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發布時間:2020-12-08 12:59  
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能耗要求和經濟性指標
精餾過程中消耗的能量,主要是再沸器的加熱量和冷凝器的冷卻量消耗;此外,塔和附屬設備及管線也要散失部分能量。
在一定的純度要求下,增加塔內的上升蒸汽是有利于提高產品回收率的;同時也意味著再沸器的能量消耗要增大。且任何事物總是有一定限度的。在單位進料量的能耗增加到一定數值后,再繼續增加塔內的上升蒸汽,則產品回收率就增長不多了。應當指出精餾塔的操作情況,必須從整個經濟效益來衡量。在精餾操作中,質量指標、產品回收率和能量消耗均是要控制的目標。但只要不斷改善成分分析儀表的性能,按產品成分的直接指標控制方案將得到廣泛應用。其中質量是必要條件,在質量指標一定的條件下應在控制過程中使產品的產量盡可能提高一些,同時能量消耗盡可能低一些。
約束條件
為保證正常操作,需規定某些參數的極限值,并作為約束條件。塔內氣體的流速過低時,對于某些篩板精餾塔會產生漏液現象,從而影響操作降低塔板效率;而流速過高易產生液泛,將完全破壞塔的操作。由于塔板上液層,氣相通過液層的阻力增大,因而可用測量差壓的方法檢測塔的液泛現象。當壓差過高時,則通過差壓控制系統減小氣體流速。每個精餾塔都存在著一個1大操作壓力限制,超過這個壓力,塔的安全就沒有保障。為精餾過程提供能量的再沸器和冷凝器,也都存在一定限制。再沸器的加熱,受塔壓和再沸器中液相介質1大汽化率的影響;同時再沸器兩側間的溫差不能超過其臨界溫差,否則會導致給熱系數下降,傳熱量降低。對冷凝器冷卻能力影響1大的是冷卻介質的溫度。而在介質條件不變時,又與塔的操作壓力有關;同時餾出產品組份的變化也將影響到冷凝器的冷卻能力限制。例如在精餾塔中,可根據后一工序對頂部產品量的需要改變產品餾出液量,而餾出液量的變化會引起回流罐的液位變化,可通過液位調節改變塔的進料量來實現。在確定精餾塔的控制方案時,必須考慮到上述的約束條件,以使精餾塔工作于正常操作區內。
精餾塔的基本控制方案
精餾塔的基本控制方式是討論復雜和特殊控制方案乃至1優控制的基礎,同時也是目前實際應用中1常見的方案。精餾塔是一個多變量對象,因此如果將任意一個被調參數和任意一個調節參數組成調節回路,就可能有許多調節方案。這種逆流向方案,可使整個生產過程穩定并可減少回流罐等中間容器的容積。而產品質量往往是精餾過程的主要目標,因此,在基本控制方案中,以產品質量指標來選取調節參數,一種是采用溫度作為間接質量指標,一種是采用產品成分等作為直接質量指標。
(l)按提餾段指標的控制方案
如果對釜底出料的成分要求高于塔頂出料,塔頂或精餾段板上溫度不能很好地反映組分變化和實際操作回流比大于幾倍1小回流比時,可采用提餾段控制。提餾段溫度是衡量質量指標的間接指標,而以改變再沸器加熱量作為控制手段的方案,就是提餾段溫控。
該方案以提餾段塔板溫度為被控變量,加熱蒸汽量為操縱變量。除了這個主要控制系統外,還設有若干個輔助控制系統;進料量F為定值控制或用均值控制系統;為了使產品符合一定的質量指標,就必須在上述控制方案的基礎上設置質量反饋系統,采用再沸器加熱量及頂部產品量(或回流量)等作為調節參數,以克服進料成分變化等擾動對產品成分的影響,使產品合格。對塔底采出量B和塔頂餾出物D,按物料平衡關系分別設有塔底與回流罐的液位控制器作均勻控制;為維持塔壓恒定,在塔頂設置壓力控制系統,控制手段是控制冷凝器的冷卻量;提餾段溫控時,回流量采用定值控制,且回流量應足夠大,以便當塔的處理量1大時,仍能保持塔頂產品的質量指標在規定的范圍內。
提餾段溫控由于采用了提餾段溫度作為間接質量指標。因此,它能夠較直接地反映提餾段產品情況。將提餾段恒定后,就能較好地保證塔底產品的質量。
對于液相進料時,進料量或進料成分的變化很快影響塔底的成分,而提餾段溫控比較及時,動態過程也比較快。提餾段溫控的一個特點是回流量足夠大,因而在保持塔底質量的前提下,仍能保持塔頂質量,因此即使塔頂產品質量要求比塔底嚴格時,仍可采用提餾段溫控。解決的方案一是可選取相關影響較小的系統,通過對各控制回路間相關影響的定量分析方法來選取。
溫差控制及雙溫差控制

在精密精餾中,產品純度要求很高,組分間的相對揮發度差值很小,因而組分變化不大,然而微小的壓力波動會造成明顯的溫度變化。這樣,就破壞了溫度和組分間的對應關系。要了解這些因素是如何影響精餾塔操作的,首先必須分析它的靜態規律,即研究其靜態特性。此時,采用溫度作為被控變量的提餾段和精餾段溫度控制就得不到很好的效果,而應當采用溫差控制。
采用溫差作為被控變量通常可以在塔頂(或塔底)附近的一塊塔板上檢測出該板溫度,再檢測出靈敏板上的溫度,由于壓力的波動對每塊板的溫度影響基本相同,只要將上述檢測到的兩個溫度值相減,壓力的影響幾乎相互抵消。在實際應用中,溫差控制的關鍵是正確選擇測溫點,合理給出溫差設定值。這是因為溫度與產品成分之間的關系不是線性的,同一溫差在不同條件下可以有兩個不同的組分。圖18是正丁烷和異丁烷分離塔的溫差和塔底產品中輕組分濃度的關系示意圖。由圖可見,曲線除1高點外,每一溫差都有兩個不同的組分濃度。其具體實現過程是:作為連續相的氣體由進氣口2進入殼體,在壓差的作用下從轉子外側沿著靜折流圈與動折流圈之間的間隙曲折地由外向中心流動,最后經出氣口5離開床體。1高點左側部分對應的塔底產品純度較高,而右側則較低。因此,溫差的工作點應位于曲線的左側。