MINIDCS在蒸馏化工方面的应用

1.1. 精馏塔工作原理
        精馏是化工生产中分离互溶液体混合物的典型单元操作，其实质是多级蒸馏，即在一定压力下，利用互溶液体混合物各组分的沸点或饱和蒸汽压不同，使轻组分（沸点较低或饱和蒸汽压较高的组分）汽化，经多次部分液相汽化和部分气相冷凝，使气相中的轻组分和液相中的重组分浓度逐渐升高，从而实现分离。

        精馏过程的主要设备有：精馏塔、再沸器、冷凝器、回流罐和输送设备等。精馏塔以进料板为界，上部为精馏段，下部为提留段。一定温度和压力的料液进入精馏塔后，轻组分在精馏段逐渐浓缩，离开塔顶后全部冷凝进入回流罐，一部分作为塔顶产品（也叫馏出液），另一部分被送入塔内作为回流液。回流液的目的是补充塔板上的轻组分，使塔板上的液体组成保持稳定，保证精馏操作连续稳定地进行。而重组分在提留段中浓缩后，一部分作为塔釜产品（也叫残液），一部分则经再沸器加热后送回塔中，为精馏操作提供一定量连续上升的蒸气气流。

1.2. 乙醇回收项目
在对山东一个乙醇回收项目中，从成本、稳定性、可靠性、周期性考虑，采用了北京德姆森自控系统有限公司的MINI DCS系统，其蒸馏控制系统的工艺流程如下图示：

1.3. 控制系统及控制方案

1.3.1. 控制系统
乙醇回收（精馏）整个工艺过程为连续操作，整个工艺路线比较清晰，但在实现整套装置的自动化生产方面却比较复杂，存在着复杂的选择控制、串级控制、联锁控制等因此控制系统必须保证装置安全稳定运行，并保证蒸馏检测的实时、真实、准确和透明。蒸馏装置的主要工艺过程参数：温度、压力、流量、液位、浓度等在控制室进行集中监视、控制和管理、对重要的工业参数设置了超限报警及安全联锁。
蒸馏控制系统依托MINI DCS集散控制系统。MINI DCS的软硬件采用系统扩展方式，完成对系统主要工艺过程的数据采集、生成监视、过程控制、画面操作、趋势记录、参数报警、安全联锁和报表打印。

MINI DCS控制系统包括1套控制站、1套操作站、6个DM241 PID模块、2个DM231开关量输出模块、2个DM243A 流量计模块、4个DM221模拟量采集模块、液位计3个，系统配置如下图：

1.3.2. 控制方案
（1）精馏塔物料进口管道上安装调节阀（FV0104）和流量计（FI0103）、精馏塔底安装液位计（LI0103），三者通过系统形成连锁，当流量或液位超过或低于设定值时，调节母液管道上的调节阀，控制进入塔内的物料，保持流量和液位稳定。
（2）蒸汽管道上安装调节阀（FV0106）、精馏塔底安装热电阻（TICA0102），两者通过系统形成连锁。通过底部的温度传感器，控制给塔内输送过热蒸汽管道上的阀门，通过调节阀门的大小，保持塔内温度稳定。
（3）回流管道上安装调节阀（FV0105）和流量计（FI0104）、精馏塔顶安装热电阻（TICA0104），调节阀（FV0105）和热电阻（TICA0104）通过系统形成连锁。当顶部温度超过或低于设定值时，调节回流管道上的电动阀，进而调节回流的大小，保持温度稳定。
（4）精馏塔中部安装热电阻（TICA0103）随时查看中部温度；精馏塔底、中、顶分别安装压力变送器（PICA0102）（PICA0103）（PICA0104）随时查看各部压力。
（5）母液罐和回流罐上安装液位计（LI0102）（LI0101），随时查看液位高度
（6）再沸器蒸汽入口安装压力变送器（PICA0107）、冷凝器循环水进、出口安装压力变送器（PICA0105）（PICA0106）和热电阻（TICA0105）（TICA0106）随时查看各部压力和温度。
（7）物料泵（P0101）、（P0102），回流泵（可能要加上）三组，每台泵利用两个继电器进行点动控制（相当于两个点动按钮）。
（8）在冷凝器的输入、输出端安装温度和压力传感器，检测冷凝器的工作状态。

1.3.3. 传感器和执行器
（1）系统中需要安装温度和压力传感器的位置有：蒸馏塔的塔顶、塔中、塔底，冷凝器的输入和输出；
（2）安装液位传感器的位置有：蒸馏塔的塔底、母液罐、回流罐；
（3）安装流量传感器的位置有：回流管道和母液输送管道；
（4）安装调节阀的管道有：蒸汽管道、回流管道、母液输送管道。

1.3.4. 测量控制设备
（1）DM241智能PID控制模块
采集测量温度信号，自动控制调节电动阀，达到预计温度
（2）DM243A流量积算模块；
测量流量传感器信号，可直接配接两线制变送器，用来显示瞬时流量和累计流量
（3）DM221四通道采集模块
每个模块可以四路万能信号输入，可以配置各种类型的传感器。
（4）DM231开关量输出模块
每个模块可以控制4个开关量输出

3.3.5. 组态软件
为了能更好的实现人机交互，在此系统中，采用DM7000 7英寸触摸屏，利用组态软件，实现管理、操作、监控、设置、查询和显示功能。

查询界面

曲线图

参数设置界面

1.4. 结束语
MINI DCS控制系统应用在该系统中，自2011年投产以来，至今稳定可靠地运行，全面实现了数据采集、模拟量控制和开关量逻辑控制及联锁保护等功能，实现蒸馏分离生产的自动化，并真正做到了控制集中、危险分散。该套装置配置合理，运行平稳，其技术水平达到了国内同级蒸馏设备的先进水平。