間接的な品質指標として温度を使用する場合、蒸留塔内の圧力が一定に保たれることが前提となります。蒸留塔には一般に圧力制御システムが装備されていますが、若干の圧力変動は避けられません。これらは、純度要件が低い蒸留塔では無視できますが、精密蒸留や高度な制御要件が必要なその他の用途では、わずかな圧力変化でも温度と組成の関係に影響を与える可能性があり、プロセスの品質要件を満たすことが困難になります。したがって、一般に差動温度制御と二重差動温度制御を使用して、圧力変動を補償する必要があります。
① 温度差制御：精密蒸留では温度差制御により製品の品質を向上させることができます。蒸留では、トレイの温度は組成と圧力の関数です。温度変化に影響を与える要因は、組成または圧力のいずれかです。一般的なカラム操作では、大気圧カラム、真空カラム、加圧カラムのいずれであっても、圧力は非常に狭い範囲で変動するため、温度と組成の間には直接的な関係があります。しかし、精密蒸留では高い生成物純度が要求され、塔頂部と塔底部の生成物の沸点に大きな差はありません。この場合、圧力変化による温度変化は、組成変化による温度変化よりもはるかに大きくなります。したがって、小さな圧力変動であっても大きな影響を及ぼし、無視することはできません。たとえば、ベンゼン、トルエン、キシレンの分離では、大気圧が 6.67 kPa 変化すると、ベンゼンの沸点が 2 度変化し、品質規格を超えます。このような圧力変化は、温度と組成の間の相関関係を破壊する可能性が十分にあります。したがって、精密蒸留で温度を制御変数として使用すると、理想的な制御結果が得られないことがよくあります。したがって、小さな圧力変動の影響は補償または排除する必要があります。
カラム圧力が変動すると、各プレートの温度はある程度変化しますが、2 つのプレート間の温度差はほとんど変化しません。たとえば、圧力が 1.176 MPa から 1.190 MPa に変化するとき、プレート 52 とプレート 65 の間の温度差は約 2.8 度のままです。これにより、温度差と組成の間の相関関係が維持されます。したがって、温度差を制御変数として使用して、最終製品の純度が要件を満たしていることを確認できます。
温度差信号を選択する場合は、次のように検出ポイントを選択してください。たとえば、塔頂留出物が主生成物である場合、1 つの検出ポイントは温度変化が小さい塔の上部 (またはわずかに下) に配置する必要があり、もう 1 つの検出ポイントは組成と温度の変化が大きく感度が高い高感度プレートの近くに配置する必要があります。そして、これら 2 つの測定点間の温度差を制御量とします。これら 2 点の温度に対する圧力変化の影響が等しい (または非常に類似している) 限り、圧力変動の影響はほぼ相殺されます。
石油化学生産では、ベンゼン{0}}トルエンやエチレン-エタンなどの精密蒸留システムに温度差制御が適用されて成功しています。良好な制御効果を得るには、温度差の設定値が適度で大きすぎず、動作条件が安定している必要があります。
② 二重温度差制御：温度差制御は塔内圧力変動による塔頂生成物または塔底生成物の品質への影響を克服できますが、欠点もあります。供給流量の変化により上昇する蒸気流量が変化し、トレイ間の圧力降下が変化します。供給流量が増加すると、トレイ間の圧力降下が増加し、その結果、温度差が増加します。温度差と組成の関係が変化するため、現時点では温度差制御は適していません。
