lái)提出科學(xué)合理的溫度控制方案，主要從精餾塔的結(jié)構(gòu)、精餾塔的控制要求以及精餾塔的提餾段和精餾段溫度控制這三個(gè)方面進(jìn)行了具體的闡述。

精餾塔；提餾段；精餾段；溫度控制

1 精餾塔的結(jié)構(gòu)

在工業(yè)生產(chǎn)中，一般都是利用混合物中的各組分揮發(fā)程度來(lái)將混合物中的不同組分進(jìn)行分離，從而使混合物的純度達(dá)到規(guī)定的要求。使用精餾塔的目的就是實(shí)現(xiàn)混合物中各組分的分離，根據(jù)不同組分的不同揮發(fā)程度，對(duì)于比較輕的組分，其揮發(fā)程度較好，就會(huì)將其從液相中轉(zhuǎn)移到氣相中，而比較重的組分就會(huì)從氣相中轉(zhuǎn)移到液相中，這樣就能夠通過(guò)精餾塔來(lái)實(shí)現(xiàn)分離的目的，使純度滿足要求。精餾塔主要是由精餾段和提餾段這兩部分構(gòu)成，其中進(jìn)料口以上的部分為精餾段，以下的部分則為提餾段，其中塔內(nèi)含有很多層塔板，在每層塔板上都有液層，回流液經(jīng)溢出管一級(jí)一級(jí)流到塔板后，蒸汽從底部開(kāi)始向上升，然后會(huì)和塔板上的液體進(jìn)行接觸，這樣就會(huì)發(fā)生蒸汽冷凝和液體汽化的現(xiàn)象，而且同時(shí)發(fā)生已經(jīng)揮發(fā)的組分會(huì)不斷汽化，從液相直接轉(zhuǎn)入氣相，而很難發(fā)揮的組分會(huì)冷凝，從氣相直接轉(zhuǎn)入液相。在整個(gè)塔內(nèi)，塔內(nèi)組分的濃度從下往上各不相同，最下面的是濃度最低的，然后逐漸升高，塔頂?shù)臐舛茸钪?。為了更好獲得工業(yè)生產(chǎn)所需的成分，有必要科學(xué)合理控制塔內(nèi)的溫度和壓力，而在精餾塔的控制過(guò)程中有很多復(fù)雜的操縱變量，擾動(dòng)因素也比較多，因此為了減少控制和操作難度，可以通過(guò)蒸餾塔自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度和壓力的自動(dòng)控制，從而節(jié)約一定的人力，而且操作相對(duì)簡(jiǎn)便。

2 精餾塔的控制要求

2.1 質(zhì)量指標(biāo)

在精餾塔控制過(guò)程中，為了更好地實(shí)現(xiàn)混合物分離的純度，最重要的一項(xiàng)控制要求就是滿足規(guī)定的質(zhì)量指標(biāo)。一般的操作中，要保證在精餾塔的塔底或者塔頂最少有一種組分的純度要符合質(zhì)量指標(biāo)要求，而且其他的組分也不能超過(guò)規(guī)定的范圍，為了更好地實(shí)現(xiàn)這一目的，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制塔底和塔頂產(chǎn)品的純度，并將其作為被控變量，但是由于在實(shí)際操作中很難實(shí)時(shí)檢測(cè)塔頂產(chǎn)品的純度，因此很多時(shí)候都是通過(guò)精餾塔內(nèi)的溫度和壓力來(lái)了解產(chǎn)品的純度情況。

2.2 確保平穩(wěn)操作

為了使精餾塔更好地發(fā)揮作用，有必要確保精餾塔的平穩(wěn)操作，這就要求在進(jìn)塔之前努力克服主要的擾動(dòng)因素，要控制好進(jìn)料量的溫度、加熱劑和冷卻劑的壓力控制以及進(jìn)料量的均勻等情況，運(yùn)作完成以后要保證進(jìn)出物料的平衡性，也就是出料量和進(jìn)料量要保持平衡，并且出料速度應(yīng)當(dāng)適當(dāng)減慢，從而實(shí)現(xiàn)塔的平穩(wěn)操作。與此同時(shí)，要注意保證塔內(nèi)的壓力穩(wěn)定，從而實(shí)現(xiàn)精餾塔的平穩(wěn)操作。

2.3 規(guī)定變量的約束條件

在精餾塔的工作中，經(jīng)常會(huì)受到某些變量的影響，因此應(yīng)當(dāng)規(guī)定其約束條件來(lái)實(shí)現(xiàn)塔的平穩(wěn)操作。例如，要限制塔內(nèi)的氣體流速，不能過(guò)高也不能過(guò)低，如果氣體流速過(guò)高，就會(huì)很容易產(chǎn)生液泛，反之會(huì)使塔板的效率不斷降低。另外，還要限制沸器的加熱溫差，將溫差控制在臨界值的限制之內(nèi)，否則就會(huì)影響精餾塔的工作質(zhì)量。

3 精餾塔的提餾段和精餾段溫度控制

3.1 精餾塔的提餾段溫度控制

為了更好地實(shí)現(xiàn)精餾段的溫度控制，將提餾段的溫度可以作為衡量質(zhì)量指標(biāo)的間接變量，該變量也是被控變量，然后再確定操縱變量，操作變量為沸器的加熱蒸汽汽量，通過(guò)共同控制被控變量和操縱變量，加上塔釜的液位控制回路、回流罐的液位控制回路、塔頂壓力控制回路、回流量控制回路以及進(jìn)料量控制回路等輔助控制回路共同發(fā)揮作用，有利于實(shí)現(xiàn)溫度的科學(xué)合理控制，

3.2 精餾塔的精餾段溫度控制

在精餾塔的精餾段對(duì)溫度進(jìn)行控制，同樣將其作為衡量質(zhì)量指標(biāo)的簡(jiǎn)介變量，這樣能夠有效改變回流量，該變量也是被控變量，而回流量則為操縱變量，通過(guò)其主要控制系統(tǒng)以及對(duì)進(jìn)料量、塔底、塔壓和塔頂餾出液的控制，能夠?qū)崿F(xiàn)精餾段溫度的合理有效控制。但是對(duì)精餾塔精餾段的溫度控制與提餾段的控制不同，需要定制控制沸器加熱器蒸汽流量，而且要保證蒸汽量的充足供應(yīng)，這樣才能使塔頂?shù)漠a(chǎn)品達(dá)到規(guī)定的指標(biāo)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，今后在精餾塔的控制中會(huì)廣泛應(yīng)用集散控制系統(tǒng)，而且這項(xiàng)技術(shù)也會(huì)日漸成熟。通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)有利于實(shí)現(xiàn)精餾塔裝備的科學(xué)合理控制，更好實(shí)現(xiàn)徑流過(guò)程中的節(jié)能和最優(yōu)控制，使產(chǎn)品成分純度達(dá)到要求，實(shí)現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的不斷提高。

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[2]左文耀.精餾塔操作及自動(dòng)控制系統(tǒng)的改進(jìn)研究[J].化學(xué)工程與裝備,2012,08:91-93.

[3]黃克謹(jǐn),錢(qián)積新,孫優(yōu)賢,周春暉.精餾塔通用動(dòng)態(tài)仿真軟件及其在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào),1994,04:49-56.

[4]張楊.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在精餾塔控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[D].河北科技大學(xué),2014.