精馏塔的工艺控制方案设计

彭国荣（德希尼布化工工程有限公司，上海 200031）

精馏塔的工艺控制方案设计

彭国荣（德希尼布化工工程有限公司，上海 200031）

在精馏塔的工艺控制当中，压力和温度是其中两个比较重要的控制变量，本文通过对精馏塔的压力控制方案和温度控制方案进行分析后，对精馏塔的工艺控制方案进行设计。

精馏塔；工艺控制；方案设计

精馏是一种利用回流使液体混合物得到高纯度分离的蒸馏方法，是工业上应用最广的液体混合物分离操作，精馏塔是精馏过程中最为重要的设备，根据分离操作条件和工艺要求的不同，精馏塔的操作流程也具有一定的差异。精馏塔的控制是一个多变量控制过程，如何在许多被控变量和操纵变量中选择配对，是实现塔的常规控制很重要的问题。要想对精馏塔的精确、高效和安全进行控制，需要采取合适的工艺控制方案，以此来提高产品的品质，降低能耗。本文着重对精馏塔的压力和温度控制方案进行分析。

1 压力控制方案

一般情况下，精馏塔的控制系统都是以恒定的塔压来进行精馏，塔压的波动会使其中的温度分布情况产生差异，会破坏全塔物料平衡和气液平衡，从而增加控制难度，降低分离性能，破坏塔的平衡操作进而影响产品质量。目前常见的精馏塔压力控制方案主要有以下几个方面：

1.1 常压塔

当空气对分离物料没有影响的情况下，不需要对精馏塔中的压力进行控制，只需要在回流罐上设置放气口就可以，所以在常压塔中，可以在其中引入惰性气体，来实现对塔压的分程控制。

1.2 加压塔

加压塔的压力控制方案的确定与塔顶镏出物状态及镏出物中不凝性气体多少有关。对于加压塔来说，存在以下两种方案，一种方案是存在不凝气，在这样的情况下，只需要对不凝气的排放量进行控制，就能够对塔压进行控制。另外一种方案是精馏塔中没有不凝气，可以采用热气体旁路控制的方法来对塔压进行控制，与传统的通过调节冷却水进行控制相比较，这种控制方法存在如下优势：首先是控制回路的响应时间较快，高处的回流罐能够对回流泵提供较高的NPSH[1]。其次冷凝器可以就地安装，在冷凝器中水垢比较大的情况下，可以及时的对其清洗和维修；对于调节阀的安装来说，一般可以在管线尺寸较小的热旁路上进行安装，其流量大小可以根据冷凝器出口温度确定。

1.3 真空塔

对于真空塔来说，可以在其中引入惰性气体或者空气来对压力进行控制；也可以通过调节真空设备的负荷来实现对压力的控制。

2 温度控制方案

精馏塔的质量指标一般包括直接指标和间接指标。对于直接指标而言，就是直接对产品的质量进行评价分析，但是目前所使用的产品分析设备具有造价高、维修难度大和动态响应慢等特点，所以一般很少应用在工业生产上。在对温度进行控制的过程中，从理论上来说，塔顶温度能够准确的反映出塔顶产品的质量，塔底温度能够准确的反映出塔釜产品的质量，但是在实际精馏过程中，这样的方法并不精确，主要原因在于各个精馏塔中各个塔板上产品的成分比较接近，也就是说温度的变化差异很小，需要通过精度和灵敏度很高的温度检测设备才能对温度进行精确的检测，但是目前的仪器设备不能达到这样的效果。可通过仔细分析操作条件变动后前后温度的变化，即可发现在精馏段或提馏段的某些塔板上，温度变化量最为显著；或者说，这些塔板的温度对外界干扰因素的反映最灵敏，故将这些塔板称之为灵敏板。针对这样的问题，可以采用灵敏板温度控制来对产品质量进行控制，采用这种方法对温差进行控制的过程中，需要选择两个重要的温度监测点，将其中一个温度作为参考温度，另外一个为灵敏板温度，参考温度根据压力的变化而变化，而灵敏板温度受到压力和产品质量两个方面的影响，压力对两个温度点的影响是相同的，在这样的情况下，只需要通过压力补偿，就能够很好的实现对温度差的精确控制[2]。

3 精馏塔工艺控制方案

3.1 产品质量控制

产品质量控制方案主要指的是将精馏过程中的回流量、馏出量和釜液量等主要参数中的一个参数保持恒定，通过对其它参数的控制来对液位进行控制，根据产品位置的不同，相应的质量控制方案也不相同。对于精馏段控制来说，主要是通过对其回流量和馏出量进行调节来实现的，利用在回流量较大的精馏塔当中，其优势在于操作平稳精确，能够实现对回流量的精确控制，在产品不达标的情况下，可以对塔顶的流出量进行控制，通过全回流来对产品的质量进行控制。对于提馏段控制来说，主要是对蒸汽量进行调节加热来实现的，在这个方案中，蒸汽量作为变量，具有相比调节回流量更加迅速的动态响应时间，能够确保塔釜产品的整体质量。

3.2 物料平衡控制

物料平衡控制是通过外界对物料进行控制，使产品在更高程度上符合工艺要求，主要适用于对产品质量没有严格要求，同时进料流量和进料性质没有明显变化的精馏过程。精馏塔在分离沸点接近的组份时，需要较大的回流比来进行控制，在这样的情况下，塔顶产品的组成和流量与回流比波动有着较为重要的联系，也就是说在回流比大于10的情况下，回流量会发生一定程度的减少或者增加，相应塔顶产品的流量也会增加或者减少。所以说在回流率比较大的情况下，需要将塔顶产品的流量作为可控变量进行对待，以此提高控制灵敏度，实现物料的平衡控制[3]。

4 结语

精馏塔的整体精馏过程比较复杂，具有多输入、多输出和多干扰的变量，其中温度和压力是影响精馏塔的两个主要变量，这就需要根据精馏塔精馏工艺的主要方式和特点，来对温度控制方案和压力控制方案进行选择。在另外一个方面，也需要在对工艺机理进行分析的基础上，结合产品的质量要求、操作要求和工艺操作过程，设计并选择合适的精馏塔工艺控制方案，实现对产品质量的有效控制。

[1]李克景.浅谈精馏塔的工艺控制方案设计[J].石油化工应用,2013,32(3):119-124.

[2]董振.探讨精馏塔的工艺控制方案设计[J].工业,2016 (12):00067-00067.

[3]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.