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精餾塔工藝要求和約束條件

   要對精餾塔實施有效的自動控制，必須首先了解精餾塔的控制目標。精餾塔的控制目標一般從質量指標、產品產量和能量消耗三方面考慮。任何精餾塔的操作情況同時受約束條件的制約，因此，在考慮精餾塔控制方案時一定要把這些因素考慮進去。

   1．質量指標

   質量指標（即產品純度）必須符合規定的要求。一般應使塔頂或塔底產品之一達到規定的純度，要求另一個產品也應該維持在規定的范圍之內，或者塔項和塔底的產品均保證一定的純度要求。如果產品質量不合格，它的價值就將遠遠低于合格產品。但決不是說質量越高越好。由于質量超過規定，產品的價值并不因此而增加；而產品產量卻可能下降，同時操作成本主要是能量消耗會增加很多。對于一個精餾塔來講，塔頂產品和塔底產品的質量調節系統之間是相互關聯的，當相互影響嚴重時，不能達到預定的質量控制目的，此時可采用解耦控制以減少或消除它們之間的相關影響。因此，總的價值反倒下降了。由此可見，除了要考慮使產品符合規格外，還應同時考慮產品的產量和能量消耗。

   2．產品產量指標

   在達到一定質量指標要求的前提下，應得到盡可能高的產量，從而使產品的回收率提高。這對于提高經濟效益顯然是有利的。

   產品的回收率定義為產品量與進料中該產品組分的量之比。即：

           Ri=P/Fzi                                      （8）

   生產效益除了產品純度與產品回收率之間的關系，還必須考慮能量消耗因素。由精餾原理可知，用精餾搭進行混合物的分離是要消耗一定能量的；要使分離的產品質量越高，產品產量越多，所需的能量也就越大。

精餾塔的干擾因素

   和其他化工過程一樣，精餾是在一定的物料平衡和能量平衡的基礎上進行的。一切因素均通過物料平衡和能量平衡影響塔的正常操作。影響物料平衡的因素包括進料量和進料成分的變化，頂部餾出物及底部出料的變化。影響能量平衡的因素主要是進料溫度或熱焓的變化，再沸器加熱量和冷凝器冷卻量的變化，此外還有塔的環境溫度等變化。精餾塔是一個多變量對象，因此如果將任意一個被調參數和任意一個調節參數組成調節回路，就可能有許多調節方案。同時，物料平衡和能量平衡之間又是相互影響的。要了解這些因素是如何影響精餾塔操作的，首先必須分析它的靜態規律，即研究其靜態特性。從而分析上述因素對精餾塔的動態影響。

   1．精餾塔中靜態關系的分析

   圖15為精餾塔的物料流程圖，可簡單地視其于為二元精餾。則從物料平衡和能量關系出發，可得出它的總的物料平衡關系為

           F=D＋B           （9）

   輕組分的物料平衡關系為

   Fz＝Dy＋Bx        （10）

式中，F、D和B分別為進料量、頂部餾出物量和塔底產品；z、y和x分別為進料、頂部餾出物和底部產品中輕組分的含量。由以上兩式，可明顯看出進料量F在產品中的分配量（即D／F）是決定頂部和底部產品中輕組分含量y和x的關鍵因素。

   靜態下精餾塔的能量關系為

   QH FHF＝QC＋DHD＋BHB      （11）

式中，QH為再沸器加熱量，QC為冷凝器冷卻量，HP、HD和HB分別為進料頂部、底部產品的比熱熔。在式中，每一項都影響著塔內上升蒸汽的流量V。對于一個既定的塔來講，V與F之比與塔的分離度S有關。即V／F一定時意味著塔分離度也一定。

按產品成分或物性指標的直接控制方案

   精餾塔的質量控制1好能選擇表征塔頂和塔底產品的質量指標，即產品的成分作為被控變量，即直接控制方案。上述的溫度、溫差或雙溫差控制都是間接控制產品質量的方法。回收原理酒精回收塔的工作原理是利用旋轉產生的離心力場代替常規重力場，極大地強化氣液傳質過程。利用產品分析器，例如色譜儀、紅外分析器、密度計、干點、閃點及初餾點分析器等，分析出塔頂（或塔底）的產品成分并將其作為被控變量，而將回流量或再沸器的加熱量等作為控制變量，就可以組成成分控制，實現按產品成分的直接指標控制。

   采用色譜儀可以測量多組分的濃度，并可以通過測量其他含量較少的雜質組分之和來決定產品的純度。精餾工藝上通常采用工業色譜儀進行在線的成分分析，并以關鍵組分的濃度比進行控制。由于色譜儀也是根據吸收和解吸原理工作的，在精餾塔中很難進行的分離在色譜儀中也是困難的。同時分析儀需要采樣系統且其測量滯后影響了控制系統的動態響應。因此，為了節省能量，減少有用功的損失，應使調節閥前后壓降盡可能減少，這是控制方案的選擇中一個值得注意的問題。這是在使用時應予注意的。在精餾塔的操作中，當干擾產生時，多個塔板中靈敏板的變化量明顯。因此，可選擇測量靈敏板上的成分，并作為被控變量進行控制。

與溫度控制的情況類似，塔頂或塔底產品的成分是能體現產品的質量指標。但是當分離的產品較純時，在鄰近塔頂、塔底的各板間，成分差很小，而且每塊板上的成分在受到干擾后變化也很小，這就要求檢測成分的儀表靈敏度很高。理論上講，按產品成分的直接指標控制方案，是直接、1有效的方案。它可為各種基于化工熱力學的多變量控制及精1確控制打下基礎。對于動態氣相進料時，其進料量的變化過程也比較快，采用精餾段溫控就比較及時。但是，就目前測量產品成分的儀表來說，準確度一般較差、滯后時間也很長，因而控制系統的控制質量受到很大影響。但只要不斷改善成分分析儀表的性能，按產品成分的直接指標控制方案將得到廣泛應用。

可溶性鈣鹽轉化成碳酸鈣垢在蒸餾過程中，可溶性有機酸鈣鹽與醪液中的可溶性碳酸鹽反應生成碳酸鈣垢：

   CaA2 Na2CO3=CaCO3↓ 2NaA

   CaA2 K2CO3=CaCO3↓ 2KA

   2.3.3 可溶性鈣鹽受熱分解生成難溶碳酸鈣垢在蒸餾過程中，可溶性鈣鹽受熱分解生成溶解度小的鹽垢：

   Ca（H CO3）2 =CaCO3 ↓ H2O CO2↑ Mg（HCO3）2 = MgCO3↓ H2O CO2↑

 前處理制漿工藝對醪垢的生成也有影響

   在酒精生產中，前處理制漿工藝可分為干法、半干法、濕法及改良濕法等，其對醪液輸送、換熱、蒸餾等過程中的結垢及積料影響程度從小到大，依次為濕法、干法、半干法、改良濕法。無論哪種制漿工藝，造成堵塔或換熱器效率下降的主要原因均為醪垢的積累，物料粒度則是次要原因。壓力的降低可以使塔內被分離組分間的揮發度增加，這樣使單位處理量所需的再沸器加熱量下降，節省能量，提高經濟效益。