精馏过程是一个复杂的传质传热过程。表现为:过程变量多,被控变量多,可操纵的变量也多;过程动态和机理复杂。因此,熟悉工艺过程和内在特性,对控制系统的设计十分重要。
石油和化学工业的能耗占工业总能耗的比重很大,约60%用于精馏过程。在常规精馏塔的流程中,塔底再沸器所输入的能量大约有75~95%在塔顶被冷却带走,热力学效率很低。因此精馏过程的节能十分必要。降低能耗是降低产品生产成本提高竞争力的关键之一。
塔设备的投资费用及钢材耗量仅次于换热设备。据统计,在化工和石油化工生产装置中,塔设备的投资费用占全部工艺设备总投资的25.39%,在炼油和煤化工生产装置中占34.85%,在化纤生产装置中占45%,其所消耗的钢材重量在各类工艺设备中所占比例也较高。
精馏塔的控制一般包括:塔顶温度、塔釜温度、回流罐液位、塔釜液位、塔压控制等。精馏过程的基础回路优化会遇到各种问题,例如:液位控制积分作用强、压力控制没有考虑量程影响比例作用不够、大惯性滞后的温度控制。只有每个参数都控制的比较稳定不振荡,整个精馏过程才能比较问题。所以精馏过程的基础回路需要系统性的优化才能取得比较好的效果。“但行好事,莫问前程”只有解决精馏过程的所有问题才能实现精馏过程的平稳控制。精馏过程控制回路过程中常见的问题,包括:
精馏塔进料是否振荡。如果精馏塔进料是上一级设备液位控制的副回路,则需要对液位控制回路进行参数整定避免由于液位控制振荡引起精馏塔进料振荡,从而导致整个精馏过程振荡;
液位控制参数设置是否合理。回流罐液位和塔釜液位参数设置应合理,对积分对象而言弱比例强积分是控制回路振荡的根源;
塔压的控制作用是否足够强。塔压控制回路由于量程的影响往往需要比初始参数强很多的比例作用;
精馏过程再沸器热源的品质。例如燃料气压力、蒸汽能否快速抑制品质波动;
精馏过程的温度过程往往有比较大的惯性滞后,温度控制回路的积分时间不能设置的太小,否则容易振荡;
应对精馏过程的温度控制回路进行分析。一般说一个精馏塔只能有一个温度控制。如果塔顶是产品往往在精馏塔顶部选择温度,如果塔釜是产品往往在精馏塔底部选择温度。温度可以选择灵敏板温度、温差、塔顶/塔釜温度等。温度控制的手段包括能量平衡和物料平衡两种。

图 36‑1精馏过程
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