在之前的文章中，向大家简单介绍了萃取工艺及常见的精馏塔结构及工作原理，有网友私信问我，想详细学习了解一下精馏单元的自动化控制设置问题。作为一只从事化工生产工艺管理的我，对精馏塔的设计条件及仪表自动化控制有一定的了解，并且做了相应的功课后，在这里给大家详细介绍一下：
化工生产过程中精馏分离应用十分广泛，但实际操作控制过程相对复杂，其被控变量多，可选的操作变量也多，它们之间可以形成各种不同的组合，从而达到不一样的分离效果。我将从以下五个方面详细介绍精馏单元自控设置：
一、精馏操作工艺
如下图：精馏操作设备主要包括再沸器、冷凝器和精馏塔，再沸器为混合物液相中的轻组分分离转移提供能量，冷凝器将塔顶采出的气相轻组分冷凝为液相并提供精馏所需的回流及一定纯度的产品送出，精馏塔是实现混合物组分分离的主要设备。
精馏塔操作流程图
- 二、精馏操作指标要求
精馏的分离控制目标一般从质量指标、产量指标和能量消耗三个方面考虑，同时考虑各种约束条件以确保正常的生产运行。
质量指标：一般应使塔顶或塔底产品之一达到规定的纯度，另外一个产品的纯度应该维持在规定的范围内；或者塔顶、塔底的产品均达到一定的纯度要求。
产量指标：在产品达到一定的质量指标的前提下，尽可能达到高收率。收率通常定义为产品产量与进料中该产品组分的量之比。生产效率除了与产品的纯度及收率有关外，还要考虑能量消耗等因素。
能量消耗指标：精馏塔消耗的能量主要是再沸器的加热量和冷凝器的冷却量消耗。在一定的纯度要求下，增加精馏塔内的上升蒸汽是有利于提高产品收率的，但同时增加了再沸器的能量消耗。因此精馏塔的操作必须从整个经济效率来衡量。
约束条件：为了保证正常操作，需规定某些参数的极限值，并作为约束条件。如：塔内气体流速，防止漏液和泛液；塔的操作压力；再沸器两侧间的温差不能超过临界值，否则会导致传热系数下降，传热量降低。
三、精馏操作单元涉及的变量
精馏塔操作过程中涉及的操纵变量、被控变量及外部影响主要包括以下指标：（后续操作控制中，均会用到以下指标代号）
精馏塔操作变量指标
四、精馏塔被控指标选取要求：
对于一个二元组分精馏塔来说，在一定压力下，沸点与产品成分之间有单独的函数关系。因此，如果压力恒定，塔板温度就反映了成分。对多元精馏来说，比较复杂，但石油化工中许多产品由一系列碳氢化合物的同系物组成，在一定压力下，保持一定的温度，成分的误差可以忽略。故以温度作为质量指标时，必须保持压力恒定。
（一）单一的温度点作为控制指标
1、塔顶（或塔底）温度控制：产品在塔顶采用塔顶温度控制，反之亦然。
2、灵敏板温度控制：灵敏板是指当塔的操作经受扰动作用时，塔内各板的温度都发生变化，一直到建立新平衡时，温度变化最大的那块塔板称为灵敏板。
3、中温控制：取进料板稍上、稍下的塔板或进料板的温度作为被控变量。
用温度作为精馏塔操作的控制指标，前提是塔内压力恒定，虽然精馏塔一般有塔压控制系统，但对于精密精馏等控制要求较高的场合，微小压力波动将影响温度与组分之间的关系。如苯－甲苯－二甲苯分离时，大气压力变化6.67KPa，苯的沸点变化2℃，超过了质量指标的规定，而这种情况是完全可能的。因此必须对压力的波动加以补偿。
（二）以不同点温差作为控制指标
温差控制：要求压力对这两点温度的影响接近。一个检测点在塔顶，这里成分和温度变化比较小；另一个放在灵敏板附近，成分和温度变化比较大和灵敏。与单一的灵敏板温度相比，可减弱压力波动对产品质量的影响。实际生产过程中要求选点正确且温差设置合理。
（三）以双温差作为控制指标
采用单一温差控制时，若进料流量变化，将引起塔内成分变化和塔内压降发生变化，这两种情况都会引起温差变化，前者使温差减小，后者使温差增大。即此时温差与成分不再是单值函数关系。
采用双温差值控制后，由于进料流量波动引起塔压变化对温差的影响，对塔的上、下段温差同时影响，所以用塔的上、下段温差的差值作为被控变量能很好的消除压降变化的影响。
五、精馏塔控制方案
确定精馏塔的控制方案时，要考虑以下几方面：
1、按物料和能量平衡进行控制
2、设置质量控制系统
3、静态和动态响应
4、考虑控制系统之间的相关影响
5、考虑整个工艺生产过程的平稳操作
在这里，主要讨论顶部和底部产品都为液相且没有侧线采出的情况。
（一）以精馏段为控制指标的操作方案
对馏出液的纯度要求较高时（即：主要产品为馏出液）按精馏段指标进行控制，取精馏段某点成分或温度为被控变量，而以LR、D或VS为操纵变量。这种方案可以保证XD，当扰动不大时，XB变化也不大。采用这种方案时，在LR、D、VS及B中选择一个作为控制成分的手段，选另外一种保持流量恒定，其余两者则按照回流罐和再沸器的物料平衡，由液位控制器进行控制。
方案一：根据精馏段塔板温度控制LR（回流量），并保持VS（再沸器上升蒸汽量）恒定，控制点见下图：
方案二：根据精馏段塔板温度控制D（塔顶采出量），并保持VS（再沸器上升蒸汽量）恒定。在回流比LR/D很大时适用。可实现全回流。控制点见下图：
（二）以提溜段为控制指标的操作方案
当对釜液的成分要求较高时（即塔底采出主要产品），要采用此方案；当对两者的质量要求相近时，如果是液相进料，也采用此方案，原因：在液相进料时，F的波动首先影响到XB，用提馏段控制能确保操作准确及时。根据提溜段塔板温度控制B（塔底采出量），保持塔顶恒定。如下图：
结语：化工操作讲究精细化，指标波动的反馈和操作反馈具有一定的延迟性，所以出现异常波动时，操作一定要慢，好不容易建立的动态平衡被打破后，重新建立影响很大，必然采出不合格产品，影响收率。实际生产过程中，因地域性、设备选型等因素的影响，最合适的操作方法是在理论基础上摸索后得出的。
