蒸馏塔自动控制(卷名：自动控制与系统工程)
automatic control of distillation column
蒸馏是化工生产过程中将混合流体分离的常用技术。对蒸馏塔的控制通常采用递阶方式，可分为三层。最低层为对液面、输入馈流、焓和压力等参数的控制。第二层为对输出蒸馏产物组分的控制。第三层为优化，例如求出运行的最优稳态。在蒸馏过程中需要补充组分分离减熵所消耗的能量。化工厂耗能较大，其中约40％的能量消耗在蒸馏塔上。同时，为保证蒸馏产物的质量须使蒸馏塔回流，而盲目回流又可能使产物的纯度过高，这是造成浪费能源的主要因素。另一方面，蒸馏塔的动态特性复杂，且具有非线性，对输出组分又难以实现精确快速测量。因此对蒸馏塔组分的测控问题一直是自动控制领域中的重要研究课题。70年代以来，随着能源的不断紧张，人们更加重视这方面的研究，已经将适应控制系统应用于蒸馏塔的输出组分控制。
干扰 蒸馏塔运行中最主要的干扰是由输入馈流引起的，包括馈流的组分、流速、焓等参数变化所引起的干扰。在多级控制中还要考虑加热蒸气的压力和冷却水流引起的干扰。若馈流速度取决于馈送设备、而且是不可控的，则可将它的测量值用于前馈控制（见复合控制系统），以控制输出流量和塔内流量，使它们与输入馈流成比例。由于塔身竖立于地面，还需要考虑气候变化的影响。
测量 对产物组分的直接测量通常采用气体色谱仪，也可采用质谱仪等其他分析仪表。这类仪表需要一段处理时间才能得出测量值，结果给控制回路带来显著的死区时间，同时成本也较高。因此，还需要利用对其他参数的测量来间接推断产物组分。常用间接测量方法包括测量温度、红外吸收、折射率和电导率等参数。通常采用直接测量和间接测量相结合的方式。直接测量仪表装在输出管道上，用于精确测量流速较慢的产物流的组分。间接测量用于检测馈流干扰引起的快速扰动，装在塔的中部，因为塔端温度对组分的变化不敏感。
适应控制
PID调节器在工业控制中广泛应用,它需要针对系统的动态特性调整比例、积分和微分项的系数后才能取得良好的效果。把PID调节器用于蒸馏塔产物组分控制，往往需要频繁地调整以补偿操作条件改变引起的动态特性变化。采用适应控制方案可较理想地解决这个问题。例如采用自校正调节器可达到或优于PID调节器的控制效果，而且省去了调整的工作。下图为双组分蒸馏塔计算机控制系统示意图。馈流，即未经分离的混合流体从塔的中部输入。顶部产物组分由电容探头测量，底部产物组分由气体色谱仪测量。CR为分析器记录器，FRC为流量记录器和控制器，GC为气体色谱仪,LC为液面控制器。所有分析仪表和控制规律的计算工作都由分布计算机完成。自校正调节器有单回路、多回路和多变量解耦控制三种形式。图中系统若采用两个独立的自校正调节器分别控制塔顶输出组分和塔底输出组分，则由于操作时蒸气速率和回流的变化引起顶部和低部两个控制回路间的互相作用而导致两个输出组分都发生振荡。采用多变量解耦控制方式也仅能对其中的一个回路（例如顶部）取得较好效果。还可以进一步选择合适的采样间隔、过程滞后和标度因子以达到良好的控制效果。