關于精餾塔與自動控制，那些你可能還不知道的事兒！

在化工(gong)領(ling)域里，精餾(liu)(liu)塔是一(yi)種(zhong)常見的(de)(de)(de)用(yong)來分(fen)離(li)提純相關組(zu)分(fen)的(de)(de)(de)設備，而計算(suan)機技術的(de)(de)(de)應用(yong)使得精餾(liu)(liu)塔的(de)(de)(de)控(kong)制(zhi)實現自動化，促進了工(gong)藝的(de)(de)(de)優化。隨著科技(ji)的(de)(de)不斷進步以(yi)及質(zhi)(zhi)量體系(xi)促使的(de)(de)工藝(yi)技(ji)術日益嚴格(ge)精(jing)細化，傳統的(de)(de)操作(zuo)方式已經(jing)變得越來越無法滿足(zu)現(xian)今行業要求的(de)(de)高效率與高質(zhi)(zhi)量。為解決上述缺(que)陷，實現(xian)精(jing)細有效化的(de)(de)對體系(xi)溫度(du)的(de)(de)掌控，采用計算機來實現(xian)的(de)(de)自動化溫度(du)控制系(xi)統，經(jing)過(guo)相應的(de)(de)改裝(zhuang)調試后(hou)運用到精(jing)餾分離(li)的(de)(de)過(guo)程中。

一、精餾塔（Rectification?Tower）

      精(jing)餾塔(ta)是(shi)進行精(jing)餾的(de)一種塔(ta)式汽(qi)液(ye)接觸裝臵。有板式塔(ta)與填料塔(ta)兩種主要類(lei)型。根據操作方(fang)式又可(ke)分為連續精(jing)餾塔(ta)與間歇(xie)精(jing)餾塔(ta)。

1.簡介(jie)（Introduction）

a、精餾原理?(Principle?of?Rectify)

      蒸(zheng)(zheng)餾(liu)的(de)基(ji)本原理是將液體混合物多次部分(fen)(fen)氣化和部分(fen)(fen)冷凝,利用其中各(ge)組份揮發度不同（相對(dui)揮發度，α）的(de)特(te)性，實(shi)現分(fen)(fen)離目的(de)的(de)單(dan)元操作。蒸(zheng)(zheng)餾(liu)按照其操作方法可分(fen)(fen)為：簡(jian)單(dan)蒸(zheng)(zheng)餾(liu)、閃蒸(zheng)(zheng)、精餾(liu)和特(te)殊精餾(liu)等(deng)。?

?b、過程簡(jian)述(shu)（Introduction?of?procedure）?

?     蒸氣由塔底(di)進(jin)(jin)入(ru)。蒸發(fa)(fa)出的(de)氣相(xiang)與下降(jiang)液(ye)(ye)(ye)進(jin)(jin)行逆(ni)流接(jie)觸，兩相(xiang)接(jie)觸中(zhong)，下降(jiang)液(ye)(ye)(ye)中(zhong)的(de)易揮(hui)發(fa)(fa)(低沸(fei)點)組(zu)(zu)(zu)分(fen)(fen)不(bu)斷地(di)向(xiang)氣相(xiang)中(zhong)轉移，氣相(xiang)中(zhong)的(de)難(nan)(nan)揮(hui)發(fa)(fa)(高(gao)沸(fei)點)組(zu)(zu)(zu)分(fen)(fen)不(bu)斷地(di)向(xiang)下降(jiang)液(ye)(ye)(ye)中(zhong)轉移，氣相(xiang)愈(yu)接(jie)近塔頂(ding)(ding)，其(qi)易揮(hui)發(fa)(fa)組(zu)(zu)(zu)分(fen)(fen)濃度愈(yu)高(gao)，而(er)(er)下降(jiang)液(ye)(ye)(ye)愈(yu)接(jie)近塔底(di)，其(qi)難(nan)(nan)揮(hui)發(fa)(fa)組(zu)(zu)(zu)分(fen)(fen)則愈(yu)富(fu)集，從而(er)(er)達到組(zu)(zu)(zu)分(fen)(fen)分(fen)(fen)離的(de)目的(de)。由塔頂(ding)(ding)上升的(de)氣相(xiang)進(jin)(jin)入(ru)冷凝器(qi)(qi)，冷凝的(de)液(ye)(ye)(ye)體的(de)一(yi)部分(fen)(fen)作(zuo)(zuo)為(wei)回流液(ye)(ye)(ye)返(fan)回塔頂(ding)(ding)進(jin)(jin)入(ru)精餾塔中(zhong)，其(qi)余的(de)部分(fen)(fen)則作(zuo)(zuo)為(wei)餾出液(ye)(ye)(ye)取(qu)出。塔底(di)流出的(de)液(ye)(ye)(ye)體，其(qi)中(zhong)的(de)一(yi)部分(fen)(fen)送入(ru)再(zai)沸(fei)器(qi)(qi)，加熱(re)蒸發(fa)(fa)成(cheng)氣相(xiang)返(fan)回塔中(zhong)，另(ling)一(yi)部分(fen)(fen)液(ye)(ye)(ye)體作(zuo)(zuo)為(wei)釜殘液(ye)(ye)(ye)取(qu)出。??

c、存(cun)在問題（Problems?existent）??????

      然而(er)，縱(zong)觀化(hua)工工藝過(guo)程(cheng)，整(zheng)個冷凝(ning)體系(xi)的(de)(de)溫度控制很難實現(xian)精細化(hua)。這會造成部分(fen)(fen)(fen)物質以及雜(za)質表現(xian)出來(lai)的(de)(de)物化(hua)性質難以區分(fen)(fen)(fen)。即(ji)需(xu)要體系(xi)中(zhong)不可(ke)避(bi)免的(de)(de)混(hun)入了(le)其他雜(za)質的(de)(de)，無疑整(zheng)個精餾分(fen)(fen)(fen)離過(guo)程(cheng)的(de)(de)目的(de)(de)大打折扣。針(zhen)對(dui)這種(zhong)情(qing)況，實際生產中(zhong)往(wang)往(wang)采取(qu)提(ti)升系(xi)統溫度的(de)(de)辦法來(lai)解決，但另一方面(mian)溫度越高時則一些有用物質會呈現(xian)難以完全(quan)冷凝(ning)回流的(de)(de)狀(zhuang)況，進而(er)分(fen)(fen)(fen)離效果(guo)的(de)(de)產量下降。

2.解(jie)決方法（Solution）??????

      根據精餾(liu)原理以及對(dui)過(guo)(guo)程的(de)分(fen)析(xi)，溫度控制(zhi)的(de)精細程度決(jue)定了精餾(liu)效果(guo)的(de)好壞。在(zai)實際生產的(de)實施過(guo)(guo)程，可變(bian)因(yin)(yin)子(zi)以及影響因(yin)(yin)子(zi)都客觀存在(zai)。而且需要操作控制(zhi)的(de)變(bian)量亦(yi)多，各種變(bian)量的(de)相互(hu)組合都可能導致偏離(li)所需要目標的(de)結果(guo)，因(yin)(yin)此精細準確的(de)自動化系統條件控制(zhi)無論是在(zai)工藝效率(lv)實現還是整個的(de)質(zhi)量體系都扮演相當重要的(de)角色。

二、自(zi)動控制(zhi)（Automatic?Control）

1.概念（Concept）??????

      指在沒有(you)人(ren)直接參(can)與(yu)的(de)情況下，利用外加的(de)設(she)備或裝臵，使機器(qi)、設(she)備或生產過程的(de)某(mou)個工(gong)作狀態或參(can)數自動地按照預定的(de)規律運行。自動控制(zhi)是(shi)相對人(ren)工(gong)控制(zhi)而言的(de)。

?2.應用(yong)（Application）

      反(fan)饋調節是自(zi)動控(kong)(kong)制(zhi)的(de)(de)(de)核心，例如(ru)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)自(zi)動控(kong)(kong)制(zhi)就是將溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)作(zuo)為(wei)輸出量，用來調節加熱與散熱，從而達到溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)恒定(ding)的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)。將自(zi)動控(kong)(kong)制(zhi)用于(yu)精(jing)(jing)餾塔(ta)的(de)(de)(de)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)調節，可以(yi)(yi)大大提高(gao)精(jing)(jing)餾的(de)(de)(de)效率及質量。精(jing)(jing)餾塔(ta)頂(ding)部的(de)(de)(de)冷凝體(ti)(ti)(ti)系(xi)(xi)(xi)(xi)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)由溫(wen)(wen)(wen)控(kong)(kong)制(zhi)系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)監(jian)測(ce)，體(ti)(ti)(ti)系(xi)(xi)(xi)(xi)里安(an)裝有靈(ling)敏的(de)(de)(de)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)傳感器(qi)，隨著精(jing)(jing)餾塔(ta)頂(ding)端組分的(de)(de)(de)變(bian)化(hua)而改(gai)(gai)變(bian)。系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)設(she)定(ding)一定(ding)的(de)(de)(de)監(jian)測(ce)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)線，如(ru)果體(ti)(ti)(ti)系(xi)(xi)(xi)(xi)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)出現異常超(chao)過(guo)限制(zhi)，則(ze)自(zi)動監(jian)測(ce)控(kong)(kong)溫(wen)(wen)(wen)系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)中會自(zi)動調整，重新設(she)臵溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)以(yi)(yi)及改(gai)(gai)變(bian)適(shi)宜(yi)(yi)的(de)(de)(de)組分回流(liu)(liu)(liu)比來快速解決如(ru)果精(jing)(jing)餾塔(ta)端蒸汽體(ti)(ti)(ti)系(xi)(xi)(xi)(xi)的(de)(de)(de)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)超(chao)過(guo)控(kong)(kong)制(zhi)范(fan)圍(wei)，即體(ti)(ti)(ti)系(xi)(xi)(xi)(xi)里未(wei)凝潔物(wu)質比率上升，這(zhe)時(shi)總系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)快捷(jie)改(gai)(gai)變(bian)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)、并(bing)減低回流(liu)(liu)(liu)比。反(fan)之亦然，自(zi)動控(kong)(kong)制(zhi)系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)會調節體(ti)(ti)(ti)系(xi)(xi)(xi)(xi)始終(zhong)保證(zheng)在恒定(ding)適(shi)宜(yi)(yi)的(de)(de)(de)條件下進行精(jing)(jing)餾過(guo)程。這(zhe)樣，冷凝器(qi)控(kong)(kong)制(zhi)的(de)(de)(de)操作(zuo)完全由自(zi)動化(hua)的(de)(de)(de)程序實現精(jing)(jing)細準確的(de)(de)(de)監(jian)控(kong)(kong)，避免人工來改(gai)(gai)變(bian)體(ti)(ti)(ti)系(xi)(xi)(xi)(xi)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)以(yi)(yi)及回流(liu)(liu)(liu)比，最(zui)終(zhong)實現產品質量的(de)(de)(de)最(zui)優化(hua)。

三、精餾塔與(yu)自動控制（Rectification?Tower?and?Automatic?Control）??

1.自動化控制下(xia)的(de)氣液(ye)平(ping)衡??????

      精(jing)餾工序的(de)(de)(de)(de)(de)(de)操作本質是三個化(hua)學平(ping)衡的(de)(de)(de)(de)(de)(de)體現，分別為物(wu)料(liao)、相(xiang)態(tai)以及熱平(ping)衡，它們緊密牽(qian)連。如蒸(zheng)汽(qi)壓(ya)力改(gai)變(bian)(bian)時，會(hui)很快改(gai)變(bian)(bian)塔底的(de)(de)(de)(de)(de)(de)實際蒸(zheng)發量(liang)(liang)，直接(jie)導致(zhi)體系內熱非平(ping)衡，氣液相(xiang)態(tai)亦隨之不均衡。故生產過(guo)程的(de)(de)(de)(de)(de)(de)關鍵在于(yu)熱量(liang)(liang)與蒸(zheng)汽(qi)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)平(ping)衡狀態(tai)。在其他不變(bian)(bian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)條件下流(liu)速(su)與蒸(zheng)發量(liang)(liang)以及精(jing)餾塔的(de)(de)(de)(de)(de)(de)塔差(cha)成正比(bi)，依此可(ke)通過(guo)改(gai)變(bian)(bian)精(jing)餾塔兩端的(de)(de)(de)(de)(de)(de)壓(ya)力實現對(dui)蒸(zheng)發量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)控制。自(zi)動系統過(guo)程中(zhong)采取進(jin)料(liao)量(liang)(liang)和塔釜(fu)壓(ya)力相(xiang)串級的(de)(de)(de)(de)(de)(de)方式，塔底壓(ya)力電(dian)子信號(hao)會(hui)傳遞至流(liu)量(liang)(liang)調(diao)節閥系統，調(diao)節閥會(hui)自(zi)動化(hua)調(diao)整流(liu)量(liang)(liang)。進(jin)料(liao)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)實時最適變(bian)(bian)化(hua)可(ke)以達到(dao)塔釜(fu)壓(ya)力的(de)(de)(de)(de)(de)(de)相(xiang)對(dui)穩定(ding)，避免了整個過(guo)程的(de)(de)(de)(de)(de)(de)最終分離效果受到(dao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)進(jin)料(liao)量(liang)(liang)波動影(ying)響(xiang)。?

2.精餾塔的溫度控制(zhi)??

（1）精(jing)餾段(duan)溫(wen)控(kong)靈(ling)敏板取在精(jing)餾段(duan)的某層塔板處，稱為精(jing)餾段(duan)溫(wen)控(kong)。適(shi)用于對塔頂產品(pin)質量要求(qiu)高或是氣相進料的場合。調節手段(duan)是根(gen)據靈(ling)敏板溫(wen)度，適(shi)當(dang)調節回(hui)流(liu)比。例如，靈(ling)敏板溫(wen)度升(sheng)高時(shi)，則反映塔頂產品(pin)組成Zn下降，故(gu)此時(shi)發(fa)出(chu)信號適(shi)當(dang)增大(da)回(hui)流(liu)比，使XD上升(sheng)至(zhi)合格值(zhi)(zhi)時(shi)，靈(ling)敏板溫(wen)度降至(zhi)規定(ding)值(zhi)(zhi)。??

（2）提(ti)餾段(duan)溫控(kong)靈敏(min)板取在提(ti)餾段(duan)的(de)某層塔板處，稱(cheng)為提(ti)餾段(duan)溫控(kong)。適(shi)用于對(dui)塔底產(chan)品要求高的(de)場合(he)或是液相(xiang)進料時，其采(cai)用的(de)調節手段(duan)是根(gen)據(ju)靈敏(min)板溫度，適(shi)當調節再沸(fei)器(qi)加熱量。例如(ru)，當靈敏(min)板溫度下降時，則反映釜底液相(xiang)組成Xw變大，釜底產(chan)品不合(he)格(ge)，故發出信號適(shi)當增大再沸(fei)器(qi)的(de)加熱量，使釜溫上升，以便保(bao)持工(gong)作的(de)規定值(zhi)。

（3）溫(wen)(wen)(wen)差(cha)控(kong)(kong)制(zhi)當原(yuan)料(liao)液中(zhong)各組成的(de)(de)沸點相近，而對(dui)產品的(de)(de)純(chun)度(du)(du)要求又(you)較(jiao)高時不(bu)宜采用(yong)(yong)一般的(de)(de)溫(wen)(wen)(wen)控(kong)(kong)方(fang)(fang)法，而應采用(yong)(yong)溫(wen)(wen)(wen)差(cha)控(kong)(kong)制(zhi)方(fang)(fang)法。溫(wen)(wen)(wen)差(cha)控(kong)(kong)制(zhi)是根(gen)據(ju)兩板的(de)(de)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)變(bian)化總是比單一板上的(de)(de)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)變(bian)化范圍要相對(dui)大得多(duo)的(de)(de)原(yuan)理來設計的(de)(de)，采用(yong)(yong)此法易(yi)于保證產品純(chun)度(du)(du)，又(you)利于儀表的(de)(de)選擇和使用(yong)(yong)。

3.應用實(shi)例??????

      PVC工(gong)業化的(de)生(sheng)產(chan)過(guo)程中精餾(liu)工(gong)序是通過(guo)高低沸塔來(lai)實現(xian)的(de)，其中最關鍵(jian)的(de)技術(shu)在于(yu)精餾(liu)塔頂部冷凝(ning)器體系溫度的(de)精細化控(kong)制，這也是整個PVC工(gong)業化生(sheng)產(chan)的(de)瓶頸部分。隨著技術(shu)的(de)發展(zhan)，將自動化控(kong)制系統裝配于(yu)PVC精餾(liu)工(gong)序的(de)冷凝(ning)工(gong)段，以實際數據來(lai)看(kan)比之常規手段有明顯優勢。

a、VC低沸塔體系(xi)??????

      VC低沸體(ti)系是用來分(fen)離沸點低于VC的乙炔等組分(fen)。實(shi)(shi)際情況中往往因為兩者在一些(xie)性質(zhi)方面(mian)表(biao)現的較(jiao)相同，且液相的乙炔組分(fen)能(neng)(neng)夠(gou)與氯(lv)乙烯液相體(ti)系相混溶，這樣實(shi)(shi)際的低沸分(fen)析目的不(bu)能(neng)(neng)高效實(shi)(shi)現。根(gen)據(ju)實(shi)(shi)際情況，采取在冷(leng)凝器系統(tong)(tong)裝配上計算機自(zi)(zi)動化(hua)(hua)控(kong)制系統(tong)(tong)。它能(neng)(neng)夠(gou)實(shi)(shi)現對精(jing)餾塔頂端(duan)物系溫度的實(shi)(shi)時監(jian)測(ce)，且根(gen)據(ju)實(shi)(shi)際情況實(shi)(shi)現自(zi)(zi)動調(diao)整，達到精(jing)確控(kong)制冷(leng)凝體(ti)系溫度的目的，避免過高或者過低等異常情況。自(zi)(zi)動化(hua)(hua)控(kong)溫后進而可(ke)實(shi)(shi)現精(jing)餾塔頂端(duan)回(hui)(hui)流比(bi)和回(hui)(hui)流量的最優化(hua)(hua)。

b、VC高(gao)沸塔體系

      低沸塔(ta)的(de)(de)(de)(de)餾(liu)(liu)分VC液再通過(guo)(guo)高(gao)(gao)沸塔(ta)體系(xi)的(de)(de)(de)(de)精餾(liu)(liu)過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)分離出高(gao)(gao)沸點物，高(gao)(gao)純(chun)度(du)(du)氣相態的(de)(de)(de)(de)VC從精餾(liu)(liu)塔(ta)頂通過(guo)(guo)經冷(leng)凝系(xi)統(tong)，轉換(huan)為成品餾(liu)(liu)出。實(shi)際(ji)生產(chan)過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)中，傳統(tong)的(de)(de)(de)(de)冷(leng)凝系(xi)統(tong)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)時常達不(bu)到(dao)溫(wen)度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)精細化控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)，最(zui)終影(ying)響(xiang)到(dao)產(chan)品的(de)(de)(de)(de)質(zhi)量。而一旦也(ye)在高(gao)(gao)沸塔(ta)冷(leng)凝系(xi)統(tong)裝配(pei)計算(suan)機自動溫(wen)度(du)(du)系(xi)統(tong)，計算(suan)機實(shi)時監測塔(ta)頂及冷(leng)凝體系(xi)溫(wen)度(du)(du)，自動的(de)(de)(de)(de)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)回(hui)流量和回(hui)流比數值(zhi)，實(shi)現整(zheng)個過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)操作效率最(zui)大化。

四(si)、新趨勢(shi)

超重(zhong)力(li)精餾塔

      近年(nian)(nian)來(lai)出現的(de)(de)超(chao)重(zhong)力精(jing)餾(liu)技(ji)術，利用(yong)高(gao)(gao)速旋(xuan)轉產(chan)(chan)生的(de)(de)數百至千倍重(zhong)力的(de)(de)超(chao)重(zhong)力場(chang)代替常(chang)規的(de)(de)重(zhong)力場(chang)，極大地(di)強化氣液(ye)傳(chuan)質(zhi)(zhi)過程，將傳(chuan)質(zhi)(zhi)單元高(gao)(gao)度(du)降低(di)1個(ge)數量(liang)級。從而(er)使巨(ju)大的(de)(de)塔設備變為(wei)高(gao)(gao)度(du)不到(dao)2米的(de)(de)超(chao)重(zhong)力精(jing)餾(liu)機，達到(dao)增(zeng)(zeng)加效率、縮小體積的(de)(de)目(mu)的(de)(de)。超(chao)重(zhong)力精(jing)餾(liu)改變了傳(chuan)統(tong)的(de)(de)塔設備精(jing)餾(liu)模(mo)式，只要在(zai)室內廠房里(li)就可(ke)(ke)以實現連續(xu)精(jing)餾(liu)過程。對社會的(de)(de)發展而(er)言可(ke)(ke)節省(sheng)鋼材資源，延(yan)長地(di)球資源的(de)(de)使用(yong)年(nian)(nian)限；對企業(ye)的(de)(de)發展而(er)言，可(ke)(ke)以節約場(chang)地(di)與(yu)(yu)空間資源，減少污染排(pai)放(fang)，提高(gao)(gao)產(chan)(chan)品(pin)質(zhi)(zhi)量(liang)，改善(shan)經營管理模(mo)式，降低(di)生產(chan)(chan)勞動(dong)強度(du)，增(zeng)(zeng)加生產(chan)(chan)的(de)(de)安全性。超(chao)重(zhong)力精(jing)餾(liu)塔與(yu)(yu)自動(dong)控制結合，可(ke)(ke)以在(zai)重(zhong)力場(chang)與(yu)(yu)溫度(du)兩(liang)個(ge)方面同時提高(gao)(gao)精(jing)餾(liu)塔的(de)(de)精(jing)餾(liu)效率，大大促進產(chan)(chan)業(ye)發展。

?五(wu)、結語?????

在(zai)化(hua)工(gong)(gong)生產的(de)精餾(liu)工(gong)(gong)藝(yi)中(zhong)，自動化(hua)系(xi)統的(de)導入，一(yi)方面實(shi)現(xian)了(le)操作的(de)簡單，快捷(jie)化(hua)，節(jie)省的(de)人(ren)力成本；另一(yi)方計算機(ji)的(de)分(fen)析以及傳感(gan)的(de)靈敏性保(bao)證系(xi)統對于體(ti)系(xi)參數(shu)的(de)實(shi)時精確控制(zhi)，做(zuo)到實(shi)時控制(zhi)，快速(su)自動調整，亦是工(gong)(gong)藝(yi)的(de)最(zui)優化(hua)體(ti)現(xian)，是實(shi)現(xian)產品經濟最(zui)大化(hua)的(de)保(bao)證。

來源：網絡

 

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