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。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。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；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。
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。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。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。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。
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。而当进料成分变化时，为了保持产品成分不变，可以相应调节D／F，以补偿进料成分变化的影响。塔内上升蒸汽量V，在塔的提馏段是由再沸器加热提供的，在塔的精馏段还受到进料热熔的影响。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。当冷凝器冷却量Q增加时，必然会使更多的气相变为液相，从而降低了塔压；同时使塔内相同组分的平衡温度下降，增加了再沸器两侧间的温差，使再沸器提供的加热量QH增加。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。在多元精馏中，影响关系要复杂得多，当进料中某一组分的浓度变化时，必然使其他组分的浓度变化；从而使顶部及底部产品中各组分的浓度发生变化。当进料中几个组分浓度同时变化时，情况将更为复杂。克服这些扰动的控制手段却只有靠D／F和V／F。此时仅有两个关键组分可以控制，其余组分在产品中的分配情况主要由进料浓度确定。
以上信息由专业从事精馏塔供应商的无锡宝德金装备于2025/1/28 14:24:33发布
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