精餾塔的工藝控制方案設(shè)計(jì)

彭國(guó)榮（德希尼布化工工程有限公司，上海 200031）

精餾塔的工藝控制方案設(shè)計(jì)

彭國(guó)榮（德希尼布化工工程有限公司，上海 200031）

在精餾塔的工藝控制當(dāng)中，壓力和溫度是其中兩個(gè)比較重要的控制變量，本文通過對(duì)精餾塔的壓力控制方案和溫度控制方案進(jìn)行分析后，對(duì)精餾塔的工藝控制方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。

精餾塔；工藝控制；方案設(shè)計(jì)

精餾是一種利用回流使液體混合物得到高純度分離的蒸餾方法，是工業(yè)上應(yīng)用最廣的液體混合物分離操作，精餾塔是精餾過程中最為重要的設(shè)備，根據(jù)分離操作條件和工藝要求的不同，精餾塔的操作流程也具有一定的差異。精餾塔的控制是一個(gè)多變量控制過程，如何在許多被控變量和操縱變量中選擇配對(duì)，是實(shí)現(xiàn)塔的常規(guī)控制很重要的問題。要想對(duì)精餾塔的精確、高效和安全進(jìn)行控制，需要采取合適的工藝控制方案，以此來提高產(chǎn)品的品質(zhì)，降低能耗。本文著重對(duì)精餾塔的壓力和溫度控制方案進(jìn)行分析。

1 壓力控制方案

一般情況下，精餾塔的控制系統(tǒng)都是以恒定的塔壓來進(jìn)行精餾，塔壓的波動(dòng)會(huì)使其中的溫度分布情況產(chǎn)生差異，會(huì)破壞全塔物料平衡和氣液平衡，從而增加控制難度，降低分離性能，破壞塔的平衡操作進(jìn)而影響產(chǎn)品質(zhì)量。目前常見的精餾塔壓力控制方案主要有以下幾個(gè)方面：

1.1 常壓塔

當(dāng)空氣對(duì)分離物料沒有影響的情況下，不需要對(duì)精餾塔中的壓力進(jìn)行控制，只需要在回流罐上設(shè)置放氣口就可以，所以在常壓塔中，可以在其中引入惰性氣體，來實(shí)現(xiàn)對(duì)塔壓的分程控制。

1.2 加壓塔

加壓塔的壓力控制方案的確定與塔頂鎦出物狀態(tài)及鎦出物中不凝性氣體多少有關(guān)。對(duì)于加壓塔來說，存在以下兩種方案，一種方案是存在不凝氣，在這樣的情況下，只需要對(duì)不凝氣的排放量進(jìn)行控制，就能夠?qū)λ哼M(jìn)行控制。另外一種方案是精餾塔中沒有不凝氣，可以采用熱氣體旁路控制的方法來對(duì)塔壓進(jìn)行控制，與傳統(tǒng)的通過調(diào)節(jié)冷卻水進(jìn)行控制相比較，這種控制方法存在如下優(yōu)勢(shì)：首先是控制回路的響應(yīng)時(shí)間較快，高處的回流罐能夠?qū)亓鞅锰峁┹^高的NPSH[1]。其次冷凝器可以就地安裝，在冷凝器中水垢比較大的情況下，可以及時(shí)的對(duì)其清洗和維修；對(duì)于調(diào)節(jié)閥的安裝來說，一般可以在管線尺寸較小的熱旁路上進(jìn)行安裝，其流量大小可以根據(jù)冷凝器出口溫度確定。

1.3 真空塔

對(duì)于真空塔來說，可以在其中引入惰性氣體或者空氣來對(duì)壓力進(jìn)行控制；也可以通過調(diào)節(jié)真空設(shè)備的負(fù)荷來實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力的控制。

2 溫度控制方案

精餾塔的質(zhì)量指標(biāo)一般包括直接指標(biāo)和間接指標(biāo)。對(duì)于直接指標(biāo)而言，就是直接對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，但是目前所使用的產(chǎn)品分析設(shè)備具有造價(jià)高、維修難度大和動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢等特點(diǎn)，所以一般很少應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)上。在對(duì)溫度進(jìn)行控制的過程中，從理論上來說，塔頂溫度能夠準(zhǔn)確的反映出塔頂產(chǎn)品的質(zhì)量，塔底溫度能夠準(zhǔn)確的反映出塔釜產(chǎn)品的質(zhì)量，但是在實(shí)際精餾過程中，這樣的方法并不精確，主要原因在于各個(gè)精餾塔中各個(gè)塔板上產(chǎn)品的成分比較接近，也就是說溫度的變化差異很小，需要通過精度和靈敏度很高的溫度檢測(cè)設(shè)備才能對(duì)溫度進(jìn)行精確的檢測(cè)，但是目前的儀器設(shè)備不能達(dá)到這樣的效果。可通過仔細(xì)分析操作條件變動(dòng)后前后溫度的變化，即可發(fā)現(xiàn)在精餾段或提餾段的某些塔板上，溫度變化量最為顯著；或者說，這些塔板的溫度對(duì)外界干擾因素的反映最靈敏，故將這些塔板稱之為靈敏板。針對(duì)這樣的問題，可以采用靈敏板溫度控制來對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行控制，采用這種方法對(duì)溫差進(jìn)行控制的過程中，需要選擇兩個(gè)重要的溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)，將其中一個(gè)溫度作為參考溫度，另外一個(gè)為靈敏板溫度，參考溫度根據(jù)壓力的變化而變化，而靈敏板溫度受到壓力和產(chǎn)品質(zhì)量?jī)蓚€(gè)方面的影響，壓力對(duì)兩個(gè)溫度點(diǎn)的影響是相同的，在這樣的情況下，只需要通過壓力補(bǔ)償，就能夠很好的實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度差的精確控制[2]。

3 精餾塔工藝控制方案

3.1 產(chǎn)品質(zhì)量控制

產(chǎn)品質(zhì)量控制方案主要指的是將精餾過程中的回流量、餾出量和釜液量等主要參數(shù)中的一個(gè)參數(shù)保持恒定，通過對(duì)其它參數(shù)的控制來對(duì)液位進(jìn)行控制，根據(jù)產(chǎn)品位置的不同，相應(yīng)的質(zhì)量控制方案也不相同。對(duì)于精餾段控制來說，主要是通過對(duì)其回流量和餾出量進(jìn)行調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)的，利用在回流量較大的精餾塔當(dāng)中，其優(yōu)勢(shì)在于操作平穩(wěn)精確，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)回流量的精確控制，在產(chǎn)品不達(dá)標(biāo)的情況下，可以對(duì)塔頂?shù)牧鞒隽窟M(jìn)行控制，通過全回流來對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量進(jìn)行控制。對(duì)于提餾段控制來說，主要是對(duì)蒸汽量進(jìn)行調(diào)節(jié)加熱來實(shí)現(xiàn)的，在這個(gè)方案中，蒸汽量作為變量，具有相比調(diào)節(jié)回流量更加迅速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間，能夠確保塔釜產(chǎn)品的整體質(zhì)量。

3.2 物料平衡控制

物料平衡控制是通過外界對(duì)物料進(jìn)行控制，使產(chǎn)品在更高程度上符合工藝要求，主要適用于對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量沒有嚴(yán)格要求，同時(shí)進(jìn)料流量和進(jìn)料性質(zhì)沒有明顯變化的精餾過程。精餾塔在分離沸點(diǎn)接近的組份時(shí)，需要較大的回流比來進(jìn)行控制，在這樣的情況下，塔頂產(chǎn)品的組成和流量與回流比波動(dòng)有著較為重要的聯(lián)系，也就是說在回流比大于10的情況下，回流量會(huì)發(fā)生一定程度的減少或者增加，相應(yīng)塔頂產(chǎn)品的流量也會(huì)增加或者減少。所以說在回流率比較大的情況下，需要將塔頂產(chǎn)品的流量作為可控變量進(jìn)行對(duì)待，以此提高控制靈敏度，實(shí)現(xiàn)物料的平衡控制[3]。

4 結(jié)語

精餾塔的整體精餾過程比較復(fù)雜，具有多輸入、多輸出和多干擾的變量，其中溫度和壓力是影響精餾塔的兩個(gè)主要變量，這就需要根據(jù)精餾塔精餾工藝的主要方式和特點(diǎn)，來對(duì)溫度控制方案和壓力控制方案進(jìn)行選擇。在另外一個(gè)方面，也需要在對(duì)工藝機(jī)理進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合產(chǎn)品的質(zhì)量要求、操作要求和工藝操作過程，設(shè)計(jì)并選擇合適的精餾塔工藝控制方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的有效控制。

[1]李克景.淺談精餾塔的工藝控制方案設(shè)計(jì)[J].石油化工應(yīng)用,2013,32(3):119-124.

[2]董振.探討精餾塔的工藝控制方案設(shè)計(jì)[J].工業(yè),2016 (12):00067-00067.

[3]黃永杰.精餾塔自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].化工技術(shù)與開發(fā),2012,41(1):52-54.