物料平衡控制

物料平衡控制
    物料平衡控制方式并不对塔顶或塔底产品质量进行直接的控制，而依据精馏塔的物料平衡及能量平衡关系进行间接控制。其基本原理是，对于图9-2-8所示的精馏塔，当进料成分不变和进料温度(单相进料时)或热熔(两相进料)一定时，在维持全塔物料平衡的前提下，保持进料量F，再沸器加热量Q_H(或塔底上升蒸汽量V)、塔顶产品量D一定;或者说保持D/F和VF一定，由式((9-2-3)和式(9-2-8)可知，就可保证塔顶、塔底产品的质量指标一定。
为了维持全塔的物料平衡，就需要对塔底液位L。与回流罐液位L‑进行有效的控制。对照图9-2-11所示的简化控制问题，物料平衡控制方式等效于图9-2-12所示的4X2(四个操纵变量，两个被控变量)控制命题。图9-2-12中W为除进料量以外的其他扰动因素，如进料组成、进料温度与状态的变化。对于上述物料平衡控制问题，从理论上来说存在4X3=12种控制方案。考虑过程动态特性的影响，并结合变量间的相对增益分析，可将上述问题分解成塔顶、塔底两个子系统，由此可考虑的控制方案共有4种，如表9-2-1所示。

对这三种方案的选取原则为:当某一产品为下一个塔的进料时，则通常希望这一产品处于流量或流量比值控制之下，以减少对下一塔的进料扰动。当D≤B时，由于D=F-B，如果采用方案3，则对F和B进行测量控制所引起的小误差，必然会引起D的相当大的误差，而且由于D的可调范围窄，对回流罐液位的控制能力弱；因而，此时最可取的方案为方案2。反之，当B≤D时，最可取的方案为方案3。

    而当D,B接近并且对D,B的波动要求宽松时，可考虑选用方案1。与方案2,3相比，由于L与V(或Q_H)均在流量控制下，精馏塔本身与回流罐或塔底液位对象之间几乎不存在关联，系统的稳定性最强。当然，这种方案对塔顶冷凝器或塔底再沸器的操作波动无自动补偿作用，即对产品质量的控制能力较弱。
    显然，上述物料平衡控制适用于进料成分恒定或变化不大时塔的控制，同时，要求进料温度或热焙变化不大。当进料温度或热熔的变化足以影响塔的产品质量时，则需要设置相应的温度或热焓控制系统；而当进料成分波动较大时，则需要对产品的质量进行直接控制。