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精餾過(guò)程的自動(dòng)控制方法
精餾過(guò)程是石油和化工生產(chǎn)中應(yīng)用極為廣泛的生產(chǎn)過(guò)程,它是利用混合液中各組分揮發(fā)度的不同,將各組分進(jìn)行分離提取以達(dá)到規(guī)定純度要求的產(chǎn)品。
精餾過(guò)程是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程,其關(guān)鍵設(shè)備是精餾塔。在精餾操作中,被控變量多,可以選用的操作變量也多,它們之間又可以有多種不同組合。所以,控制方案繁多。
精餾塔的基本控制方案
精餾塔的基本控制方式是討論復(fù)雜和特殊控制方案乃至1優(yōu)控制的基礎(chǔ),同時(shí)也是目前實(shí)際應(yīng)用中1常見(jiàn)的方案。但只要不斷改善成分分析儀表的性能,按產(chǎn)品成分的直接指標(biāo)控制方案將得到廣泛應(yīng)用。精餾塔是一個(gè)多變量對(duì)象,因此如果將任意一個(gè)被調(diào)參數(shù)和任意一個(gè)調(diào)節(jié)參數(shù)組成調(diào)節(jié)回路,就可能有許多調(diào)節(jié)方案。而產(chǎn)品質(zhì)量往往是精餾過(guò)程的主要目標(biāo),因此,在基本控制方案中,以產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)來(lái)選取調(diào)節(jié)參數(shù),一種是采用溫度作為間接質(zhì)量指標(biāo),一種是采用產(chǎn)品成分等作為直接質(zhì)量指標(biāo)。
(l)按提餾段指標(biāo)的控制方案
如果對(duì)釜底出料的成分要求高于塔頂出料,塔頂或精餾段板上溫度不能很好地反映組分變化和實(shí)際操作回流比大于幾倍1小回流比時(shí),可采用提餾段控制。提餾段溫度是衡量質(zhì)量指標(biāo)的間接指標(biāo),而以改變?cè)俜衅骷訜崃孔鳛榭刂剖侄蔚姆桨福褪翘狃s段溫控。
該方案以提餾段塔板溫度為被控變量,加熱蒸汽量為操縱變量。(3)進(jìn)料溫度TF及進(jìn)料熱量QF的變化進(jìn)料溫度通常是較為恒定的。除了這個(gè)主要控制系統(tǒng)外,還設(shè)有若干個(gè)輔助控制系統(tǒng);進(jìn)料量F為定值控制或用均值控制系統(tǒng);對(duì)塔底采出量B和塔頂餾出物D,按物料平衡關(guān)系分別設(shè)有塔底與回流罐的液位控制器作均勻控制;為維持塔壓恒定,在塔頂設(shè)置壓力控制系統(tǒng),控制手段是控制冷凝器的冷卻量;提餾段溫控時(shí),回流量采用定值控制,且回流量應(yīng)足夠大,以便當(dāng)塔的處理量1大時(shí),仍能保持塔頂產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)在規(guī)定的范圍內(nèi)。
提餾段溫控由于采用了提餾段溫度作為間接質(zhì)量指標(biāo)。因此,它能夠較直接地反映提餾段產(chǎn)品情況。將提餾段恒定后,就能較好地保證塔底產(chǎn)品的質(zhì)量。
對(duì)于液相進(jìn)料時(shí),進(jìn)料量或進(jìn)料成分的變化很快影響塔底的成分,而提餾段溫控比較及時(shí),動(dòng)態(tài)過(guò)程也比較快。提餾段溫控的一個(gè)特點(diǎn)是回流量足夠大,因而在保持塔底質(zhì)量的前提下,仍能保持塔頂質(zhì)量,因此即使塔頂產(chǎn)品質(zhì)量要求比塔底嚴(yán)格時(shí),仍可采用提餾段溫控。提餾段溫控的一個(gè)特點(diǎn)是回流量足夠大,因而在保持塔底質(zhì)量的前提下,仍能保持塔頂質(zhì)量,因此即使塔頂產(chǎn)品質(zhì)量要求比塔底嚴(yán)格時(shí),仍可采用提餾段溫控。
溫差控制及雙溫差控制
在精密精餾中,產(chǎn)品純度要求很高,組分間的相對(duì)揮發(fā)度差值很小,因而組分變化不大,然而微小的壓力波動(dòng)會(huì)造成明顯的溫度變化。發(fā)酵成熟醪中的不溶性懸浮物質(zhì),如酵母菌體、纖維、淀粉及析出的無(wú)機(jī)鹽形成晶核,加速了處于飽和狀態(tài)下的無(wú)機(jī)鹽、有機(jī)鹽、糖、糊精、可溶性蛋白質(zhì)等的析出。這樣,就破壞了溫度和組分間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。此時(shí),采用溫度作為被控變量的提餾段和精餾段溫度控制就得不到很好的效果,而應(yīng)當(dāng)采用溫差控制。
采用溫差作為被控變量通常可以在塔頂(或塔底)附近的一塊塔板上檢測(cè)出該板溫度,再檢測(cè)出靈敏板上的溫度,由于壓力的波動(dòng)對(duì)每塊板的溫度影響基本相同,只要將上述檢測(cè)到的兩個(gè)溫度值相減,壓力的影響幾乎相互抵消。而當(dāng)進(jìn)料成分變化時(shí),為了保持產(chǎn)品成分不變,可以相應(yīng)調(diào)節(jié)D/F,以補(bǔ)償進(jìn)料成分變化的影響。在實(shí)際應(yīng)用中,溫差控制的關(guān)鍵是正確選擇測(cè)溫點(diǎn),合理給出溫差設(shè)定值。這是因?yàn)闇囟扰c產(chǎn)品成分之間的關(guān)系不是線性的,同一溫差在不同條件下可以有兩個(gè)不同的組分。圖18是正丁烷和異丁烷分離塔的溫差和塔底產(chǎn)品中輕組分濃度的關(guān)系示意圖。由圖可見(jiàn),曲線除1高點(diǎn)外,每一溫差都有兩個(gè)不同的組分濃度。1高點(diǎn)左側(cè)部分對(duì)應(yīng)的塔底產(chǎn)品純度較高,而右側(cè)則較低。因此,溫差的工作點(diǎn)應(yīng)位于曲線的左側(cè)。