基于Rockwell PLC的精馏塔控制系统设计(3)
精馏塔是一个多输入多输出的多变量操作过程，内部机理复杂且变量之间相互关联的因素众多，造成动态响应迟缓，所以造成精馏塔工艺结构差别明显，而实际工程对精馏控制提出的要求又较高，逐渐确定精馏塔的最佳控制方案变得极为重要。另外，从能耗的角度，精馏塔是典型单元操作中能耗最大的设备，所以简化结构，降低能耗，提高精馏效率的节能控制也必不可少。
2.1.2 精馏塔的工艺流程
精馏塔是实现混合物组分分离的主要设备，一般的精馏过程的装置由精馏塔、冷凝冷却器、回流罐、回流泵及再沸器等设备构成。再沸器提供混合物液相中的轻组分转移所需的能量；冷凝器将精馏塔塔顶产生的上升蒸汽冷却为液相并提供精馏所需的回流。
料液自塔的中部某适当位置连续地加入塔内，塔顶设有冷凝器将塔顶蒸汽冷凝为液体。冷凝液的一部分回入塔顶，称为回流液，其余作为塔顶产品（馏出液）排出。在塔内上半部上升蒸汽和回流液体之间进行着逆流接触和物质传递。塔底部装有再沸器以加热液体产生蒸汽，蒸汽沿塔上升，与下降的液体逆流接触并进行物质传递，塔底排出部分液体作为塔底产品。
在塔的加料位置以上，上升蒸汽中所含的重组分向液相传递，而回流液中的轻组分向气相传递。如此物质交换的结果，使上升蒸汽中轻组分的浓度逐渐升高。只要有足够的相际接触表面和足够的液体回流量，到达塔顶的蒸汽将成为高纯度的轻组分。他的上半部完成了上升蒸汽的精制，即除去其中的重组分，因而称为精馏段。
在塔的加料位置以下，下降液体（包括回流液和加料中的液体）中的轻组分向气相传递，上升蒸汽中的重组分向液相传递。这样，只要两相接触面和上升蒸汽量足够，到达塔底的液体中所含的轻组分可降至很低，从而获得高纯度的重组分。塔的下半部完成了下降液体中重组分的提浓即提出了轻组分，因而称为提馏段。
一个完整的精馏塔应包括精馏段和提馏段，在这样的塔内可将一个双组分混合物连续地，高纯度地分离为轻，重两组分。
2.1.3 精馏塔的工艺要求
为了使精馏塔能够有效地进行自动控制，必须从了解精馏塔的控制目标出发。精馏过程的控制目标指的能在保证生产产品质量合格的前提条件下，又能保证实际的收益达到最大、生产成本降低到最小，也就是要提高精馏塔的回收率、使能耗最低。因此，精馏过程要在一定约束条件下进行的，精馏塔的工艺要求就应该从质量指标、产品产量和能量消耗的角度综合考虑。而在考虑精馏塔适合的控制方案时就一定要把这些因素采纳进去。
（1） 保证质量指标
质量指标（即产品纯度）必须满足规定的要求。一般要让塔顶或塔底产品在其中一个达到规定的纯度时，另一个产品的纯度也应该保持在规定的范围之内。在某些特殊的情况下，也会要求塔顶和塔底的产品都保证达到一定的纯度要求的。而就二元精馏来说，产品的纯度是指塔顶部分中轻组分的含量和塔底部分中重组分的含量。对多元精馏而言，则用关键组分的含量来表示。其中的关键组分就是对产品质量影响较大的组分，塔顶产品的关键组分是易挥发的，称为轻关键组分；塔底产品的关键组分是不易挥发的，称为重关键组分。
在精馏塔操作中保证生产产品合格很重要。显然，如果产品质量不达标，其价值就将远远低于合格产品，造成利益的下降。当然，也不是说质量越高越好，如果质量超过规定要求，产品的价值本身并不会增加；而产品的产量却可能降低，同时操作成本（主要是能量消耗）会增加很多。因此，生产总的价值反而降低了。由此可见，除了要考虑使产品符合规格外，还应该同时考虑产品的生产数量、能量消耗及实际的有效性。