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精馏塔工艺要求和约束条件

要对精馏塔实施有效的自动控制，必须首先了解精馏塔的控制目标。精馏塔的控制目标一般从质量指标、产品产量和能量消耗三方面考虑。任何精馏塔的操作情况同时受约束条件的制约，因此，在考虑精馏塔控制方案时一定要把这些因素考虑进去。

1．质量指标

质量指标（即产品纯度）必须符合规定的要求。一般应使塔顶或塔底产品之一达到规定的纯度，要求另一个产品也应该维持在规定的范围之内，或者塔项和塔底的产品均保证一定的纯度要求。如果产品质量不合格，它的价值就将远远低于合格产品。但决不是说质量越高越好。由于质量超过规定，产品的价值并不因此而增加；5、可配置PLC控制系统，对温度、流量、浓度等参数实现自动控制，提高生产效率。而产品产量却可能下降，同时操作成本主要是能量消耗会增加很多。因此，总的价值反倒下降了。由此可见，除了要考虑使产品符合规格外，还应同时考虑产品的产量和能量消耗。

2．产品产量指标

在达到一定质量指标要求的前提下，应得到尽可能高的产量，从而使产品的回收率提高。这对于提高经济效益显然是有利的。

产品的回收率定义为产品量与进料中该产品组分的量之比。即：

Ri=P/Fzi （8）

生产效益除了产品纯度与产品回收率之间的关系，还必须考虑能量消耗因素。由精馏原理可知，用精馏搭进行混合物的分离是要消耗一定能量的；要使分离的产品质量越高，产品产量越多，所需的能量也就越大。

精馏塔的干扰因素

和其他化工过程一样，精馏是在一定的物料平衡和能量平衡的基础上进行的。一切因素均通过物料平衡和能量平衡影响塔的正常操作。影响物料平衡的因素包括进料量和进料成分的变化，顶部馏出物及底部出料的变化。影响能量平衡的因素主要是进料温度或热焓的变化，再沸器加热量和冷凝器冷却量的变化，此外还有塔的环境温度等变化。同时，物料平衡和能量平衡之间又是相互影响的。要了解这些因素是如何影响精馏塔操作的，首先必须分析它的静态规律，即研究其静态特性。从而分析上述因素对精馏塔的动态影响。在一定的纯度要求下，增加塔内的上升蒸汽是有利于提高产品回收率的。

1．精馏塔中静态关系的分析

图15为精馏塔的物料流程图，可简单地视其于为二元精馏。则从物料平衡和能量关系出发，可得出它的总的物料平衡关系为

F=D＋B （9）

轻组分的物料平衡关系为

Fz＝Dy＋Bx （10）

式中，F、D和B分别为进料量、顶部馏出物量和塔底产品；z、y和x分别为进料、顶部馏出物和底部产品中轻组分的含量。由以上两式，可明显看出进料量F在产品中的分配量（即D／F）是决定顶部和底部产品中轻组分含量y和x的关键因素。

静态下精馏塔的能量关系为

QH FHF＝QC＋DHD＋BHB （11）

式中，QH为再沸器加热量，QC为冷凝器冷却量，HP、HD和HB分别为进料顶部、底部产品的比热熔。在式中，每一项都影响着塔内上升蒸汽的流量V。对于一个既定的塔来讲，V与F之比与塔的分离度S有关。即V／F一定时意味着塔分离度也一定。

按产品成分或物性指标的直接控制方案

精馏塔的质量控制1好能选择表征塔顶和塔底产品的质量指标，即产品的成分作为被控变量，即直接控制方案。上述的温度、温差或双温差控制都是间接控制产品质量的方法。利用产品分析器，例如色谱仪、红外分析器、密度计、干点、闪点及初馏点分析器等，分析出塔顶（或塔底）的产品成分并将其作为被控变量，而将回流量或再沸器的加热量等作为控制变量，就可以组成成分控制，实现按产品成分的直接指标控制。一般附着在成熟醪预热器、塔底再沸器的管壁及蒸馏塔塔盘和塔件上，常常造成进料温度降低，塔底各板间温差加大，塔顶真空度升高，严重时会造成塔底跑酒，***终导致生产不能正常进行。

采用色谱仪可以测量多组分的浓度，并可以通过测量其他含量较少的杂质组分之和来决定产品的纯度。精馏工艺上通常采用工业色谱仪进行在线的成分分析，并以关键组分的浓度比进行控制。由于色谱仪也是根据吸收和解吸原理工作的，在精馏塔中很难进行的分离在色谱仪中也是困难的。同时分析仪需要采样系统且其测量滞后影响了控制系统的动态响应。这是在使用时应予注意的。在精馏塔的操作中，当干扰产生时，多个塔板中灵敏板的变化量明显。因此，可选择测量灵敏板上的成分，并作为被控变量进行控制。因此，为了节省能量，减少有用功的损失，应使调节阀前后压降尽可能减少，这是控制方案的选择中一个值得注意的问题。

与温度控制的情况类似，塔顶或塔底产品的成分是能体现产品的质量指标。但是当分离的产品较纯时，在邻近塔顶、塔底的各板间，成分差很小，而且每块板上的成分在受到干扰后变化也很小，这就要求检测成分的仪表灵敏度很高。理论上讲，按产品成分的直接指标控制方案，是直接、1有效的方案。它可为各种基于化工热力学的多变量控制及精1确控制打下基础。但是，就目前测量产品成分的仪表来说，准确度一般较差、滞后时间也很长，因而控制系统的控制质量受到很大影响。但只要不断改善成分分析仪表的性能，按产品成分的直接指标控制方案将得到广泛应用。为简化讨论，只谈及顶部和底部产品均为液相的且没有侧线采出的情况。

醪垢的形成

2.1发酵成熟醪成分

发酵成熟醪是一个复杂的多组分非均相混合液。它由水（75%%-90%%，w/w）、干物质（4%%-10%%，w/w）、酒精及其它挥发性物质（6%%-15%%，w/w）构成。

2.2醪垢成分

醪垢的化学成分受各种条件影响很大。

分析结果表明，不同的原料产地、不同的前处理方法、不同的酒精生产工艺，醪垢的成分都不同。即便是同一工厂不同生产时期、不同部位醪垢成分也有一定差别。 醪垢的化学成分为碳酸钙、碳酸镁、磷 酸钙、***钙、有机酸钙、糖、糊精、蛋白质 等，是由多种无机物、有机物构成的，并以无机物为主。即：Ri=P/Fzi（8）生产效益除了产品纯度与产品回收率之间的关系，还必须考虑能量消耗因素。

2.3醪垢的成因

2.3.1 微溶或可溶物质在蒸馏过程中达 到过饱和状态而析出发酵成熟醪在蒸馏过程中沿塔板逐层 而下。相对挥发性大的物质在醪塔内沿塔板逐层上升，从顶部排出；干物质和水，还有醇、酸、酯类等相对挥发性小的物质沿塔 板逐层向下，微溶或可溶物质浓度不断增 加，当其浓度超过其溶解度达到过饱和状态后，便会在塔底再沸器的管壁及蒸馏塔塔盘和塔件表面析出。在蒸馏过程中首先析出的是溶解度较小的碳酸钙、碳酸镁、磷酸钙等，而溶解度稍大一些的也逐渐被浓缩沉积，如***钙、有机酸钙等。其做法是让塔压浮动于冷凝器的约束，而使冷凝器始终接近于满负荷操作。

发酵成熟醪中的不溶性悬浮物质，如酵母菌体、纤维、淀粉及析出的无机盐形成晶 核，加速了处于饱和状态下的无机盐、有机盐、糖、糊精、可溶性蛋白质等的析出。众所周知，国内大部分酒精厂采用了离心清液回配技术。离心清液的回配进一步提高了发酵成熟醪中干物质含量，加剧了微溶或可溶物质在醪液输送、换热、蒸馏过程中的析出和结垢概率。在精馏塔的操作中，当干扰产生时，多个塔板中灵敏板的变化量***明显。