蒸餾是化工生產過程中將混合流體分離的常用技術。對蒸餾塔的控制通常採用遞階方式，可分為三層。最低層為對液面、輸入饋流、焓和壓力等參數的控制。第二層為對輸出蒸餾產物組分的控制。第三層為最佳化，例如求出運行的最優穩態。在蒸餾過程中需要補充組分分離減熵所消耗的能量。化工廠耗能較大，其中約40%的能量消耗在蒸餾塔上。
基本介紹
- 中文名：蒸餾塔自動控制
- 外文名：automatic control of distillation column
- 干擾：蒸餾塔運行中最主要的干擾
- 測量：對產物組分的直接測量通常
簡介,干擾,測量,適應控制,
簡介
英文：automatic control of distillation column
同時，為保證蒸餾產物的質量須使蒸餾塔回流，而盲目回流又可能使產物的純度過高，這是造成浪費能源的主要因素。另一方面，蒸餾塔的動態特性複雜，且具有非線性，對輸出組分又難以實現精確快速測量。因此對蒸餾塔組分的測控問題一直是自動控制領域中的重要研究課題。70年代以來，隨著能源的不斷緊張，人們更加重視這方面的研究，已經將適應控制系統套用於蒸餾塔的輸出組分控制。蒸餾塔是稀有金屬鈦等材料及其合金材料製造的化工設備具有強度高、韌性大、耐高溫、耐腐蝕、比重輕等特性；因此被廣泛套用與化工、石油化工、冶金、輕工、紡織、制鹼、製藥、農藥、電鍍、電子等領域。
干擾
蒸餾塔運行中最主要的干擾是由輸入饋流引起的，包括饋流的組分、流速、焓等參數變化所引起的干擾。在多級控制中還要考慮加熱蒸氣的壓力和冷卻水流引起的干擾。若饋流速度取決於饋送設備、而且是不可控的，則可將它的測量值用於前饋控制（見複合控制系統），以控制輸出流量和塔內流量，使它們與輸入饋流成比例。由於塔身豎立於地面，還需要考慮氣候變化的影響。
測量
對產物組分的直接測量通常採用氣體色譜儀，也可採用質譜儀等其他分析儀表。這類儀表需要一段處理時間才能得出測量值，結果給控制迴路帶來顯著的死區時間，同時成本也較高。因此，還需要利用對其他參數的測量來間接推斷產物組分。常用間接測量方法包括測量溫度、紅外吸收、折射率和電導率等參數。通常採用直接測量和間接測量相結合的方式。直接測量儀表裝在輸出管道上，用於精確測量流速較慢的產物流的組分。間接測量用於檢測饋流干擾引起的快速擾動，裝在塔的中部，因為塔端溫度對組分的變化不敏感。
適應控制
PID調節器在工業控制中廣泛套用,它需要針對系統的動態特性調整比例、積分和微分項的係數後才能取得良好的效果。把 PID調節器用於蒸餾塔產物組分控制，往往需要頻繁地調整以補償操作條件改變引起的動態特性變化。採用適應控制方案可較理想地解決這個問題。例如採用自校正調節器可達到或優於 PID調節器的控制效果，而且省去了調整的工作。下圖為雙組分蒸餾塔計算機控制系統示意圖。 饋流，即未經分離的混合流體從塔的中部輸入。頂部產物組分由電容探頭測量，底部產物組分由氣體色譜儀測量。CR為分析器記錄器，FRC為流量記錄器和控制器，GC為氣體色譜儀,LC為液面控制器。所有分析儀表和控制規律的計算工作都由分布計算機完成。自校正調節器有單迴路、多迴路和多變數解耦控制三種形式。圖[雙組分蒸餾塔計算機控制系統示意圖]中系統若採用兩個獨立的自校正調節器分別控制塔頂輸出組分和塔底輸出組分，則由於操作時蒸氣速率和回流的變化引起頂部和低部兩個控制迴路間的互相作用而導致兩個輸出組分都發生振盪。採用多變數解耦控制方式也僅能對其中的一個迴路（例如頂部）取得較好效果。還可以進一步選擇合適的採樣間隔、過程滯後和標度因子以達到良好的控制效果。
