化工控制系統淺析——精餾塔

步入化工實(shí)驗室和生產(chǎn)中的化工廠(chǎng)，映入眼簾的除了設計精巧、平穩運行的裝置，還有規模龐大的、保障裝置正常運行的儀表和控制系統，想要完整規劃化工過(guò)程，這一系統的設計同樣不可忽視。缺少合理控制系統的裝置就像停止交易之后的資金，都是在充滿(mǎn)不確定性環(huán)境中“裸奔”，而新手往往盲目跟風(fēng)、墨守成規，不清楚背后的規則與危機，為系統的運行崩潰埋下伏筆，本文就精餾塔裝置對化工控制系統進(jìn)行初始分析。

精餾塔變量介紹

精餾塔憑借設計經(jīng)驗成熟、分離效果優(yōu)異和能量效率較高等優(yōu)點(diǎn)，在化工生產(chǎn)領(lǐng)域的應用相當廣泛，可以將其看做一個(gè)比較復雜的小系統。該系統至少包含21個(gè)相關(guān)變量：進(jìn)料量F、進(jìn)料組成x_F、進(jìn)料熱狀態(tài)q、塔壓P、冷劑流量Q_C、冷劑管網(wǎng)壓力P_C、冷劑管網(wǎng)溫度T_C、回流罐液位L_D、回流量L、塔頂產(chǎn)品流量D、塔頂產(chǎn)品組成x_D、塔頂溫度T_D、上升蒸汽量V、熱劑流量Q_h、熱劑管網(wǎng)壓力P_h、熱劑管網(wǎng)溫度T_h、塔釜液位L_B、塔底產(chǎn)品流量B、塔底產(chǎn)品組成x_B、塔底溫度T_B、環(huán)境溫度T_sur。其中，被控變量——P、T_D、T_B、L_D、L_B，操作變量——Q_C、L、V(Q_h)、D、B，主要干擾變量——F、x_F、q，次要干擾變量——P_c、P_h、T_C、T_h、T_sur。

上述變量數量龐大，想要合理控制精餾塔，必須對系統進(jìn)行分解，分解結果如下圖所示。

當塔頂產(chǎn)品流量D較小時(shí)，一般采取精餾段控制方案，精餾段能量控制如左圖所示，精餾段質(zhì)量控制如右圖所示。當回流比即回流量L/塔頂產(chǎn)品流量D<0.8時(shí)，選取前者控制方案，具有控制滯后小的優(yōu)點(diǎn)；而回流比較大時(shí)選取后者，具有產(chǎn)品不合格時(shí)馬上停止出料的優(yōu)點(diǎn)，但是當回流罐容積比較大時(shí)，控制效果相對滯后。

提餾段的優(yōu)缺點(diǎn)與精餾段相同，適用于塔底產(chǎn)品流量B很小的時(shí)候，當上升蒸汽量V/進(jìn)料量F<2.0時(shí)選擇能量控制方案，其余選擇質(zhì)量控制方案。

本文主要對精餾塔變量和一般控制方案進(jìn)行描述，可以實(shí)現一般控制需求，但實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中不可避免會(huì )遇到更加復雜的情況：進(jìn)料量波動(dòng)較大、控制滯后時(shí)間要求短、公用工程流量波動(dòng)、以及防止非正常操作等實(shí)際問(wèn)題。有學(xué)者提出了復雜控制概念，對一般控制方案進(jìn)行優(yōu)化，得到更好地運行效果。欲知后事如何，且看下回分解！