蒸馏塔。内部回流控制

蒸馏塔是过程工业中最常用于分离和净化的单元操作。它们也可能是一些最复杂的操作和控制，因为它们涉及两相，多阶段，逆流质量和热量传递，每个托盘或填料段代表一个理论平衡阶段)。托盘数量越多，与成分变化有关的时间常数越长。

对于双产品精馏塔(顶产品和底产品)，通常有五个控制自由度(控制阀):

•回流
•顶级产品流程
•再沸器热输入流
•底层产品流程，以及
•压力控制阀，其具体位置取决于如何控制压力。

这些阀门中的三个用于库存控制(回流鼓，塔底和蒸汽库存或压力控制)。这样就剩下两个阀门来实现主要的操作和控制目标，即产品成分控制。这两个阀门通常是回流流再沸器热源流动。对于许多列，P&ID将指定一个顶部或上部托盘温度控制器，调整回流流量在一个直接级联的顶部产品成分控制。

不幸的是，这种类型的级联并不总是表现得很好，并且通常操作员最终会破坏级联并在AUTO模式而不是CASC模式下使用回流流量控制。控制回路性能差的原因有几个-本讨论解决了一个不太被认识和经常被忽视的过程干扰来源。

至少有七到八种不同的方法来控制蒸馏塔上的压力，其中几种会导致过冷回流。过冷意味着从顶置冷凝器流出的回流液的温度低于其泡点，即第一个蒸汽泡从液体中沸腾的温度。从工艺和控制的角度来看，将过冷回流回塔意味着什么?

回流的目的是使整个精馏段中向下流动的液体与向上流动的蒸汽接触，以实现逐级平衡的传热传质，从而净化顶部产品。当过冷回流被引入到顶部托盘，它必须被加热到它的气泡点之前，较轻的组件将蒸发。热量从何而来?它唯一可能来自的地方是从下面接近顶部托盘的冷凝蒸汽。当这个蒸汽凝结时，它增加了从托盘1流过塔柱的总液体。换句话说，过冷回流引入的回流体积(或质量或摩尔)流量大于外部回流流量控制器输送到塔中的流量。

如果过冷的程度是恒定的，那么这就不会是这么大的干扰源;然而，通常情况并非如此。过冷量将随冷却介质(环境空气、冷却水、另一工艺流等)、暴雨等的温度而变化。为了实现令人满意的成分控制，最常见的方法是采用一种先进的调节控制(ARC)技术，即内部回流控制。内部回流，即液体从托盘1到托盘2的实际流量，可以计算如下:

红外＝R* (1 +C_p* (T_O- - - - - -T_R) / Λ)

地点:

R外部回流

C_p=回流热容(例如，BTU/lb-°F)

T_O=顶部蒸汽温度(进入冷凝器)

T_R回流温度

Λ =回流蒸发热(例如，BTU/lb)

内部回流控制器简单地使用这个方程来解决在每次控制执行时保持恒定的内部回流所需的外部回流流量。实际上，该控制器补偿了每次控制执行时过冷回流温度的变化。

最后一步是重建用于成分控制的级联，即重新引入温度到内部回流级联，该级联可能会更稳定，可以更好地控制成分，并且会得到更大的操作员接受。

这篇文章是由体育博士吉姆·福特撰写的。Jim是MAVERICK Technologies的过程控制顾问，MAVERICK Technologies是一家领先的系统集成商，在制造和加工行业提供工业自动化、运营支持和控制系统工程服务。MAVERICK在各种领域提供专业知识和咨询，包括工业自动化控制，分布式控制系统，制造执行系统，操作策略,业务流程优化．该公司提供全方位的自动化和控制服务-从PID控制器整定和人机界面编程作为主要的自动化承包商。此外，MAVERICK还提供工业和技术人员服务，安排现场自动化、仪表和控制工程师。

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