精餾實(shí)訓(xùn)裝置評分系統(tǒng)的建立

楊發(fā)財(cái)

摘 要：本文通過分析作者學(xué)院精餾實(shí)訓(xùn)裝置的不足，提出了可行的設(shè)備改造方案，在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，建立了一套計(jì)算機(jī)評分系統(tǒng)，可以客觀地對精餾實(shí)訓(xùn)裝置的操作情況進(jìn)行評分。對于擁有同類裝置的院校具有參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：精餾實(shí)訓(xùn)裝置 評分系統(tǒng) 電耗 水耗 收率

一、學(xué)院精餾實(shí)訓(xùn)裝置簡介

精餾實(shí)訓(xùn)室擁有8套精餾實(shí)訓(xùn)裝置。這些裝置是學(xué)院和天津大學(xué)聯(lián)合開發(fā)制作的，可同時(shí)容納40名學(xué)生進(jìn)行精餾實(shí)訓(xùn)操作。每套精餾實(shí)訓(xùn)裝置分為現(xiàn)場精餾裝置和DCS控制系統(tǒng)。精餾操作可以通過現(xiàn)場儀表閥門的調(diào)節(jié)而實(shí)現(xiàn)，也可以在控制室內(nèi)通過DCS控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了與工廠自動化控制的接軌。精餾實(shí)訓(xùn)可以使學(xué)生認(rèn)識精餾裝置的結(jié)構(gòu)、流程及儀表，掌握精餾裝置的開、停車及正常運(yùn)行的操作技能和異常事故（如斷電、斷水、進(jìn)料閥卡等）的處理技能；使學(xué)生提高理論與實(shí)際生產(chǎn)相結(jié)合的能力，進(jìn)一步適合企業(yè)發(fā)展的需要。

二、學(xué)院精餾實(shí)訓(xùn)裝置存在的問題

學(xué)院精餾實(shí)訓(xùn)裝置是目前國內(nèi)化工院校內(nèi)比較先進(jìn)的精餾實(shí)訓(xùn)裝置。對于學(xué)生熟悉精餾流程，進(jìn)行精餾的開車、正常操作及停車訓(xùn)練非常適用。美中不足的是對于學(xué)生操作的過程評價(jià)沒有形成一個(gè)完備的體系。評價(jià)過程從兩個(gè)方面進(jìn)行評分，一是從操作步驟上看是否規(guī)范，二是從操作結(jié)果上對產(chǎn)量和濃度進(jìn)行評判。這種評價(jià)方法主觀性因素太多，對于正常上課來說，一個(gè)教師同時(shí)對8臺裝置進(jìn)行評分，十分困難。同時(shí)，學(xué)院精餾實(shí)訓(xùn)裝置作為山東省化工行業(yè)職業(yè)技能大賽的比賽設(shè)備，現(xiàn)存的評分系統(tǒng)不太完善。綜上所述，需要建立一套新型的評分系統(tǒng)。

三、精餾實(shí)訓(xùn)裝置評分系統(tǒng)的建立

1.硬件的升級

對精餾實(shí)訓(xùn)裝置進(jìn)行升級，增加可以計(jì)量水耗、電耗的儀表，并對產(chǎn)品取樣口、塔頂產(chǎn)品罐進(jìn)行優(yōu)化。

（1）水耗。精餾過程中用冷卻水冷凝塔頂產(chǎn)品，同時(shí)給塔釜產(chǎn)品換熱。增加一個(gè)渦輪流量計(jì)，用來計(jì)量操作過程中冷卻水的用量，冷卻水的用量是新增加的考核項(xiàng)目。增加冷卻水消耗量的考核可以確定整個(gè)過程冷卻水的用量，培養(yǎng)學(xué)生節(jié)約用水的觀念，與企業(yè)的節(jié)能觀念相符合。

（2）電耗。精餾過程用電加熱棒來加熱原料，產(chǎn)生上升蒸汽，電的消耗是主要的能源消耗，因此增加一個(gè)儀表用來計(jì)量操作過程中電的消耗量。

（3）產(chǎn)品取樣口。在操作過程中，我們有時(shí)需要了解塔頂產(chǎn)品的濃度，以判斷是否結(jié)束全回流進(jìn)入正常操作階段。所以我們在回流罐的上部增加一個(gè)產(chǎn)品取樣口。在改進(jìn)前回流罐下部有一個(gè)取樣口，只能取出一段時(shí)間內(nèi)在回流罐內(nèi)存貯的產(chǎn)品濃度樣；改進(jìn)后可以取出這一時(shí)刻產(chǎn)生的產(chǎn)品濃度樣，對于判定全回流結(jié)束的時(shí)間非常有用。

（4）塔頂產(chǎn)品罐。原來的塔頂產(chǎn)品罐非常大，產(chǎn)品罐底部沒有設(shè)置單獨(dú)的出樣口，并且罐體是不銹鋼材質(zhì)的，不便于觀察產(chǎn)量的多少。所以我們增加了一個(gè)透明的玻璃材質(zhì)并帶產(chǎn)量刻度的產(chǎn)品罐，底部有單獨(dú)的取樣口，非常實(shí)用。

2.增加了電腦自動評分系統(tǒng)

電腦評分系統(tǒng)是基于DCS控制系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行的自動評分，從再沸器液位（塔釜液位）、塔釜壓力、塔板溫度的穩(wěn)定性、調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定的時(shí)間、產(chǎn)品產(chǎn)量、產(chǎn)品濃度、產(chǎn)品總收率、電耗、水耗等方面進(jìn)行考核并制定評分標(biāo)準(zhǔn)，通過大量實(shí)驗(yàn)對各項(xiàng)評分內(nèi)容進(jìn)行檢測。

（1）再沸器液位。再沸器液位要求控制在200～340mm之間，由于是電加熱棒加熱，液位太低會燒壞電加熱棒，太高會超出塔的處理能力。

（2）塔釜壓力。精餾的原理是根據(jù)各物質(zhì)在一定的溫度下蒸汽分壓不同，通過層層塔板液氣交換而達(dá)到精餾（分離）的目的。各物質(zhì)在不同壓力下其蒸汽分壓是不同的，所以其操作壓力是很重要的參數(shù)。塔釜壓力與各物質(zhì)的物理性質(zhì)有關(guān)，與操作溫度和要求的精餾純度相關(guān)。大量實(shí)驗(yàn)證明，該設(shè)備的塔釜壓力需控制在3kPa以內(nèi)，分離效果才不會變差。

（3）塔板溫度的穩(wěn)定性（非線性計(jì)分）。塔板溫度是由塔壓和物料組成決定的。精餾過程中，只有保持規(guī)定的塔板溫度，才能確保產(chǎn)品質(zhì)量。因此塔板溫度是精餾操作中重要的控制指標(biāo)之一。

該裝置對塔頂溫度、第3塊塔板溫度、第5塊塔板溫度、第7塊塔板溫度、第9塊塔板溫度進(jìn)行穩(wěn)定性評分，分別要求控制在規(guī)定的溫度值為78.2℃、78.3℃、78.8℃、79.5℃、80.5℃。大量的實(shí)驗(yàn)證明，操作穩(wěn)定時(shí)溫度的波動范圍分別為±0.2℃、±0.2℃、±0.2℃、±0.3℃、±0.3℃。

（4）產(chǎn)品產(chǎn)量（線性計(jì)分）。產(chǎn)品產(chǎn)量是我們重點(diǎn)考察的一個(gè)評分點(diǎn)，分值也比較高。

保持總操作時(shí)間不變，原料消耗量不變，盡可能地提高產(chǎn)品產(chǎn)量，得出產(chǎn)品產(chǎn)量與濃度的關(guān)系，如圖1所示。

通過圖1可以知道，設(shè)備的最大產(chǎn)量為2500ml。為了保證數(shù)據(jù)具有重復(fù)性，并考慮到操作人員的實(shí)際水平差距，我們定出產(chǎn)品產(chǎn)量的評分準(zhǔn)則為0～2400ml（0分～滿分）。

（5）產(chǎn)品濃度（非線性計(jì)分）。產(chǎn)品濃度也是我們重點(diǎn)考察的一個(gè)評分點(diǎn)，分值也比較高。保持總操作時(shí)間不變，原料消耗量不變，盡可能地提高產(chǎn)品濃度，得出產(chǎn)品濃度與產(chǎn)量的關(guān)系，如圖2所示。

通過圖2可以知道，設(shè)備的最大濃度為95.5%。為了保證數(shù)據(jù)具有重復(fù)性，并考慮到操作人員的實(shí)際水平差距，同時(shí)考慮到產(chǎn)品濃度與產(chǎn)量的關(guān)系，我們定出產(chǎn)品濃度的評分準(zhǔn)則為91%～94.2%（0分～滿分）。并且是非線性計(jì)分，即分?jǐn)?shù)與產(chǎn)品濃度不是正比關(guān)系，濃度越高，分值增加得越快。

（6）產(chǎn)品總收率（非線性計(jì)分）。保持總操作時(shí)間不變，產(chǎn)品產(chǎn)量和產(chǎn)品濃度盡可能最大，得到產(chǎn)品收率和操作次數(shù)的關(guān)系。通過大量的實(shí)驗(yàn)，得到產(chǎn)品的最大收率為80.3%。為了保證數(shù)據(jù)具有重復(fù)性，并考慮到操作人員的實(shí)際水平差距，我們定出產(chǎn)品收率的評分準(zhǔn)則為35%～80%（0分～滿分）。并且是非線性計(jì)分，即分?jǐn)?shù)與產(chǎn)品收率不是正比關(guān)系，產(chǎn)品收率越高，分值增加得越快。endprint

（7）電耗（非線性計(jì)分）。主要考核單位產(chǎn)品的電耗量，即用電耗量/（產(chǎn)品產(chǎn)量×產(chǎn)品濃度）。

大量數(shù)據(jù)證明，在產(chǎn)品濃度為94.2%，產(chǎn)品產(chǎn)量為2400ml時(shí)，單位純產(chǎn)品的電耗最低為1.5kW·h/L。

（8）水耗（非線性計(jì)分）。主要考核單位產(chǎn)品的水耗量，即用水耗量/（產(chǎn)品產(chǎn)量×產(chǎn)品濃度）。

大量數(shù)據(jù)證明，在產(chǎn)品濃度為94.2%，產(chǎn)品產(chǎn)量為2400ml時(shí)，單位純產(chǎn)品的水耗最低為90。

四、精餾計(jì)算機(jī)評分細(xì)則

1.工藝指標(biāo)合理（單點(diǎn)式記分）

（1）再沸器液位（塔釜液位）。再沸器液位需要維持穩(wěn)定在200～340mm之間，超出范圍持續(xù)1min系統(tǒng)將自動扣除1分， 直到該項(xiàng)目分?jǐn)?shù)扣完為止。該項(xiàng)分值：2分。

（2）塔釜壓力。塔釜壓力需控制在3kPa以內(nèi)，超出范圍持續(xù)1min系統(tǒng)將自動扣除1分，直到該項(xiàng)目分?jǐn)?shù)扣完為止。該項(xiàng)分值：2分。

2.調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定的時(shí)間（非線性計(jì)分）

以塔釜加熱鍵的開啟作為起始信號，終止信號由電腦根據(jù)塔頂溫度自動判斷（45min），按系統(tǒng)設(shè)定的扣分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行自動記分。該項(xiàng)分值：5分。

3.塔板溫度的穩(wěn)定性（非線性計(jì)分）

根據(jù)系統(tǒng)關(guān)于塔板溫度穩(wěn)定性所設(shè)定的扣分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行自動記分。該項(xiàng)分值：5分。

4.產(chǎn)品濃度評分（非線性計(jì)分）

由工作人員取樣，通過氣相色譜測定產(chǎn)品罐中最終產(chǎn)品濃度91%～94.2%（0分～滿分），按系統(tǒng)設(shè)定的扣分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行自動記分。該項(xiàng)分值：18分。

5.產(chǎn)量評分（線性計(jì)分）

讀取塔頂產(chǎn)品罐液位，計(jì)算產(chǎn)品產(chǎn)量，0～2400ml（0分～滿分），按系統(tǒng)設(shè)定的扣分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行自動記分，濃度低于91%的產(chǎn)量分?jǐn)?shù)為零。該項(xiàng)分值：18分。

6.產(chǎn)品總收率（非線性計(jì)記分）

讀取原料罐液位，計(jì)算原料消耗量，經(jīng)裁判確認(rèn)后，計(jì)算單位產(chǎn)品總收率（以純乙醇計(jì)），35%～80%（0分～滿分），并輸入到計(jì)算機(jī)中，按系統(tǒng)設(shè)定的扣分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行自動記分。

注：原料罐液位計(jì)算值，應(yīng)為開車前和停車后的原料罐的液位之差。

該項(xiàng)分值：10分。

7.電耗評分（主要考核單位產(chǎn)品的電耗量）（非線性計(jì)分）

系統(tǒng)自動讀取裝置單位產(chǎn)品用電量（以純乙醇計(jì)），按系統(tǒng)設(shè)定的扣分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行自動記分。該項(xiàng)分值：5分。

8.水耗評分（主要考核單位產(chǎn)品的水耗量）（非線性計(jì)分）

系統(tǒng)自動讀取裝置單位產(chǎn)品用水量（以純乙醇計(jì)），按系統(tǒng)設(shè)定的扣分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行自動記分。該項(xiàng)分值：5分。

綜上所述，該項(xiàng)目由計(jì)算機(jī)評分系統(tǒng)自動評分，分值合計(jì)70分，其余30分為操作步驟分，由裁判評定。

五、小結(jié)

我們通過對學(xué)院精餾實(shí)訓(xùn)裝置的硬件改造與評分系統(tǒng)的建立，完善了設(shè)備，建立了一套評分系統(tǒng)，從而可以對設(shè)備的操作情況進(jìn)行客觀、公正的評分。

（作者單位：山東化工技師學(xué)院）endprint

（7）電耗（非線性計(jì)分）。主要考核單位產(chǎn)品的電耗量，即用電耗量/（產(chǎn)品產(chǎn)量×產(chǎn)品濃度）。

大量數(shù)據(jù)證明，在產(chǎn)品濃度為94.2%，產(chǎn)品產(chǎn)量為2400ml時(shí)，單位純產(chǎn)品的電耗最低為1.5kW·h/L。

（8）水耗（非線性計(jì)分）。主要考核單位產(chǎn)品的水耗量，即用水耗量/（產(chǎn)品產(chǎn)量×產(chǎn)品濃度）。

大量數(shù)據(jù)證明，在產(chǎn)品濃度為94.2%，產(chǎn)品產(chǎn)量為2400ml時(shí)，單位純產(chǎn)品的水耗最低為90。

四、精餾計(jì)算機(jī)評分細(xì)則

1.工藝指標(biāo)合理（單點(diǎn)式記分）

（1）再沸器液位（塔釜液位）。再沸器液位需要維持穩(wěn)定在200～340mm之間，超出范圍持續(xù)1min系統(tǒng)將自動扣除1分， 直到該項(xiàng)目分?jǐn)?shù)扣完為止。該項(xiàng)分值：2分。

（2）塔釜壓力。塔釜壓力需控制在3kPa以內(nèi)，超出范圍持續(xù)1min系統(tǒng)將自動扣除1分，直到該項(xiàng)目分?jǐn)?shù)扣完為止。該項(xiàng)分值：2分。

2.調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定的時(shí)間（非線性計(jì)分）

以塔釜加熱鍵的開啟作為起始信號，終止信號由電腦根據(jù)塔頂溫度自動判斷（45min），按系統(tǒng)設(shè)定的扣分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行自動記分。該項(xiàng)分值：5分。

3.塔板溫度的穩(wěn)定性（非線性計(jì)分）

根據(jù)系統(tǒng)關(guān)于塔板溫度穩(wěn)定性所設(shè)定的扣分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行自動記分。該項(xiàng)分值：5分。

4.產(chǎn)品濃度評分（非線性計(jì)分）

由工作人員取樣，通過氣相色譜測定產(chǎn)品罐中最終產(chǎn)品濃度91%～94.2%（0分～滿分），按系統(tǒng)設(shè)定的扣分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行自動記分。該項(xiàng)分值：18分。

5.產(chǎn)量評分（線性計(jì)分）

讀取塔頂產(chǎn)品罐液位，計(jì)算產(chǎn)品產(chǎn)量，0～2400ml（0分～滿分），按系統(tǒng)設(shè)定的扣分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行自動記分，濃度低于91%的產(chǎn)量分?jǐn)?shù)為零。該項(xiàng)分值：18分。

6.產(chǎn)品總收率（非線性計(jì)記分）

讀取原料罐液位，計(jì)算原料消耗量，經(jīng)裁判確認(rèn)后，計(jì)算單位產(chǎn)品總收率（以純乙醇計(jì)），35%～80%（0分～滿分），并輸入到計(jì)算機(jī)中，按系統(tǒng)設(shè)定的扣分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行自動記分。

注：原料罐液位計(jì)算值，應(yīng)為開車前和停車后的原料罐的液位之差。

該項(xiàng)分值：10分。

7.電耗評分（主要考核單位產(chǎn)品的電耗量）（非線性計(jì)分）

系統(tǒng)自動讀取裝置單位產(chǎn)品用電量（以純乙醇計(jì)），按系統(tǒng)設(shè)定的扣分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行自動記分。該項(xiàng)分值：5分。

8.水耗評分（主要考核單位產(chǎn)品的水耗量）（非線性計(jì)分）

系統(tǒng)自動讀取裝置單位產(chǎn)品用水量（以純乙醇計(jì)），按系統(tǒng)設(shè)定的扣分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行自動記分。該項(xiàng)分值：5分。

綜上所述，該項(xiàng)目由計(jì)算機(jī)評分系統(tǒng)自動評分，分值合計(jì)70分，其余30分為操作步驟分，由裁判評定。

五、小結(jié)

我們通過對學(xué)院精餾實(shí)訓(xùn)裝置的硬件改造與評分系統(tǒng)的建立，完善了設(shè)備，建立了一套評分系統(tǒng)，從而可以對設(shè)備的操作情況進(jìn)行客觀、公正的評分。

（作者單位：山東化工技師學(xué)院）endprint

（7）電耗（非線性計(jì)分）。主要考核單位產(chǎn)品的電耗量，即用電耗量/（產(chǎn)品產(chǎn)量×產(chǎn)品濃度）。

大量數(shù)據(jù)證明，在產(chǎn)品濃度為94.2%，產(chǎn)品產(chǎn)量為2400ml時(shí)，單位純產(chǎn)品的電耗最低為1.5kW·h/L。

（8）水耗（非線性計(jì)分）。主要考核單位產(chǎn)品的水耗量，即用水耗量/（產(chǎn)品產(chǎn)量×產(chǎn)品濃度）。

大量數(shù)據(jù)證明，在產(chǎn)品濃度為94.2%，產(chǎn)品產(chǎn)量為2400ml時(shí)，單位純產(chǎn)品的水耗最低為90。

四、精餾計(jì)算機(jī)評分細(xì)則

1.工藝指標(biāo)合理（單點(diǎn)式記分）

（1）再沸器液位（塔釜液位）。再沸器液位需要維持穩(wěn)定在200～340mm之間，超出范圍持續(xù)1min系統(tǒng)將自動扣除1分， 直到該項(xiàng)目分?jǐn)?shù)扣完為止。該項(xiàng)分值：2分。

（2）塔釜壓力。塔釜壓力需控制在3kPa以內(nèi)，超出范圍持續(xù)1min系統(tǒng)將自動扣除1分，直到該項(xiàng)目分?jǐn)?shù)扣完為止。該項(xiàng)分值：2分。

2.調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定的時(shí)間（非線性計(jì)分）

以塔釜加熱鍵的開啟作為起始信號，終止信號由電腦根據(jù)塔頂溫度自動判斷（45min），按系統(tǒng)設(shè)定的扣分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行自動記分。該項(xiàng)分值：5分。

3.塔板溫度的穩(wěn)定性（非線性計(jì)分）

根據(jù)系統(tǒng)關(guān)于塔板溫度穩(wěn)定性所設(shè)定的扣分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行自動記分。該項(xiàng)分值：5分。

4.產(chǎn)品濃度評分（非線性計(jì)分）

由工作人員取樣，通過氣相色譜測定產(chǎn)品罐中最終產(chǎn)品濃度91%～94.2%（0分～滿分），按系統(tǒng)設(shè)定的扣分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行自動記分。該項(xiàng)分值：18分。

5.產(chǎn)量評分（線性計(jì)分）

讀取塔頂產(chǎn)品罐液位，計(jì)算產(chǎn)品產(chǎn)量，0～2400ml（0分～滿分），按系統(tǒng)設(shè)定的扣分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行自動記分，濃度低于91%的產(chǎn)量分?jǐn)?shù)為零。該項(xiàng)分值：18分。

6.產(chǎn)品總收率（非線性計(jì)記分）

讀取原料罐液位，計(jì)算原料消耗量，經(jīng)裁判確認(rèn)后，計(jì)算單位產(chǎn)品總收率（以純乙醇計(jì)），35%～80%（0分～滿分），并輸入到計(jì)算機(jī)中，按系統(tǒng)設(shè)定的扣分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行自動記分。

注：原料罐液位計(jì)算值，應(yīng)為開車前和停車后的原料罐的液位之差。

該項(xiàng)分值：10分。

7.電耗評分（主要考核單位產(chǎn)品的電耗量）（非線性計(jì)分）

系統(tǒng)自動讀取裝置單位產(chǎn)品用電量（以純乙醇計(jì)），按系統(tǒng)設(shè)定的扣分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行自動記分。該項(xiàng)分值：5分。

8.水耗評分（主要考核單位產(chǎn)品的水耗量）（非線性計(jì)分）

系統(tǒng)自動讀取裝置單位產(chǎn)品用水量（以純乙醇計(jì)），按系統(tǒng)設(shè)定的扣分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行自動記分。該項(xiàng)分值：5分。

綜上所述，該項(xiàng)目由計(jì)算機(jī)評分系統(tǒng)自動評分，分值合計(jì)70分，其余30分為操作步驟分，由裁判評定。

五、小結(jié)

我們通過對學(xué)院精餾實(shí)訓(xùn)裝置的硬件改造與評分系統(tǒng)的建立，完善了設(shè)備，建立了一套評分系統(tǒng)，從而可以對設(shè)備的操作情況進(jìn)行客觀、公正的評分。

（作者單位：山東化工技師學(xué)院）endprint