精馏塔的干扰因素

   和其他化工过程一样，精馏是在一定的物料平衡和能量平衡的基础上进行的。一切因素均通过物料平衡和能量平衡影响塔的正常操作。影响物料平衡的因素包括进料量和进料成分的变化，顶部馏出物及底部出料的变化。影响能量平衡的因素主要是进料温度或热焓的变化，再沸器加热量和冷凝器冷却量的变化，此外还有塔的环境温度等变化。同时，物料平衡和能量平衡之间又是相互影响的。要了解这些因素是如何影响精馏塔操作的，首先必须分析它的静态规律，即研究其静态特性。（2）进料成分ZF的变化进料成分取决于上一工序出料或原料情况，对精馏塔的控制系统来讲，它是不可控的干扰。从而分析上述因素对精馏塔的动态影响。

   1．精馏塔中静态关系的分析

   图15为精馏塔的物料流程图，可简单地视其于为二元精馏。则从物料平衡和能量关系出发，可得出它的总的物料平衡关系为

           F=D＋B           （9）

   轻组分的物料平衡关系为

   Fz＝Dy＋Bx        （10）

式中，F、D和B分别为进料量、顶部馏出物量和塔底产品；z、y和x分别为进料、顶部馏出物和底部产品中轻组分的含量。由以上两式，可明显看出进料量F在产品中的分配量（即D／F）是决定顶部和底部产品中轻组分含量y和x的关键因素。

   静态下精馏塔的能量关系为

   QH+FHF＝QC＋DHD＋BHB      （11）

式中，QH为再沸器加热量，QC为冷凝器冷却量，HP、HD和HB分别为进料顶部、底部产品的比热熔。在式中，每一项都影响着塔内上升蒸汽的流量V。对于一个既定的塔来讲，V与F之比与塔的分离度S有关。即V／F一定时意味着塔分离度也一定。

精馏塔的控制方案

   在了解了精馏塔的操作要求和影响因素之后，余下的问题就是如何确定精馏塔的控制方案。首先简述设置精馏塔控制方案的基本观点。为简化讨论，只谈及顶部和底部产品均为液相的且没有侧线采出的情况。在精馏塔的控制中，往往都设有压力调节系统，来保持塔内压力的恒定。由于精馏塔的控制方案繁多，只按这些基本观点选择具有代表性的、常见的控制方案作出介绍。

    1．设置精馏塔控制方案的基本观点

   （1）按物料及能量平衡关系进行控制

   对于一个实际操作的二元精馏塔，在进料成分一定时，只要把D／F和V／F调节一定；且顶部回流罐液位调节以保证回流按照L=Vr－D的关系保持一定；底部产品流量B在液位调节作用下也可以保证B=F-D的物料平衡关系，那么该塔的产品质量就能得到控制。需指出，由于能量关系因素V主要取决于再沸器加热量，但也取决于进料和回流的热焓。当回流温度恒定时，只须考虑进料设置温度或热焓自动调节系统。于是可保持再沸器的蒸汽量一定，就相当于塔内上升蒸汽量V一定了。考虑到因冷凝器冷却量和环境等扰动因素而使能量平衡可能破坏，从而使塔压变化，因此在塔顶设置压力调节系统。对于D／F和V／F的控制，由顶部产品量D、再沸器加热蒸汽量和进料量F分别组成比值控制系统。若考虑到动态关系，可添加补偿环节，一般采用超前-滞后环节。（3）进料温度TF及进料热量QF的变化进料温度通常是较为恒定的。

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。正因如此，在进料热熔变化不大或可以忽略时，一般总把V的变化或V／F的变化，看作是由再沸器加热量QH提供的。

   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。精馏塔是一个多变量对象，因此如果将任意一个被调参数和任意一个调节参数组成调节回路，就可能有许多调节方案。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。

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。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。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。

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。（5）冷却剂入口温度及阀前压力的变化冷却剂量的变化会影响到回流量或回流温度，它的变化主要是由于冷却剂的压力或温度变化引起的。