精馏塔工艺要求和约束条件

   要对精馏塔实施有效的自动控制，必须首先了解精馏塔的控制目标。精馏塔的控制目标一般从质量指标、产品产量和能量消耗三方面考虑。任何精馏塔的操作情况同时受约束条件的制约，因此，在考虑精馏塔控制方案时一定要把这些因素考虑进去。

   1．质量指标

   质量指标（即产品纯度）必须符合规定的要求。一般应使塔顶或塔底产品之一达到规定的纯度，要求另一个产品也应该维持在规定的范围之内，或者塔项和塔底的产品均保证一定的纯度要求。如果产品质量不合格，它的价值就将远远低于合格产品。但决不是说质量越高越好。由于质量超过规定，产品的价值并不因此而增加；其中质量是必要条件，在质量指标一定的条件下应在控制过程中使产品的产量尽可能提高一些，同时能量消耗尽可能低一些。而产品产量却可能下降，同时操作成本主要是能量消耗会增加很多。因此，总的价值反倒下降了。由此可见，除了要考虑使产品符合规格外，还应同时考虑产品的产量和能量消耗。

   2．产品产量指标

   在达到一定质量指标要求的前提下，应得到尽可能高的产量，从而使产品的回收率提高。这对于提高经济效益显然是有利的。

   产品的回收率定义为产品量与进料中该产品组分的量之比。即：

           Ri=P/Fzi                                      （8）

   生产效益除了产品纯度与产品回收率之间的关系，还必须考虑能量消耗因素。由精馏原理可知，用精馏搭进行混合物的分离是要消耗一定能量的；要使分离的产品质量越高，产品产量越多，所需的能量也就越大。

按产品成分或物性指标的直接控制方案

   精馏塔的质量控制1好能选择表征塔顶和塔底产品的质量指标，即产品的成分作为被控变量，即直接控制方案。上述的温度、温差或双温差控制都是间接控制产品质量的方法。利用产品分析器，例如色谱仪、红外分析器、密度计、干点、闪点及初馏点分析器等，分析出塔顶（或塔底）的产品成分并将其作为被控变量，而将回流量或再沸器的加热量等作为控制变量，就可以组成成分控制，实现按产品成分的直接指标控制。对于一个精馏塔来讲，塔顶产品和塔底产品的质量调节系统之间是相互关联的，当相互影响严重时，不能达到预定的质量控制目的，此时可采用解耦控制以减少或消除它们之间的相关影响。

   采用色谱仪可以测量多组分的浓度，并可以通过测量其他含量较少的杂质组分之和来决定产品的纯度。精馏工艺上通常采用工业色谱仪进行在线的成分分析，并以关键组分的浓度比进行控制。由于色谱仪也是根据吸收和解吸原理工作的，在精馏塔中很难进行的分离在色谱仪中也是困难的。同时分析仪需要采样系统且其测量滞后影响了控制系统的动态响应。这是在使用时应予注意的。在精馏塔的操作中，当干扰产生时，多个塔板中灵敏板的变化量明显。因此，可选择测量灵敏板上的成分，并作为被控变量进行控制。当进料是汽液混相状态时，则只有当汽液两相的比例恒定时，进料热焓才能恒定，必要时应设置热焓控制的环节来维持。

与温度控制的情况类似，塔顶或塔底产品的成分是能体现产品的质量指标。但是当分离的产品较纯时，在邻近塔顶、塔底的各板间，成分差很小，而且每块板上的成分在受到干扰后变化也很小，这就要求检测成分的仪表灵敏度很高。理论上讲，按产品成分的直接指标控制方案，是直接、1有效的方案。它可为各种基于化工热力学的多变量控制及精1确控制打下基础。但是，就目前测量产品成分的仪表来说，准确度一般较差、滞后时间也很长，因而控制系统的控制质量受到很大影响。但只要不断改善成分分析仪表的性能，按产品成分的直接指标控制方案将得到广泛应用。在精馏操作中，质量指标、产品回收率和能量消耗均是要控制的目标。

醪垢的形成

   2.1发酵成熟醪成分

   发酵成熟醪是一个复杂的多组分非均相混合液。它由水（75%%-90%%，w/w）、干物质（4%%-10%%，w/w）、酒精及其它挥发性物质（6%%-15%%，w/w）构成。

   2.2醪垢成分

   醪垢的化学成分受各种条件影响很大。

   分析结果表明，不同的原料产地、不同的前处理方法、不同的酒精生产工艺，醪垢的成分都不同。即便是同一工厂不同生产时期、不同部位醪垢成分也有一定差别。 醪垢的化学成分为碳酸钙、碳酸镁、磷 酸钙、硫酸钙、有机酸钙、糖、糊精、蛋白质 等，是由多种无机物、有机物构成的，并以无机物为主。在一定的纯度要求下，增加塔内的上升蒸汽是有利于提高产品回收率的。

   2.3醪垢的成因

   2.3.1 微溶或可溶物质在蒸馏过程中达 到过饱和状态而析出发酵成熟醪在蒸馏过程中沿塔板逐层 而下。相对挥发性大的物质在醪塔内沿塔板逐层上升，从顶部排出；无论哪种制浆工艺，造成堵塔或换热器效率下降的主要原因均为醪垢的积累，物料粒度则是次要原因。干物质和水，还有醇、酸、酯类等相对挥发性小的物质沿塔 板逐层向下，微溶或可溶物质浓度不断增 加，当其浓度超过其溶解度达到过饱和状态后，便会在塔底再沸器的管壁及蒸馏塔塔盘和塔件表面析出。在蒸馏过程中首先析出的是溶解度较小的碳酸钙、碳酸镁、磷酸钙等，而溶解度稍大一些的也逐渐被浓缩沉积，如硫酸钙、有机酸钙等。

   发酵成熟醪中的不溶性悬浮物质，如酵母菌体、纤维、淀粉及析出的无机盐形成晶 核，加速了处于饱和状态下的无机盐、有机盐、糖、糊精、可溶性蛋白质等的析出。众所周知，国内大部分酒精厂采用了离心清液回配技术。离心清液的回配进一步提高了发酵成熟醪中干物质含量，加剧了微溶或可溶物质在醪液输送、换热、蒸馏过程中的析出和结垢概率。在某些考虑前后工序关系的整个生产过程的控制中可以采用逆流向物料平衡控制方案。

可溶性钙盐转化成碳酸钙垢在蒸馏过程中，可溶性有机酸钙盐与醪液中的可溶性碳酸盐反应生成碳酸钙垢：

   CaA2 +Na2CO3=CaCO3↓+2NaA

   CaA2+K2CO3=CaCO3↓+2KA

   2.3.3 可溶性钙盐受热分解生成难溶碳酸钙垢在蒸馏过程中，可溶性钙盐受热分解生成溶解度小的盐垢：

   Ca（H CO3）2 =CaCO3 ↓+H2O+CO2↑ Mg（HCO3）2 = MgCO3↓+H2O+CO2↑

 前处理制浆工艺对醪垢的生成也有影响

   在酒精生产中，前处理制浆工艺可分为干法、半干法、湿法及改良湿法等，其对醪液输送、换热、蒸馏等过程中的结垢及积料影响程度从小到大，依次为湿法、干法、半干法、改良湿法。无论哪种制浆工艺，造成堵塔或换热器效率下降的主要原因均为醪垢的积累，物料粒度则是次要原因。对于一个精馏塔来讲，在进料成分Z一定时，只要保持V／F和D／F一定（或者在F一定时保持D和V一定），这个塔的分离结果也就是产品成分y和x将被完全确定。