精馏过程是现代化工生产中应用极为广泛的传质过程，其目的是利用混合液中各组分挥发度的不同将各组分进行分离，并达到规定的纯度要求。
精馏塔是精馏过程的关键设备，它是一个非常复杂的现象。在精馏操作中，被控变量多，可以选用的操纵变量亦多，它们之间又可以有各种不同组合，所以控制方案繁多。由于精馏塔对象的通道很多，反应缓慢，内在机理复杂，变量之间相互关联，加以对控制要求又较高，因此必须深入分析工艺特性，总结实践经验，结合具体情况，才能设计出合理的控制方案。
(一)精馏塔的控制要求
为了对精馏塔实施有效的自动控制。必须首先了解精馏塔的工艺操作目标。一般来说，精馏塔的工艺操作目标，应该在满足产品质量合格的前提下，使总的收益最大或总的成本最小。因此，精馏塔的控制要求，应该从质量指标(产品纯度)、产品产量和能量消耗三个方面进行综合考虑。
1.质量指标
精馏操作的目的是将混合液中各组分分离为产品，因此产品的质量指标必须符合规定的要求。也就是说，塔顶或塔底产品之一应该保证达到规定的纯度，而另一产品也应保证在规定的范围内。
在二元组分精馏中，情况较简单，质量指标就是使塔顶产品中轻组分纯度符合技术要求或塔底产品中重组分纯度符合技术要求。
在多元组分精馏中，情况较复杂，一般仅控制关键组分。所谓关键组分是指对产品质量影响较大的组分。从塔顶分离出挥发度较大的关键组分称为轻关键组分，从塔底分离出挥发度较小的关键组分称为重关键组分。以石油裂解气分离中的脱乙烷塔为例，它的目的是把来自脱甲烷塔底部产品作为进料加以分离，将乙烷和更轻的组分从顶部分离出，将丙烯和更重的组分从底部分离出。在实际操作中，比乙烷更轻的组分几乎全部从顶部分离出来。丙烯更重的组分几乎全部从底部分离出，少量从顶部分离出。这时，显然乙烷是轻关键组分，丙烯则是重关键组分，操作的关键是如何减少重关键组分在塔顶产品中的比例，或如何减少轻关键组分在塔底产品中的比例。因此，对多元组分的分离可简化为对二元关键组分的分离，这就大大地简化了精馏操作。
在精馏操作中，产品质量应该控制到刚好能满足规格上的要求，即处于“卡边”生产。生产超过规格的产品是一种浪费，因为它的售价不会更高，只会增大能耗，降低产量而已，
2.产品产量和能量消耗
精馏塔的另两个重要控制目标是产品的产量和能量消耗。精馏塔的任务，不仅要保证产品质量，还要有一定的产量。另外，分离混合液也需要消耗一定的能量，这主要是再沸器的加热量和冷凝器的冷却量消耗。此外，塔的附属设备及管线也要散失一部分热量和冷量。从定性的分析可知，要使分离所得的产品纯度愈高，产品产量愈大，则所消耗的能量愈多。产品的产量通常用该产品的回收率来表示。回收率的定义是：进料中每单位产品组分所能得到的可售产品的数量。数学上，组分i的回收率定义为：
产品回收率、产品纯度及能量消耗三者之间的定量关系可以用相应的曲线来说明。这是对于某一精馏塔按分离50%两组分混合液作出的曲线图，纵坐标是回收率，横坐标是产品纯度(按纯度的对数值刻度),图中的曲线表示每单位进料所消耗能量的等值线(用塔内上升蒸汽量V与进料量F之比V/F来表示)。曲线表明，在一定的能耗V/F情况下，随着产品纯度的提高，会使产品的回收率迅速下降。纯度愈高，这个倾向愈明显。
(二)精馏塔的基本控制方案
精馏塔是一个多变量的被控过程，可供选择的被控制变量和控制变量是众多的，选定一种变量的配对，就组成一种精馏塔的控制方案。然而精馏塔因工艺、塔结构不同等方面因素，使精馏塔控制方案更是举不胜举，很难简单判定哪个方案是最佳的。这里介绍精馏塔常规的、基本的控制方案，作为确定方案时的参考。精馏塔的控制目标是使塔顶和塔底的产品满足规定的质量要求，并确保操作平稳。为使问题简化，这里仅讨论塔顶和塔底产品均为液相时的基本控制问题。
1.按精馏段指标控制
当塔顶采出液为主要产品时，往往按精馏段指标进行控制。这时，取精馏段某点浓度或温度作为被控变量、而以回流量L、塔顶采出量D或再沸器上升蒸汽量V作为控制变量。
可以组成单回路控制方式，也可以组成串级控制方式。后一种方式虽较复杂，但可迅速有效地克服进入副环的扰动，并可降低对控制阀特性的要求，在需作精密控制时采用。
按精馏段指标控制，对塔顶产品的纯度xp有所保证，当扰动不很大时，塔底产品纯度xg的变动也不大，可由静态特性分析来确定出它的变化范围。采用这种控制方案时，在L、D、V和B四者之中，选择一个作为控制产品质量的手段，选择另一个保持流量恒定，其余两个变量则按回流罐和再沸器的物料平衡关系由液位控制器加以控制。
常见的控制方案可分两类。
(1)依据精馏段指标控制回流量L,保持再沸器加热量V为定值。
这种控制方案如图2-26所示，其优点是控制作用迟延小，反应迅速，所以对克服进入精馏段的扰动和保证塔顶产品是有利的，这是精馏塔控制中最常用的方案。可是在该方案中，L受温度控制器控制，回流量的波动对于精馏塔平稳操作是不利的。所以在控制器参数整定时，采用比例加积分的控制规律即可，不必加微分。此外，再沸器加热量维持一定而且应足够大，以便塔在最大负荷时仍能保证产品的质量指标。
(2)依据精馏段指标控制塔顶采出量D,保持再沸器加热量V为定值。
该控制方案如图2-27所示，其优点是有利于精馏塔的平稳运行，对于回流比较大的情况下，控制D要比控制L灵敏。此外，还有一个优点，当塔顶产品质量不合格时。如采用有积分动作的控制器，则塔顶采出量D会自动暂时中断，进行全回流，这样可保证得到的产品是合格的。
该方案温度控制回路迟延较大，反应较慢，从采出量D的改变到温度变化，要间接地通过回流罐液位控制回路来实现，特别是回流罐容积较大时，反应更慢，给控制带来了困难。
此外，同样要求再沸器加热量需足够大，以保证在最大负荷时的产品质量。精馏段温控的主要特点与使用场合如下.
①采用了精馏段温度作为间接质量指标，因此它能较直接地反映精馏段的产品情况，当塔顶产品纯度要求比塔底严格时，一般宜采用精馏段温控方案；
②如果干扰首先进入精馏段，采用精馏段温控就比较及时。
2.按提馏段指标控制
当塔釜液为主要产品时，常常按提馏段指标控制。如果是液相进料，也常采用这类方案。这是因为在液相进料时，进料量F的变化，首先影响到塔底产品浓度x,塔顶或精馏段塔板上的温度不能很好地反映浓度的变化，所以此时用提馏段控制比较及时。
常用的控制方案可分为两类。
(1)按提馏段指标控制再沸器加热量，从而控制塔内上升蒸汽量V,同时保持回流量L为定值。此时，D和B都是按物料平衡关系，由液位控制器控制。
该方案采用塔内上升蒸汽量V作为控制变量，在动态响应上要比回流L控制的迟延小，响应迅速，对克服进入提馏段的扰动和保证塔底产品质量有利，所以该方案是目前应用最广的精馏塔控制方案。可是在该方案中，回流量采用定值控制。而且回流量应足够大，以便当塔的负荷最大时仍能保证产品的质量指标。
(2)按提馏段指标控制塔底采出量B,同时保持回流量L为定值。此时，D是按回流罐的液位来控制，再沸器蒸汽量由塔釜液位来控制。
该控制方案正像前面所述的，按精馏段温度来控制D的方案那样，有其独特的优点和一定的弱点。优点是当塔底采出量B较少时，运行比较平衡；当采出量B不符合质量要求时，会自行暂停出料。缺点是延迟较大且液位控制回路存在反向特性。此外，同样要求回流量应足够大，以保证在最大负荷时的产品质量。
按提馏段指标控制主要特点与使用场合如下：
①采用了提馏段温度作为间接质量指标，因此它能较直接地反映提馏段产品情况。将提馏段温度恒定后，就能较好地保证塔底产品的质量达到规定值。所以，在以塔底采出为主要产品，对塔釜成分要求比对馏出液高时，常采用按提馏段指标控制的方案。②当干扰首先进入提馏段时，例如在液相进料时，进料量或进料成分的变化首先要影响塔底成分，故用提馏段温控就比较及时，动态过程也比较快。