MINIDCS在蒸餾化工方面的應用

1.1. 精餾塔工作原理
        精餾是化工生產中分離互溶液體混合物的典型單元操作，其實質是多級蒸餾，即在一定壓力下，利用互溶液體混合物各組分的沸點或飽和蒸汽壓不同，使輕組分（沸點較低或飽和蒸汽壓較高的組分）汽化，經多次部分液相汽化和部分氣相冷凝，使氣相中的輕組分和液相中的重組分濃度逐漸升高，從而實現分離。

        精餾過程的主要設備有：精餾塔、再沸器、冷凝器、回流罐和輸送設備等。精餾塔以進料板為界，上部為精餾段，下部為提留段。一定溫度和壓力的料液進入精餾塔后，輕組分在精餾段逐漸濃縮，離開塔頂后全部冷凝進入回流罐，一部分作為塔頂產品（也叫餾出液），另一部分被送入塔內作為回流液。回流液的目的是補充塔板上的輕組分，使塔板上的液體組成保持穩定，保證精餾操作連續穩定地進行。而重組分在提留段中濃縮后，一部分作為塔釜產品（也叫殘液），一部分則經再沸器加熱后送回塔中，為精餾操作提供一定量連續上升的蒸氣氣流。

1.2. 乙醇回收項目
在對山東一個乙醇回收項目中，從成本、穩定性、可靠性、周期性考慮，采用了北京德姆森自控系統有限公司的MINI DCS系統，其蒸餾控制系統的工藝流程如下圖示：

1.3. 控制系統及控制方案

1.3.1. 控制系統
乙醇回收（精餾）整個工藝過程為連續操作，整個工藝路線比較清晰，但在實現整套裝置的自動化生產方面卻比較復雜，存在著復雜的選擇控制、串級控制、聯鎖控制等因此控制系統必須保證裝置安全穩定運行，并保證蒸餾檢測的實時、真實、準確和透明。蒸餾裝置的主要工藝過程參數：溫度、壓力、流量、液位、濃度等在控制室進行集中監視、控制和管理、對重要的工業參數設置了超限報警及安全聯鎖。
蒸餾控制系統依托MINI DCS集散控制系統。MINI DCS的軟硬件采用系統擴展方式，完成對系統主要工藝過程的數據采集、生成監視、過程控制、畫面操作、趨勢記錄、參數報警、安全聯鎖和報表打印。

MINI DCS控制系統包括1套控制站、1套操作站、6個DM241 PID模塊、2個DM231開關量輸出模塊、2個DM243A 流量計模塊、4個DM221模擬量采集模塊、液位計3個，系統配置如下圖：

1.3.2. 控制方案
（1）精餾塔物料進口管道上安裝調節閥（FV0104）和流量計（FI0103）、精餾塔底安裝液位計（LI0103），三者通過系統形成連鎖，當流量或液位超過或低于設定值時，調節母液管道上的調節閥，控制進入塔內的物料，保持流量和液位穩定。
（2）蒸汽管道上安裝調節閥（FV0106）、精餾塔底安裝熱電阻（TICA0102），兩者通過系統形成連鎖。通過底部的溫度傳感器，控制給塔內輸送過熱蒸汽管道上的閥門，通過調節閥門的大小，保持塔內溫度穩定。
（3）回流管道上安裝調節閥（FV0105）和流量計（FI0104）、精餾塔頂安裝熱電阻（TICA0104），調節閥（FV0105）和熱電阻（TICA0104）通過系統形成連鎖。當頂部溫度超過或低于設定值時，調節回流管道上的電動閥，進而調節回流的大小，保持溫度穩定。
（4）精餾塔中部安裝熱電阻（TICA0103）隨時查看中部溫度；精餾塔底、中、頂分別安裝壓力變送器（PICA0102）（PICA0103）（PICA0104）隨時查看各部壓力。
（5）母液罐和回流罐上安裝液位計（LI0102）（LI0101），隨時查看液位高度
（6）再沸器蒸汽入口安裝壓力變送器（PICA0107）、冷凝器循環水進、出口安裝壓力變送器（PICA0105）（PICA0106）和熱電阻（TICA0105）（TICA0106）隨時查看各部壓力和溫度。
（7）物料泵（P0101）、（P0102），回流泵（可能要加上）三組，每臺泵利用兩個繼電器進行點動控制（相當于兩個點動按鈕）。
（8）在冷凝器的輸入、輸出端安裝溫度和壓力傳感器，檢測冷凝器的工作狀態。

1.3.3. 傳感器和執行器
（1）系統中需要安裝溫度和壓力傳感器的位置有：蒸餾塔的塔頂、塔中、塔底，冷凝器的輸入和輸出；
（2）安裝液位傳感器的位置有：蒸餾塔的塔底、母液罐、回流罐；
（3）安裝流量傳感器的位置有：回流管道和母液輸送管道；
（4）安裝調節閥的管道有：蒸汽管道、回流管道、母液輸送管道。

1.3.4. 測量控制設備
（1）DM241智能PID控制模塊
采集測量溫度信號，自動控制調節電動閥，達到預計溫度
（2）DM243A流量積算模塊；
測量流量傳感器信號，可直接配接兩線制變送器，用來顯示瞬時流量和累計流量
（3）DM221四通道采集模塊
每個模塊可以四路信號輸入，可以配置各種類型的傳感器。
（4）DM231開關量輸出模塊
每個模塊可以控制4個開關量輸出

3.3.5. 組態軟件
為了能更好的實現人機交互，在此系統中，采用DM7000 7英寸觸摸屏，利用組態軟件，實現管理、操作、監控、設置、查詢和顯示功能。

查詢界面

曲線圖

參數設置界面

1.4. 結束語
MINI DCS控制系統應用在該系統中，自2011年投產以來，至今穩定可靠地運行，全面實現了數據采集、模擬量控制和開關量邏輯控制及聯鎖保護等功能，實現蒸餾分離生產的自動化，并真正做到了控制集中、危險分散。該套裝置配置合理，運行平穩，其技術水平達到了國內同級蒸餾設備的先進水平。