北华大学毕业设计（论文）
完全汽化，而在液相消失前，其浓度为x3，液相完全汽化成蒸汽后，则气相浓度y3，与溶液的最初浓度x1相同。若继续加热至t2，蒸汽成为过热蒸汽，随着温度升高，浓度保持不变。自J点向上至H点的这一阶段，是使溶液汽化的过程，称为部分汽化的过程。若继续加热到日点或日点以上，则称为全部汽化过程。显然，只有用部分汽化的方法，才能从溶液中分离出具有不同浓度的蒸汽，而且其中所含易挥发组分较多，也即部分汽化能起一定的分离作用。而完全汽化则不能使溶液的浓度改变，起不到分离作用。反之，也可从溶液的蒸汽出发，进行冷凝，此过程恰与上述汽化过程相反。
120115110105温度/℃t5B1009590858075700t43CFtt2HEGDt1A20x140x2y60y2y1x3 380100
浓度s x 100图2.2 苯一甲苯气液相平衡温度浓度曲线
由上述讨论可见，部分汽化或部分冷凝之所以能起到部分分离的作用，其基本依据仍然是溶液中两组分的挥发性能之间的差异。部分汽化和部分冷凝是精馏装置中反复发生的过程，依靠此作用才能达到将溶液中两组分加以分离的目的。所以，多次部分汽化，同时又把产生的蒸汽多次部分吸收冷凝是精馏的基础。由于溶液汽化要吸收热量，气体冷凝要放出热量。为此，精馏过程必须具备使塔釜加热汽化的设备（再沸器）和使塔顶蒸汽冷凝的设备冷凝器。
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2.2 控制方案介绍
随着控制技术的不断发展，新型控制方案、控制算法不断出现，自定化控制技术工具也有了飞速的发展，尤其是计算机在工业过程中的应运日益广泛，使得精馏塔过程控制中新的控制方案层出不穷，控制系统的品质指标越来越高，保证了塔的平稳操作。新型控制方案：解耦控制、推断控制、精馏塔的节能控制及精馏塔的最优控制。所谓精馏塔的最优控制是指在产品质量保证一定规格的前提下，综合某些要求，规定一种明确的指标，并使其达到最优。
本文设计精馏塔塔釜温度有两种方案：
第一种：采用灵敏板温度作为主参数，以再沸器加热蒸汽的流量作为副参数，这样就组成了一个由灵敏板温度和再沸器加热蒸汽流量组成的串级调节系统，以实现对精馏塔的塔釜温度的控制。其示意图如图2.3：
进料TCTI精馏FIFC塔蒸汽塔底再沸器PV_1D
图2.3 串级控制原理图
第二种：采用灵敏板温度作为主参数，以再沸器加热蒸汽的流量作为副参数，这样就组成了一个由灵敏板温度和再沸器加热蒸汽流量组成的串级调节系统，再跟进料流量组成前馈—串级控制系统。其示意图如图2.4所示：
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进料Gff+TC精馏FIFC塔蒸汽塔底再沸器PV_2D
图2.4 前馈—串级控制原理图
2.3 精馏塔的灵敏板选择
精馏塔内从上到下与气液两相组成变化相对应有一个温度分布。在接近精馏塔塔顶和塔底的相当一段高度内，气液组成和温度变化不明显。如果只测塔两端温度，一旦塔顶或塔底温度发生可觉察的温度变化时，塔顶或塔底产品的组成已经不合格了，这主要是因为这两处的温度变化有延时造成的。在离塔两端一定距离处的塔板上，温度随塔高有较大的变化。若塔内浓度分布发生变化，则这些板上的温度将发生较大的变化，易于测量发现变化，因此可以在塔顶温度没有发生改变前久采取措施防止塔顶Xd降低。这些塔板被称为灵敏板，生产上常用测量和控制灵敏板的温度来调节控制馏出液和釜残液的质量。
当正在操作中的精馏塔受到某一外界干扰，如回流比、进料组成波动等，全塔各板的组成和温度将发生变化。变化最灵敏的一块板或相邻的几块板称为灵敏板。在一定总压下，塔顶温度是馏出液组成的直接反映。但在高纯度分离时，在塔顶（或塔底）相当高的一个塔段中温度变化极小。可见高纯度分离时一般不能用测量塔顶温度的方法来控制馏出液的质量。 仔细分析操作条件变动前后温度分别的变化，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。将感温元件安置在灵敏板上可以较早觉察精馏操作所受到的干扰；而且灵敏板比较靠近进料口，可在塔顶馏出液组成尚未产生 变化之前先感受到进料参数的变动并即使采取调节手段，以稳定馏出液的组成。
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在精馏塔逐板计算中，往往可以发现某一板和相邻板的组成变化较大，因而温度变化也较大，在操作发生变化时，该板的温度变化最灵敏，所以称此板为灵敏板。采用灵敏板控制的好处是：
（1）变化灵敏，调节准确。
（2）可以提前看出塔釜物料的变化趋势，提前调节，避免轻组分带人釜液中。 精馏塔灵敏板选择，原则上精馏塔的稳定操作取决于对灵敏板参数的稳定监控，需要在实践中摸索。这个参数与你的板结构、处理量、物系、操作条件、上下游工况的影响等有关
塔顶踏板序号塔底温度t
图2.5 精馏塔内部温度分布图
精馏塔内温度分布：由塔底至塔顶逐渐降低
温度在塔顶或塔底相当一段高度内变化极小，通过监测塔顶和塔底温度 来反映馏出液组成和釜残液组成。
操作条件（F、q、 R再沸器与冷凝器的热负荷等）改变必然引起分离效果 的变化，但每一块板改变的程度不等。
灵敏板：温度改变最显著的塔板。以该塔板上的温度监控全塔的操作状 态，有利于对精馏塔进行预见性调节。
2.4 精馏塔控制要求
精馏塔的控制目标是，在保证产品质量合格的前提下，使塔的总收益（利润）最大或总成本最小。具体对一个精馏塔来说，需从四个方面考虑，设置必要的控制系统。
（1）产品质量控制
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塔顶或塔底产品之一合乎规定的纯度，另一端成品维持在规定的范围内。在某些特定情况下也有要求塔顶和塔底产品均保证一定的纯度要求。所谓产品的纯度，就二元精馏来说，其质量指标是指塔顶产品中轻组分（或重组分）含量和塔底产品中重组分（轻组分）含分，塔顶产品的关键组分是易挥发的，称为轻关键组分，塔底产品是不易挥发的关键组分，称为重关键组分。
（2）物料平衡控制
进出物料平衡，即塔顶、塔底采出量应和进料量相平衡，维持塔的正常平稳操作，以及上下工序的协调工作。物料平衡的控制是以冷凝液罐（回流罐）与塔釜液位一定（介于规定的上、下限之间）为目标的。
（3）能量平衡控制
精馏塔的输入、输出能量应平衡，使塔内的操作压力维持稳定。 （4）约束条件控制
为保证精馏塔的正常、安全操作，必须使某些操作参数限制在约束条件之内。常用的精馏塔限制条件为液泛限、漏液限、压力限及临界温差限等。所谓液泛限，也称气相速度限，即塔内气相速度过高时，雾沫夹带十分严重，实际上液相将从下面塔板倒流到上面塔板，产生液泛，破坏正常操作。漏液限也称最小气相速度限，当气相速度小于某一值时，将产生塔板漏液，板效率下降。防止液泛和漏液，可以塔压降和压差来监视气相速度。压力限是指塔的操作压力的限制，一般是最大操作压力限，即塔操作压力不能过大，否则会影响塔内的气液平衡，严重越限甚至会影响安全生产。临界温差限主要是指再沸器两侧间的温差，当这一温差低于临界温差时，给热系数急剧下降，传热量也随之下降，不能保证塔的正常传热的需要。
2.5 精馏塔精馏段的扰动分析
精馏塔精馏段的操作就是按照塔顶产品的组成要求来对这几个影响因素进行调节。精馏操作过程的影响因素有以下几方面：1.塔的温度和压力；2.进料量；3.进料组分；4.进料温度；5.回流量；6.塔顶冷剂量；7.塔顶采出量等。在精馏塔精馏段操作过程中要克服各种影响因素的变化，防止对塔顶产品的数量和组成的影响。
（1）精馏塔操作压力的变化对精馏塔精馏段操作的影响
塔的设计和操作都是基于一定的塔压下进行的，因此一般精馏塔总是首先要保持压力的恒定。塔压波动对塔的操作将产生如下的影响。
①影响产品质量和物料平衡
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