精餾塔的控制1好能選擇表征塔頂和塔底產(chǎn)品的指標(biāo),即產(chǎn)品的成分作為被控變量,即直接控制方案。上述的溫度、溫差或雙溫差控制都是間接控制產(chǎn)品的方法。利用產(chǎn)品分析器,例如色譜儀、紅外分析器、密度計、干點、閃點及初餾點分析器等,分析出塔頂(或塔底)的產(chǎn)品成分并將其作為被控變量,而將回流量或再沸器的加熱量等作為控制變量,就可以組成成分控制,實現(xiàn)按產(chǎn)品成分的直接指標(biāo)控制。
采用色譜儀可以測量多組分的濃度,并可以通過測量其他含量較少的雜質(zhì)組分之和來決定產(chǎn)品的純度。精餾工藝上通常采用工業(yè)色譜儀進行在線的成分分析,酒精精餾塔供應(yīng),并以關(guān)鍵組分的濃度比進行控制。由于色譜儀也是根據(jù)吸收和解吸原理工作的,在精餾塔中很難進行的分離在色譜儀中也是困難的。同時分析儀需要采樣系統(tǒng)且其測量滯后影響了控制系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)。這是在使用時-注意的。在精餾塔的操作中,當(dāng)干擾產(chǎn)生時,多個塔板中靈敏板的變化量明顯。因此,可選擇測量靈敏板上的成分,并作為被控變量進行控制。
與溫度控制的情況類似,塔頂或塔底產(chǎn)品的成分是能體現(xiàn)產(chǎn)品的指標(biāo)。但是當(dāng)分離的產(chǎn)品較純時,在鄰近塔頂、塔底的各板間,成分差很小,而且每塊板上的成分在受到干擾后變化也很小,這就要求檢測成分的儀表靈敏度-。理論上講,按產(chǎn)品成分的直接指標(biāo)控制方案,是直接、1有效的方案。它可為各種基于化工熱力學(xué)的多變量控制及精1確控制打下基礎(chǔ)。但是,就目前測量產(chǎn)品成分的儀表來說,準(zhǔn)確度一般較差、滯后時間也很長,因而控制系統(tǒng)的控制受到很大影響。但只要不斷-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。
和其他化工過程一樣,精餾是在一定的物料平衡和能量平衡的基礎(chǔ)上進行的。一切因素均通過物料平衡和能量平衡影響塔的正常操作。影響物料平衡的因素包括進料量和進料成分的變化,頂部餾出物及底部出料的變化。影響能量平衡的因素主要是進料溫度或熱焓的變化,再沸器加熱量和冷凝器冷卻量的變化,此外還有塔的環(huán)境溫度等變化。同時,物料平衡和能量平衡之間又是相互影響的。要了解這些因素是如何影響精餾塔操作的,酒精精餾塔,首先必須分析它的靜態(tài)規(guī)律,即研究其靜態(tài)特性。從而分析上述因素對精餾塔的動態(tài)影響。
1.精餾塔中靜態(tài)關(guān)系的分析
圖15為精餾塔的物料流程圖,南京酒精精餾塔,可簡單地視其于為二元精餾。則從物料平衡和能量關(guān)系出發(fā),可得出它的總的物料平衡關(guān)系為
f=d+b (9)
輕組分的物料平衡關(guān)系為
fz=dy+bx (10)
式中,f、d和b分別為進料量、頂部餾出物量和塔底產(chǎn)品;z、y和x分別為進料、頂部餾出物和底部產(chǎn)品中輕組分的含量。由以上兩式,可明顯看出進料量f在產(chǎn)品中的分配量(即d/f)是決定頂部和底部產(chǎn)品中輕組分含量y和x的關(guān)鍵因素。
靜態(tài)下精餾塔的能量關(guān)系為
qh+fhf=qc+dhd+bhb (11)
式中,酒精精餾塔價格,qh為再沸器加熱量,qc為冷凝器冷卻量,hp、hd和hb分別為進料頂部、底部產(chǎn)品的比熱熔。在式中,每一項都影響著塔內(nèi)上升蒸汽的流量v。對于一個既定的塔來講,v與f之比與塔的分離度s有關(guān)。即v/f一定時意味著塔分離度也一定。
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