第四章精餾過程的控制蒸氣由塔底進(jìn)入，與下降液進(jìn)行逆流接觸，兩相接觸中，下降液中的易揮發(fā)(低沸點(diǎn))組分不斷地向蒸氣中轉(zhuǎn)移，蒸氣中的難揮發(fā)(高沸點(diǎn))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(dá)到組分分離的目的。由塔頂上升的蒸氣進(jìn)入冷凝器，冷凝的液體的一部分作為回流液返回塔頂進(jìn)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，熱蒸發(fā)后，蒸氣返回塔中，另一部分液體作為釜?dú)堃喝〕觥?/p>

精餾塔的控制直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量和能量的消耗.

精餾塔是一個(gè)多輸入和多輸出的對(duì)象，內(nèi)在機(jī)理復(fù)雜，對(duì)控制作用響應(yīng)緩慢，參數(shù)間相互關(guān)聯(lián)嚴(yán)重，而控制要求較高。需要深入分析工藝特性，結(jié)合具體塔的特點(diǎn)，進(jìn)行自動(dòng)控制方案的設(shè)計(jì)和研究。

本章將分析精餾過程的操作要求和特性，討論精餾塔自動(dòng)控制的基本方案。

第一節(jié)精餾塔的控制目標(biāo)圖4.1-1連續(xù)精餾裝置的工藝流程精餾塔的控制要求：

1．質(zhì)量指標(biāo)

1）塔頂或塔底產(chǎn)品的組分達(dá)到一定純度指標(biāo)，另一組分在規(guī)定的范圍內(nèi)；

2）塔頂和塔底產(chǎn)品均達(dá)到一定的純度指標(biāo)。

2．產(chǎn)品質(zhì)量總物料平衡：進(jìn)料量=塔頂餾出量+塔釜出料量

3．能量平衡和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)輸入和輸出的能量應(yīng)平衡，塔壓應(yīng)維持恒定

4．約束條件：防止突變

液泛限和漏液限：氣相速度的上限（即塔內(nèi)氣相速度過大時(shí)，霧沫夾帶十分嚴(yán)重，實(shí)際上液相將從下面塔板倒流到上面塔板，產(chǎn)生液泛，破壞正常操作。）和下限（最小氣相速度限，當(dāng)氣相速度小于某一值時(shí)，將產(chǎn)生塔板漏液，板效率下降。為了防止液泛和漏液，可以以塔壓降或壓差來監(jiān)視氣相速度。

）操作壓力限：塔壓的上限臨界溫度限：再沸器兩側(cè)溫度差值的下限（當(dāng)這一溫差低于臨界溫差時(shí)，不能保證塔內(nèi)傳熱的需要）一、質(zhì)量指標(biāo)

卡邊生產(chǎn)：精餾操作過程中，產(chǎn)品質(zhì)量控制到剛好滿足要求。在二元組分精餾中，保證塔頂產(chǎn)品中輕組分純度符合技術(shù)要求或塔底產(chǎn)品中重組分純度符合技術(shù)要求。在多元組分精餾中，一般僅控制關(guān)鍵組分。塔頂或塔底產(chǎn)品之一應(yīng)該保證達(dá)到規(guī)定的純度，而另一產(chǎn)品也應(yīng)保證在規(guī)定的范圍內(nèi)。

塔頂或塔底產(chǎn)品之一保證達(dá)到規(guī)定的純度，而另一產(chǎn)品也應(yīng)保證在規(guī)定的范圍內(nèi)。

控制目標(biāo):

滿足產(chǎn)品質(zhì)量合格的前提下，使總的收益最大或總的成本最小。二、產(chǎn)品產(chǎn)量和能量消耗產(chǎn)品的產(chǎn)量常用回收率表示。

回收率：進(jìn)料中每單位產(chǎn)品組分所能得到的可售產(chǎn)品的數(shù)量。式中：P為產(chǎn)品產(chǎn)量；F為進(jìn)料流量；zi

為進(jìn)料中組分I的濃度.每單位進(jìn)料所消耗能量：用塔內(nèi)上升蒸氣量V與進(jìn)料量F之比V／F來表示

曲線表示每單位進(jìn)料所消耗能量的等值線（V／F來表示）。曲線表明，在一定的能耗V／F情況下，隨著產(chǎn)品純度的提高，回收率迅速下降。純度越高，這個(gè)傾向越明顯。在一定的產(chǎn)品純度要求下，隨著V／F從小到大逐步增加，剛開始可以顯著提高回收率。然而，當(dāng)V／F增加到一定程度以后，再進(jìn)一步增加V／F所得的效果就不顯著了。產(chǎn)品純度、回收率及能量消耗關(guān)系在精餾操作中，質(zhì)量指標(biāo)、產(chǎn)品回收率、能量消耗都是要控制的目標(biāo)。質(zhì)量指標(biāo)是必要條件，在質(zhì)量指標(biāo)一定的前提下，在控制過程中應(yīng)使產(chǎn)品產(chǎn)量盡可能高一些，同時(shí)能量消耗盡可能低一些。至于在質(zhì)量指標(biāo)一定的前提下，使單位產(chǎn)品產(chǎn)量的能量消耗最低或使單位產(chǎn)品量的成本最低以及使綜合經(jīng)濟(jì)效益最大等，則是不同目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)控制問題。第二節(jié)精餾塔的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性

靜態(tài)特性：以物料平衡和能量平衡為基礎(chǔ)來確定穩(wěn)態(tài)下精餾塔各參數(shù)之間的定量關(guān)系。

動(dòng)態(tài)特性：反應(yīng)精餾塔各參數(shù)之間的動(dòng)態(tài)影響關(guān)系。

影響物料平衡的因素：進(jìn)料量和進(jìn)料組分的變化、塔頂采出量或塔底采出量的變化

影響能量平衡的因素：進(jìn)料溫度（單相進(jìn)料時(shí)）或熱焓（兩相進(jìn)料時(shí)）變化、再沸器加熱量和冷凝器冷卻量的變化、環(huán)境溫度的變化一、精餾塔的靜態(tài)特性1、物料平衡

全塔總物料平衡即:進(jìn)塔的物料必須等于出塔的物料式中，F(xiàn)、D、B分別為進(jìn)料量、塔頂采出量和塔底采出量

輕組分的物料平衡關(guān)系:

式中：xF，xD，xB分別為進(jìn)料、塔頂采出物和塔底采出物中輕組分的濃度。

D／F或B／F是決定塔頂和塔底產(chǎn)品中組分濃度和的主要因素。進(jìn)料組分濃度也是一個(gè)影響和的重要因素.

單是物料平衡關(guān)系，還不能完全確定和,只能確定和之間的關(guān)系。要確定和的值還必須建立另一個(gè)關(guān)系式，這個(gè)關(guān)系式可以由塔的能量平衡關(guān)系得出.

由上兩式可得2、能量平衡帶入精餾塔的所有能量＝帶出塔的能量

為再沸器加熱量；為冷凝器冷卻量；和分別為進(jìn)料、塔頂和塔底產(chǎn)品的熱焓

.

精餾塔的能量關(guān)系

只要保持D／F和V／F一定，塔的分離結(jié)果和就完全確定。

分離度塔的特性因子3、內(nèi)部物料平衡

二元精餾塔，假定：（1）在精餾段內(nèi)，通過各層塔板的上升蒸汽流量均相等；（2）在提留段內(nèi)，通過各層塔板的上升蒸汽流量均相等，等于再沸器內(nèi)蒸汽量；（3）在精餾段，通過各層塔板的下流液體流量（內(nèi)回流）均相等，當(dāng)回流溫度等于塔頂溫度時(shí)，內(nèi)回流等于外回流；（4）在提留段內(nèi)，通過各層塔板的下流液體流量均相等；（5）回流罐和塔底液位不變；（6）塔壓保持不變。影響精餾過程的主要因素：①進(jìn)料量（一般不可控）精餾塔的處理量往往是由上一工序決定的，為了使精餾塔的進(jìn)料流量波動(dòng)比較平穩(wěn)，一般對(duì)上一工序設(shè)置液位均勻控制系統(tǒng)。液相進(jìn)料：為了克服進(jìn)料流量波動(dòng)的影響，采用提餾段溫度控制較好，即測(cè)溫元件安裝在提餾段，控制手段為改變?cè)俜衅骷訜崃?；氣相進(jìn)料：為克服進(jìn)料流量波動(dòng)的影響，采用精餾段溫度控制較好，控制手段為改變回流量。汽液兩相混合進(jìn)料：溫度控制兩種方案均可，但要考慮進(jìn)料的汽液比及其他因素。②進(jìn)料濃度（不可控，但一般變化緩慢）③進(jìn)料溫度和進(jìn)料狀態(tài)（可控）進(jìn)料溫度下降，會(huì)使塔底輕組分含量增加，這就需要加大再沸器加熱量。為使進(jìn)料溫度恒定，可以先將進(jìn)料預(yù)熱，通過溫度控制系統(tǒng)來使精餾塔進(jìn)料溫度恒定。④再沸器的加熱量當(dāng)加熱劑為蒸汽時(shí)，加入熱量的變化往往是由蒸汽壓力的變化引起的，可以通過對(duì)蒸汽總管設(shè)置壓力控制系統(tǒng)來加以克服，或在串級(jí)控制系統(tǒng)的副回路中克服。

⑦塔頂采出量⑧塔底采出量⑨塔壓的影響⑤冷凝器的冷卻量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（溫度變化較?。?。回流量減少，會(huì)使塔頂溫度增高，使塔頂產(chǎn)品中重組分含量增加。因此，在正常操作時(shí)，除了要把回流量作為控制手段外，總是希望將它維持恒定。方法與蒸汽壓力波動(dòng)的克服方法一致。⑥回流量為了克服塔的主要擾動(dòng)，可采用以下控制手段：①塔頂采出量；②塔底采出量；③回流罐排氣量；④回流量；⑤再沸器加熱量；⑥冷凝器冷卻量。前三個(gè)量影響全塔的物料平衡與塔的內(nèi)部平衡，從而起到控制作用；后三個(gè)量直接改變塔的能量平衡關(guān)系和改變塔內(nèi)汽液比，從而起到控制產(chǎn)品質(zhì)量的作用。二、動(dòng)態(tài)影響分析1、上升蒸汽和回流的影響

定量分析動(dòng)態(tài)影響，建立其數(shù)學(xué)模型已成為一項(xiàng)相當(dāng)復(fù)雜的專門課題。所以僅從定性的角度分析塔的動(dòng)態(tài)影響

在精餾塔內(nèi)，上升蒸汽流量變化的響應(yīng)快。原因：僅克服塔板的液相阻力，上升蒸汽量的變化幾秒鐘內(nèi)就可影響到塔頂.

從塔板下流的液相滯后大。原因：回流量增加時(shí)，首先要使積存在塔板上的液相蓄存量增加，然后在這增加的液體靜壓頭的作用下，才使從塔板下流的液相速度增加，因此對(duì)回流量變化的響應(yīng)存在著滯后.3、回流罐蓄液量和塔釜蓄液量引起的滯后影響

回流罐有蓄液量變化，從D的變化到L（回流量）的變化會(huì)產(chǎn)生滯后。

塔釜液位變化引起蓄液量變化，從而引起V（上升蒸汽量）和B的變化,采用改變B來控制塔底產(chǎn)品質(zhì)量,將引起滯后，影響控制品質(zhì).

無論是改變?cè)俜衅骷訜崃恳鹕仙羝兓€是由于回流的變化，均是通過對(duì)每塊塔板上組分之間的平衡施加影響，最終才引起塔頂產(chǎn)品或塔底產(chǎn)品組分濃度的變化。組分變化達(dá)到穩(wěn)定組分的滯后較大。滯后隨著塔板上液相蓄存量的增加而增加，因而隨塔板數(shù)的增加而增加，也隨著回流比的增加而增加。再沸器加熱量的增加，上升蒸汽量增加，將會(huì)改善汽、液接觸，從而使組分滯后減少。2、組分滯后的影響

第三節(jié)精餾塔質(zhì)量指標(biāo)的選取

精餾塔的直接質(zhì)量指標(biāo)--產(chǎn)品純度

檢測(cè)上的困難，難以直接按產(chǎn)品純度進(jìn)行控制。隨著分析儀表的發(fā)展，特別是工業(yè)色譜儀的在線應(yīng)用，已逐漸出現(xiàn)直接按產(chǎn)品純度來控制的方案。然而，這種方案目前仍受到兩方面條件的制約，一是測(cè)量過程滯后很大，反應(yīng)緩慢，二是分析儀表的可靠性較差，因此，應(yīng)用仍然有限。最常用的間接質(zhì)量指標(biāo)—溫度

對(duì)于二元組分精餾塔來說，在一定壓力下，溫度與產(chǎn)品純度間存在著單值的函數(shù)關(guān)系。如果壓力恒定，則塔板溫度就間接反映了濃度。對(duì)于多元精餾塔來說，雖然情況比較復(fù)雜，但仍然是可以看做在壓力恒定條件下，塔板溫度改變能間接反映濃度的變化.哪一點(diǎn)的溫度作為質(zhì)量指標(biāo)？一、塔頂（或塔底）的溫度控制一般來說，如果希望保持塔頂產(chǎn)品符合質(zhì)量要求，以塔頂溫度作為控制指標(biāo)可以得到較好的效果。

采用精餾段溫度控制的場(chǎng)合?進(jìn)料含比塔底產(chǎn)品更重的影響溫度和成分關(guān)系的重雜質(zhì)?對(duì)塔頂產(chǎn)品成分的要求比對(duì)塔底產(chǎn)品的要求高?塔底或提餾段溫度不能很好反映組分的變化?全部為氣相進(jìn)料

采用提餾段溫度控制的場(chǎng)合?對(duì)塔底產(chǎn)品成分的要求比對(duì)塔頂產(chǎn)品的要求高?塔頂或精餾段溫度不能很好反映組分的變化?進(jìn)料含比塔頂產(chǎn)品更輕的影響溫度和成分關(guān)系的輕雜質(zhì)?采用回流控制時(shí)，回流量較大變化會(huì)影響精餾塔平穩(wěn)操作?全部為液相進(jìn)料實(shí)際上，采用塔頂或塔底的溫度作為間接質(zhì)量指標(biāo)并不是最能反映產(chǎn)品的情況。原因：

a.當(dāng)要分離出較純的產(chǎn)品時(shí)，在鄰近塔頂?shù)母靼逯g溫差很小，所以要求溫度檢測(cè)裝置有較高的精確度和靈敏度；

b.微量雜質(zhì)（如某種更輕的組分）的存在，會(huì)使沸點(diǎn)起相當(dāng)大的變化；

c.塔內(nèi)壓力的波動(dòng)，也會(huì)使沸點(diǎn)起相當(dāng)大的變化。二、靈敏板的溫度控制

當(dāng)達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)后，溫度變化最大的那塊塔板即稱為靈敏板。

注意：

?靈敏板應(yīng)在正反擾動(dòng)下有相近的溫度差變化，以使系統(tǒng)有線性特性?對(duì)既定塔和操作條件，可計(jì)算出大致靈敏板位置，再實(shí)際調(diào)整?工況變化時(shí)，板效率變化，靈敏板位置也會(huì)變化中溫控制：?檢測(cè)點(diǎn)位置：進(jìn)料板稍上或稍下塔板溫度作為被控變量?選用依據(jù)：可較快的感受進(jìn)料的變化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)操作線的變化注意：?進(jìn)料濃度變化較大，分離要求較高時(shí)不宜采用?不能及時(shí)反映塔頂和塔底的成分變化三、溫差控制在精餾中，任一塔板的溫度是成分與壓力的函數(shù)，影響溫度變化的因素可以是成分，也可以是壓力。一般的精餾操作中，壓力波動(dòng)很小，所以溫度與成分有對(duì)應(yīng)關(guān)系。但在精密精餾中，要求產(chǎn)品純度很高，兩個(gè)組分的相對(duì)揮發(fā)度差值很小，由于成分變化引起的溫度變化較壓力變化引起溫度的變化要小得多，所以微小壓力波動(dòng)也會(huì)造成明顯的效應(yīng)。所以在精密精餾中，用溫度做被控變量的控制效果不很理想，為此需考慮補(bǔ)償或消除壓力微小波動(dòng)的影響。

采用溫差作為衡量質(zhì)量指標(biāo)的參數(shù)，如果塔頂采出量為主要產(chǎn)品，宜將一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)放在塔頂（或稍下一些），即溫度變化較小的位置；另一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)放在靈敏板附近，即濃度和溫度變化較大的位置，然后取上述兩測(cè)點(diǎn)的溫度差△T作為被控變量。是為了消除壓力波動(dòng)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響。

四、雙溫差控制溫差控制的缺點(diǎn)：當(dāng)進(jìn)料流量變化時(shí)，將引起塔內(nèi)成分變化和塔內(nèi)壓降發(fā)生變化，成分變化使溫差減小，塔內(nèi)壓降變化使溫差增加，這時(shí)溫差和成分就不再呈現(xiàn)單值對(duì)應(yīng)關(guān)系，難于采用溫差控制。如果由于進(jìn)料流量波動(dòng)引起塔壓變化對(duì)溫差的影響，在塔的上、下段溫差同時(shí)出現(xiàn)，因而上段溫差減去下段溫差的差值就消除了壓降變化的影響。雙溫差（溫差差值）控制能克服進(jìn)料流量波動(dòng)的影響。圖b可知,在靠近塔底或塔頂處的溫度變化較小。將溫度變化最小的塔板相應(yīng)地分別稱為精餾段參照板和提餾段參照板。分別將塔頂、塔底兩個(gè)參照板與兩個(gè)靈敏板之間的溫度梯度控制穩(wěn)定，就能達(dá)到質(zhì)量控制的目的，這就是雙溫差控制方法的基礎(chǔ)。塔頂產(chǎn)品的重組分塔底產(chǎn)品的輕組分塔板序號(hào)塔板溫度圖4.3-2雙溫差控制方案

雙溫差控制方案：設(shè)T11，T12分別為精餾段參照板和靈敏板的溫度；

T21，T22分別為提餾段靈敏板和參照板的溫度，△T1=T12-T11，△T2=T22-T21，△Td=△T1-△T2作為控制指標(biāo)。

只要合理選擇靈敏板和參照板位置，可使塔兩端達(dá)到最大分離度。第四節(jié)精餾塔的基本控制方案

圖4.4-1精餾塔變量需要控制的量：塔頂壓力回流罐液位塔底液位塔頂產(chǎn)品質(zhì)量塔底產(chǎn)品質(zhì)量可操作手段：塔頂產(chǎn)出量塔底產(chǎn)出量回流量再沸器加熱量冷凝器冷卻量回流罐排氣量圖4.4-2精餾塔的基本控制問題

圖4.4-3

精餾塔壓力控制方案

DG小時(shí)用此方案塔壓的控制：再沸器加熱量、冷凝器冷卻量、回流罐排氣量對(duì)塔壓控制迅速，控制作用強(qiáng)。但再沸器加熱量除了改變塔壓外，還會(huì)影響其他被控變量。排氣量對(duì)塔壓的影響最直接迅速，而對(duì)其他被控變量的影響可忽略不計(jì)，因而是塔壓最適宜的操縱變量。只有當(dāng)排氣量不可控制或過小時(shí)，才考慮選用冷凝器冷卻量作為操縱變量。一、物料平衡控制問題

并不對(duì)塔頂或塔底產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行直接的控制，而依據(jù)精餾塔的物料平衡及能量平衡關(guān)系進(jìn)行間接控制產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)。

基本原理:當(dāng)進(jìn)料成分不變和進(jìn)料溫度（單相進(jìn)料時(shí)）或熱焓（兩相進(jìn)料）一定時(shí)，在維持全塔物料平衡的前提下，保持進(jìn)料量F、再沸器加熱量QH（或塔底上升蒸汽量V）、塔頂產(chǎn)品量D一定；或者說保持D／F和V／F一定，由式（4.2-3）和式（4.2-8）可知，就可保證塔頂、塔底產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)一定。圖4.4-4精餾塔簡(jiǎn)化控制問題圖4.4-5物料平衡控制問題

表4.4-1精餾塔的物料平衡控制方案可考慮的控制方案共有4種.與不是獨(dú)立變量,方案4無法采用,其他三種方案均可采用。

對(duì)這三種方案的選取原則：D、B的值大小，誰(shuí)為下一塔的進(jìn)料。

物料平衡控制：用塔頂或塔底的餾出物料作為操縱變量的控制。能量平衡控制：用塔頂回流量或再沸器加熱量作為操縱變量的控制。圖4.4-6精餾塔物料平衡方案之一

D

、B接近并且對(duì)D、B的波動(dòng)要求寬松時(shí)可采用。方案對(duì)塔頂冷凝器或塔底再沸器的操作波動(dòng)無自動(dòng)補(bǔ)償作用，即對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的控制能力較弱。但關(guān)聯(lián)小，穩(wěn)定性強(qiáng).

圖4.4-7

精餾塔物料平衡方案之二

D＜＜B時(shí)用，由于D=F–B，如果采用方案3，則對(duì)F和B進(jìn)行測(cè)量控制所引起的小誤差，必然會(huì)引起D的相當(dāng)大的誤差，而且由于D的可調(diào)范圍窄，對(duì)回流罐液位的控制能力弱.圖4.4-8精餾塔物料平衡方案之三（能量平衡）當(dāng)B＜＜D時(shí)，最可取的方案當(dāng)進(jìn)料溫度或熱焓的變化足以影響塔的產(chǎn)品質(zhì)量時(shí)，和當(dāng)進(jìn)料成分波動(dòng)較大時(shí)，則需要對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量進(jìn)行直接控制。二、控制一端產(chǎn)品質(zhì)量

1、精餾段指標(biāo)控制塔頂采出液為主要產(chǎn)品

圖4.4-9精餾段指標(biāo)控制問題

在L，D，V（或QH）和B四者之中，選擇一個(gè)作為控制產(chǎn)品質(zhì)量的手段，選擇另一個(gè)保持流量恒定，其余兩個(gè)變量則按回流罐和塔底的物料平衡關(guān)系由液位控制器加以控制?？蓪⑸鲜鰡栴}分解成塔頂、塔底兩個(gè)子系統(tǒng)，由此可考慮的控制方案共有4種。表4.4-2

精餾段指標(biāo)控制方案

由全塔物料平衡關(guān)系可知，D＋B=F，即當(dāng)塔底采出量B一定時(shí)，D完全由F決定，而D不是獨(dú)立變量，因而D不能成為塔頂靈敏板溫度的操縱變量。故方案8無法采用，其他三種方案可考慮。

精餾段能量平衡控制方案1（間接物料平衡控制）

特點(diǎn)：控制作用滯后小，反應(yīng)迅速。對(duì)保證塔頂產(chǎn)品有利，最常用的方案。

缺點(diǎn)：回流量受溫度控制器控制，但在環(huán)境溫度改變時(shí)，即使回流量LR沒變動(dòng)，內(nèi)回流也會(huì)變化，對(duì)精餾塔的平穩(wěn)操作不利。

適用場(chǎng)合：L/D小于0.8，需要減小滯后的塔。按精餾段指標(biāo)來控制回流量，保持加熱蒸汽流量為定值。該方案由于回流量變化后再影響到餾出液，所以是間接物料平衡控制。

增大回流比可減少分離所需的理論板數(shù)。但回流比的增大，必要求塔釜產(chǎn)生的蒸氣量相應(yīng)增加?；亓鞅仍龃蟮纳舷奘侨亓?，即進(jìn)入冷凝器的蒸氣在冷凝后全部返回塔中。在全回流條件下，分離所需的理論板數(shù)最少。當(dāng)回流比減小至某一數(shù)值時(shí)，理論上為達(dá)到指定分離要求所需板數(shù)趨于無窮大，這是回流比的下限，稱為最小回流比?；亓鞅鹊倪x擇是一個(gè)經(jīng)濟(jì)問題，是在操作費(fèi)（主要取決于能耗）和設(shè)備費(fèi)（塔板數(shù)以及再沸器和冷凝器的傳熱面積）之間作出權(quán)衡。回流比的選取范圍是在最小回流比至無窮大之間。若選取的回流比太大，不僅使加熱蒸汽及冷卻水的消耗量增大，操作費(fèi)增大，還可能影響塔徑，使設(shè)備投資費(fèi)用也增大。同時(shí)太大的回流比使塔在操作時(shí)改變回流比、調(diào)節(jié)塔的分離能力的作用也大大減小。實(shí)際使用的回流比通常為最小回流比的1.1～2.0倍。精餾段物料平衡控制方案（直接物料平衡）該方案通過直接調(diào)整全塔物料平衡關(guān)系以控制塔頂產(chǎn)品的純度XD.

優(yōu)點(diǎn):1、有利于精餾塔平穩(wěn)操作.對(duì)于回流比較大時(shí)，控制D要比控制L靈敏。

2、當(dāng)塔頂產(chǎn)品質(zhì)量不合格時(shí)，如采用有積分作用的控制器，則塔頂采出量D會(huì)自動(dòng)暫時(shí)中斷，進(jìn)行全回流，這樣可保證得到的產(chǎn)品是合格的。

缺點(diǎn)：溫度控制回路滯后較大，反應(yīng)較慢。給控制質(zhì)量的提高帶來了困難。

適用場(chǎng)合：餾出液D很小，或回流比較大，且回流罐容積適當(dāng)?shù)木s塔。精餾段能量平衡控制方案該方案的主要問題：溫度與塔底液位兩回路之間存在著較嚴(yán)重的耦合。這樣的控制方案應(yīng)當(dāng)避免。(不推薦)4.4-13提餾段指標(biāo)控制問題

2、提餾段指標(biāo)控制塔底液體為主要產(chǎn)品

液相進(jìn)料，也常采用這類方案。這是因?yàn)樵谝合噙M(jìn)料時(shí)，進(jìn)料量F的變化，首先影響到塔底產(chǎn)品濃度表4.4-3提餾段指標(biāo)控制方案方案12無法采用，方案11因回流罐液位與提餾段溫度兩回路間在較嚴(yán)重的關(guān)聯(lián)通常不推薦，而方案9與方案10均是可采用的。提餾段能量平衡控制方案

特點(diǎn):按提餾段指標(biāo)控制再沸器加熱量，從而控制塔內(nèi)上升蒸汽量V。同時(shí)保持回流量L為定值。D和B都是按物料平衡關(guān)系，由液位控制器控制。

采用再沸器加熱量QH作為操縱變量，比回流量L控制的滯后小，反應(yīng)迅速，所以對(duì)克服進(jìn)入提餾段的擾動(dòng)和保證塔底產(chǎn)品質(zhì)量有利。

但當(dāng)回流量不足時(shí)，容易引起液泛。

提餾段物料平衡控制方案

優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)塔底采出量B較少時(shí)，操作比較平穩(wěn)；當(dāng)采出量B不符合質(zhì)量要求時(shí)，會(huì)自行暫停出料。缺點(diǎn)：滯后較大。此外，同樣要求回流量應(yīng)足夠大，以保證在最大負(fù)荷時(shí)的產(chǎn)品質(zhì)量。

改變物料平衡控制溫度優(yōu)點(diǎn)：1、回流比較高時(shí)，頂部產(chǎn)品量比較小，若采用能量平衡控制，則再沸器加熱量或回流量的微小波動(dòng)，亦將引起頂部采出量很大變化（百分?jǐn)?shù)），嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。再者，用很小的頂部產(chǎn)品流量也不可能使回流罐液位得到有效的控制?？梢姡?dāng)頂部產(chǎn)品流量很小或回流比很高時(shí)，應(yīng)當(dāng)采用以頂部產(chǎn)品流量為操縱變量的物料平衡控制方案。

根據(jù)同樣的理由，當(dāng)?shù)撞慨a(chǎn)品很少時(shí)，用底部產(chǎn)品流量控制溫度比較平穩(wěn)和精度較高，而且用它控制塔底液位不夠有效，這時(shí)必須采用以底部產(chǎn)品流量為操縱變量的物料平衡控制方案。

2、采用改變物料平衡來控制溫度的控制方案，具有使溫度對(duì)再沸器加熱量和進(jìn)料熱焓等能量擾動(dòng)不靈敏的優(yōu)點(diǎn)；使塔的抗擾動(dòng)能力提高，它減少了這些能量擾動(dòng)對(duì)塔內(nèi)部能量關(guān)系的影響。因此，再沸器加熱量等擾動(dòng)所引起的內(nèi)部能量變化對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響，遠(yuǎn)小于采用能量平衡控制方案。

3、在對(duì)進(jìn)料流量等擾動(dòng)設(shè)置前饋控制系統(tǒng)時(shí)，采用物料平衡控制的方案，可以方便地按塔的物料平衡和能量關(guān)系式建立靜態(tài)前饋模型。

4、用改變物料平衡來控制溫度的方案，類似于傳統(tǒng)的物料平衡控制方案。前者用溫度控制器來改變物料量，后者是保持該物料量一定，可以根據(jù)需要比較靈活地改變方案。

缺點(diǎn)：與能量平衡控制方案相比，物料平衡控制方案控制溫度緩慢。

原因：從物料平衡改變到溫度（或其他質(zhì)量指標(biāo)）變化要間接地通過液位控制回路來實(shí)現(xiàn)。精餾塔被控變量和操縱變量配對(duì)準(zhǔn)則準(zhǔn)則一：當(dāng)僅需一端的產(chǎn)品進(jìn)行控制時(shí)，選用物料平衡控制來控制該段的產(chǎn)品質(zhì)量準(zhǔn)則二：當(dāng)塔兩端的產(chǎn)品流量較小時(shí)，應(yīng)作為操縱變量控制塔兩端的產(chǎn)品質(zhì)量準(zhǔn)則三：當(dāng)塔兩端產(chǎn)品均需質(zhì)量控制時(shí)，通常對(duì)含純產(chǎn)品較少雜質(zhì)較多一端的質(zhì)量控制選用物料平衡控制三、按塔頂塔底兩端質(zhì)量指標(biāo)控制適用場(chǎng)合：頂部和底部產(chǎn)品均需符合質(zhì)量規(guī)格

可以采用兩個(gè)質(zhì)量控制系統(tǒng)分別對(duì)兩個(gè)產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)加以控制，能量消耗減少。方案16不能用

原因：當(dāng)精餾塔進(jìn)料一定時(shí)，按全塔物料平衡的要求產(chǎn)出量D、B中只有一個(gè)是獨(dú)立變量，因而兩個(gè)質(zhì)量控制器必然與全塔物料平衡關(guān)系矛盾！

塔頂、塔底產(chǎn)品質(zhì)量均采用能量平衡加以控制

當(dāng)改變回流量時(shí)，不僅影響塔頂溫度，同時(shí)也引起塔底溫度的變化。同樣，控制塔底再沸器加熱量時(shí)，也將影響到塔頂溫度的變化。所以塔頂和塔底兩個(gè)溫度控制系統(tǒng)之間存在著明顯的關(guān)聯(lián)。當(dāng)相關(guān)不嚴(yán)重時(shí)，可以通過控制器參數(shù)整定使耦合回路的工作頻率拉開，以減少關(guān)聯(lián)。如關(guān)聯(lián)嚴(yán)重，則必須采用解耦控制系統(tǒng)。兩端產(chǎn)品質(zhì)量控制方案之二

質(zhì)量控制回路之間同樣會(huì)存在明顯的耦合。兩端產(chǎn)品質(zhì)量控制方案之三

復(fù)雜控制系統(tǒng)在精餾塔控制中的應(yīng)用

前饋加反饋第五節(jié)先進(jìn)控制應(yīng)用示例：原油蒸餾塔的多變量預(yù)測(cè)控制一、原油常減壓蒸餾工藝概況

原油常減壓蒸餾過程是石油加工的第一道工序。它不僅擔(dān)負(fù)了為大量后續(xù)加工過程提供原料或半成品的任務(wù)，同時(shí)還直接生產(chǎn)若干產(chǎn)品。該加工過程需要消耗大量的能源。隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的激烈，以往僅僅以平穩(wěn)操作為主要目標(biāo)的生產(chǎn)方式已不能滿足要求，人們進(jìn)一步提出了原油蒸餾過程的先進(jìn)控制與操作優(yōu)化問題，即期望用盡可能少的能源，生產(chǎn)出盡可能多的石油產(chǎn)品，并使各石油產(chǎn)品之間的重疊度進(jìn)一步減小。

原油蒸餾過程與二元或多元精餾的區(qū)別：

1）原油的組成復(fù)雜，欲利用純組分之間的氣液平衡關(guān)系進(jìn)行各類計(jì)算式十分困難，甚至是不可能的，只能采用經(jīng)驗(yàn)的算法。

2）供熱方式不同。原油蒸餾由于塔底溫度過高，只能采用加熱進(jìn)料的方式供熱，使原油在加料層產(chǎn)生閃蒸汽化，并逐級(jí)分離而獲得各種不同沸點(diǎn)組分的產(chǎn)品或半成品。所以，原油蒸餾想采用以再沸器加熱量作為控制手段的方案受到很大限制。

3）由于原油蒸餾塔進(jìn)料熱量較固定，因而塔的總回流量由全塔熱平衡決定，而不是根據(jù)產(chǎn)品的分離精度唯一地確定。一般認(rèn)為，過大過小地增減回流比都將直接引起產(chǎn)品收率下