陈浩
上海金炼化工科技有限公司
摘要：在工业生产流程内，精馏塔属于常用装置类型之一，其能够在制造环节中发挥关键作用，因此具有重要价值。精馏处理属于复杂程度较高的反应过程，其内部控制变量丰富、可操作变量多样化，同时技术原理专业性强。因此，精馏作为生产阶段应用最为频繁的基础过程，需要消耗大量人力资源进行管理，能耗级别也较为庞大。为降低基础成本并提高生产效率，需要针对精馏塔进行改进，使其能够贴合实际需求，达到理想应用目标。本文结合笔者化工原料精馏行业工作经验，对精馏塔控制与节能优化进行深入研究，以供参考。
关键词：精馏塔；控制节能；优化处理
前言：为实现改进精馏塔控制、节能环节的最终目标，需要首先明确精馏操作基础原理，并从控制角度、节能角度进行针对性分析，明确优化措施，确保精馏塔应用能够达到最佳效果。笔者在化工原料精馏、结晶分离提纯行业中具有丰富工作经验，长期从事塔装置、换热蒸发装置的设计工作，能够对精馏塔控制、节能进行改进分析，确保后续进一步应用能够达到理想效果。
1 精馏原理介绍
精馏操作属于化工生产行业中较为常见的处理流程之一，其需要将混合物体内部液体部分、气体部分进行接触操作，使相关物质在固定条件下进行反应。常规状态中，物质会在逆向流动、全面接触前提下逐渐开始反应流程，使液相内部轻组分快速进入气相内部，气相完成重组分操作，最终进入液相内部。精馏本质属于传质活动，会导致热量不断传导，最终达成反应目标。在压力恒定环境下，独立组分液体沸腾会持续产生加热效果，但温度却始终维持原有状态。多组分液体会同样会在沸腾阶段持续加热，但温度会发生对应变化。恒定压力会使溶液气相平衡与组分存在产生相对联系，组分沸腾温度点越高、浓度级别越高、平衡状态所需温度级别也会越高[1]。因此，相对于物质气液相平衡状态，溶液气液进入平衡具有独特表现，即气相、液相平衡浓度存在差异。常规气相低沸腾点组分浓度高于液相组分浓度，与纯组分气态、液态平衡相对比，常规压力条件下平衡温度主要代指冷凝点、沸腾点。若溶液处于相对平衡状态，则平衡温度可转变为此液相浓度级别下泡点、露点温度。维持气相与液相保持平衡时，泡点、露点温度普遍存在差异，泡点实际温度值可能会低于露点温度值。通过汽化处理环节与冷凝处理环节可以实现分离操作，通过在精馏装置内部反复开展相关流程，最终便能够达到同组分相对分离效果。
因此，可以认为精馏实际原理属于数次汽化处理与数次吸收冷凝的共同作用。溶液在进入汽化状态时，会对周边热量进行吸收，而进入冷凝状态时，气体需要释放热量才能够达到目标。因此，精馏处理需要再沸装置与冷凝装置共同处理，确保相关流程能够正常完成。通过将原始溶液加入精馏装置，可以使其在设备内反复进行汽化、冷凝[2]。随后，便可在设备塔顶区域或塔底区域获得反应产物。此流程需要精馏塔装置、回流泵装置与冷凝装置共同处理，实际生产阶段应用原料需要从精馏塔中段区域进入，随后采用进料处理板将其分为两组。上半组区域为精馏处理段，下半组为提馏处理段。在加入溶液后，由于各个组分存在沸点差异，因此低沸点区域相对容易汽化，产生向上方升腾的效果。高沸点组分会随其它液体向下方移动，随后在塔板位置与上升蒸汽流相互接触，进入逆流反应状态，完成热能传导流程。下段液体在进入塔釜后，一部分通过连续引流处理成为成品，另一部分在汽化处理环境中重新进入塔内。塔顶位置会在冷凝装置介入情况下转变为液体，通过回流泵装置处理达到被引出或返回塔板的目标，最终完成精馏反应。
2 精馏塔控制研究
由于精馏过程具有死时延滞阶段长、变量关联复杂多变等基础特征，因此针对精馏塔进行控制的难度较高，可能会产生效率问题或生产问题。因此，需要采取有效控制措施，对精馏塔整体管控效果进行改进，避免相关问题出现。通过以相对增益理念作为分析方法，可以有效处理精馏塔变量配对问题，实现改进控制的目标。同时，还能够采用控制三准则与静态相对增益分析工具结合措施，使精馏塔内部关联结构能够被有效明确，尽可能降低引发问题的概率，实现理想控制效果。
但是，目前相关研究普遍集中于精馏塔装置单端组分管控方面，对计算机信息技术应用较少，与时代背景存在脱节问题。因此，在改进控制方面需要进一步结合技术热点，采用信息化技术或自动化技术进行处理，如线性多变量管控、自适应分析、状态预测控制、鲁班管理算法等[3]。通过将非线性管控方案与精馏塔控制相互结合，能够有效改进整体管控效果，具有正面应用意义。因此，需要加强对相关技术的研究，确保其能够在精馏塔控制过程中发挥基础作用。
预测控制方案在精馏塔控制改进阶段具有重要影响意义，通过将预测管理算法与精馏装置相互结合，能够有效改进基础效率。在此阶段需要将阶段输出、模型输出偏差增加时相控制量与伪随机类型信号，随后利用相关算法对模型进行重新识别，检查实际控制器应用效果。同时，还可针对中槽连续精馏装置进行改进，并建立MPC-MIMO控制系统，使PAC、自适应调节装置能够与神经网络相互结合，进一步优化精馏塔控制效率，增强产出质量。基于模糊预测控制方法应用方案，还可解决输入、输出模型环节存在的特征局限性，具有重要应用价值。精馏塔除以上控制改进措施外，还可采取机理模型方案，在MPC多变量系统内加入输入限制，避免产生意外过饱和问题。与传统增益调度处理回路相对比，采用MPC方案可以有效改进管理质量，降低出现不良情况的可能性。蒸馏塔控制改进方案具有多种重要类型，如自优化处理、最小方差适应处理、极点配置处理等[4]。通过合理应用相关方案，能够最大限度提升精馏塔控制效率，有利于增加经济收益，实现理想改进目标。
3精馏塔节能优化研究
在精馏塔进行节能与优化处理时，需要针对基础能耗进行改进。改进能耗方案较为多样化，应当结合实际环境进行分析，选择恰当方案开展处理。例如，可采用高效率规整填料替换传统流程板式塔填料结构，或优化再沸装置与冷凝装置换热效率、改进进料位置、采用热泵解决方案等。这些措施都可以有效降低基础能耗，实现精馏塔节能优化目标。但是，相关方案普遍存在工艺角度局限性，需要对生产应用设备进行改造。部分方案还需要修改实际生产流程，可能会增加基础成本，不利于精馏塔节能处理。为实现理想节能优化处理效果，需要从操作数据角度出发，改进整体流程，实现理想优化目标。例如，通过对精馏处理环节建立静态数学模型，创设最低能耗优化方案，可以有效减少基础能源成本。通过实际应用发现，实际节能效果达到15%，具有显著经济意义[5]。同时，还可利用软件平台对精馏塔装置进行仿真，结合结果内容对其开展离线优化处理。此类措施可以有效降低能耗级别，能够避免对精馏塔生产线进行大面积改进，具有良好适用性表现。此外，还可采用数学机理模型、塔板操作水力学模型等方式优化连续精馏塔系统，结合稳定状态优化模型，能够实现优化基础操作的最终目标，间接降低能耗级别。
通过针对精馏塔装置进料流量波动进行改进，可以实现随机约束控制效果，有利于降低能耗级别。在改进节能效果的同时，应当加强精馏装置控制，结合在线优化方案，使操作参数可以得到平衡处理，避免能耗过大等问题产生。目前，此类优化方案普遍需要针对参数进行优化，同时处理类型属于离线操作，无法结合设备实施状态进行改进。为此，应当进一步加强控制应用算法与优化策略研究，结合实际情况，提出可用性较高的优化方案，使精馏塔运行效率能够达到最佳级别，大幅降低能源消耗。未来精馏塔装置将会与实际情况相结合，采取在线优化措施，使操作参数可以按照控制算法进行自动改进，实现全自动、智能化能耗管理目标。
总结
综上所述，精馏塔属于工业生产关键设备类型之一，因此需要重视控制与节能优化改进，确保其能够达到理想运行效果，进一步缩减应用成本并减少能源消耗，为未来生产环节提供重要支持。未来，还需要结合信息化与智能方案、自动化平台等改进技术，对精馏塔进行全面优化，使其应用效果能够贴合新时代背景，达到革新工业生产设备的行业目标。
参考文献
[1]戴薇薇,谢恪谦,张星,等.丙烯精馏塔节能及扩能优化方案研究[J].石油炼制与化工,2019,50(04):67-71.
[2]王祥远.论精馏塔设备的设计与节能[J].中国化工贸易,2018,10(036):162.
[3]李玉静,王雪平,庞宏建.精馏塔实训设备操作条件的节能优化[J].黄河水利职业技术学院学报,2018,030(003):52-54.
[4]李红实,王雪菲,李春利,等.气液分开进料内部热耦合精馏塔的优化设计[J].化学工程,2018(5):32-35.
[5]刘宏，赵雅静，付镜霞，等.内部能量集成的精馏塔研究进展[J].现代化工,2020,410(12):87-92.
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