精餾塔的干擾因素

   和其他化工過程一樣，精餾是在一定的物料平衡和能量平衡的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。一切因素均通過物料平衡和能量平衡影響塔的正常操作。影響物料平衡的因素包括進(jìn)料量和進(jìn)料成分的變化，頂部餾出物及底部出料的變化。解決的方案一是可選取相關(guān)影響較小的系統(tǒng)，通過對各控制回路間相關(guān)影響的定量分析方法來選取。影響能量平衡的因素主要是進(jìn)料溫度或熱焓的變化，再沸器加熱量和冷凝器冷卻量的變化，此外還有塔的環(huán)境溫度等變化。同時，物料平衡和能量平衡之間又是相互影響的。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(tài)規(guī)律，即研究其靜態(tài)特性。從而分析上述因素對精餾塔的動態(tài)影響。

   1．精餾塔中靜態(tài)關(guān)系的分析

   圖15為精餾塔的物料流程圖，可簡單地視其于為二元精餾。則從物料平衡和能量關(guān)系出發(fā)，可得出它的總的物料平衡關(guān)系為

           F=D＋B           （9）

   輕組分的物料平衡關(guān)系為

   Fz＝Dy＋Bx        （10）

式中，F(xiàn)、D和B分別為進(jìn)料量、頂部餾出物量和塔底產(chǎn)品；z、y和x分別為進(jìn)料、頂部餾出物和底部產(chǎn)品中輕組分的含量。由以上兩式，可明顯看出進(jìn)料量F在產(chǎn)品中的分配量（即D／F）是決定頂部和底部產(chǎn)品中輕組分含量y和x的關(guān)鍵因素。

   靜態(tài)下精餾塔的能量關(guān)系為

   QH FHF＝QC＋DHD＋BHB      （11）

式中，QH為再沸器加熱量，QC為冷凝器冷卻量，HP、HD和HB分別為進(jìn)料頂部、底部產(chǎn)品的比熱熔。在式中，每一項(xiàng)都影響著塔內(nèi)上升蒸汽的流量V。對于一個既定的塔來講，V與F之比與塔的分離度S有關(guān)。即V／F一定時意味著塔分離度也一定。

影響精餾塔操作中質(zhì)量指標(biāo)的因素

   通過以上分析，可以看出，在精餾塔的操作過程中，影響其質(zhì)量指標(biāo)的主要干擾有以下幾種：

   （l）進(jìn)料流量F的波動

   進(jìn)料量指進(jìn)入精餾塔物料的量，它的波動通常很難避免。對于獨(dú)立的或位于整個生產(chǎn)過程的起點(diǎn)的精餾塔控制可采用定值控制，則可使進(jìn)料流量保持恒定。為了使產(chǎn)品符合一定的質(zhì)量指標(biāo)，就必須在上述控制方案的基礎(chǔ)上設(shè)置質(zhì)量反饋系統(tǒng)，采用再沸器加熱量及頂部產(chǎn)品量（或回流量）等作為調(diào)節(jié)參數(shù)，以克服進(jìn)料成分變化等擾動對產(chǎn)品成分的影響，使產(chǎn)品合格。但是，在一個連續(xù)的生產(chǎn)過程中，精餾塔的處理量往往是上一工序的產(chǎn)出量。如果一定要使進(jìn)料量恒定，勢必要設(shè)置很大的中間貯槽進(jìn)行緩沖。二是采取在上一工序設(shè)置液位均勻控制系統(tǒng)來控制出料，使塔的進(jìn)料流量F波動比較平穩(wěn)，從而避免劇烈的變化。

   （2）進(jìn)料成分ZF的變化

   進(jìn)料成分取決于上一工序出料或原料情況，對精餾塔的控制系統(tǒng)來講，它是不可控的干擾。而針對進(jìn)料成分的較大變化，則必須重新設(shè)置控制變量。

   （3）進(jìn)料溫度 TF及進(jìn)料熱量 QF的變化

   進(jìn)料溫度通常是較為恒定的。假如不恒定，進(jìn)料溫度和進(jìn)料熱量的變化會影響到塔的焓平衡，因此必須保持進(jìn)料溫度的恒定。無論哪種制漿工藝，造成堵塔或換熱器效率下降的主要原因均為醪垢的積累，物料粒度則是次要原因。工業(yè)上往往先將進(jìn)料預(yù)熱，通過溫度控制系統(tǒng)來使進(jìn)料溫度恒定。這對于進(jìn)料狀態(tài)全部是汽態(tài)或全部是液態(tài)時，可以保持進(jìn)料熱焓一定。當(dāng)進(jìn)料是汽液混相狀態(tài)時，則只有當(dāng)汽液兩相的比例恒定時，進(jìn)料熱焓才能恒定，必要時應(yīng)設(shè)置熱焓控制的環(huán)節(jié)來維持。

   （4）再沸器加熱劑熱量的變化

   當(dāng)加熱劑是蒸汽時，加入熱量的變化往往是由蒸汽壓力的變化引起的。可以通過蒸汽總管設(shè)置壓力控制系統(tǒng)來加以克服，或者在串級控制系統(tǒng)的副回路中予以克服。

   （5）冷卻劑入口溫度及閥前壓力的變化

   冷卻劑量的變化會影響到回流量或回流溫度，它的變化主要是由于冷卻劑的壓力或溫度變化引起的。對于這類干擾，以閥前壓力波動影響較大，控制中用壓力控制系統(tǒng)加以克服。

   （6）環(huán)境溫度的變化

   精餾塔操作的環(huán)境溫度的變化一般不大，但在采用風(fēng)冷器作冷凝器時，則天氣驟變與晝夜溫差，對塔的操作影響較大，它會使回流量或回流溫度變化。為此，應(yīng)采用內(nèi)回流控制的方法予以克服。2．產(chǎn)品產(chǎn)量指標(biāo)在達(dá)到一定質(zhì)量指標(biāo)要求的前提下，應(yīng)得到盡可能高的產(chǎn)量，從而使產(chǎn)品的回收率提高。內(nèi)回流通常是指精餾塔的精餾段內(nèi)上一層塔盤向下一層塔盤流下的液體量，一般要控制內(nèi)回流為恒定量或按某一規(guī)律變化的操作。

   由上述分析可以看出，進(jìn)料流量和進(jìn)料成分的波動是精餾塔操作的主要干擾，這個干擾往往不可控。

溫差控制及雙溫差控制

   在精密精餾中，產(chǎn)品純度要求很高，組分間的相對揮發(fā)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(yīng)關(guān)系。對于獨(dú)立的或位于整個生產(chǎn)過程的起點(diǎn)的精餾塔控制可采用定值控制，則可使進(jìn)料流量保持恒定。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(yīng)當(dāng)采用溫差控制。

  采用溫差作為被控變量通?？梢栽谒敚ɑ蛩祝└浇囊粔K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(shí)際應(yīng)用中，溫差控制的關(guān)鍵是正確選擇測溫點(diǎn)，合理給出溫差設(shè)定值。這是因?yàn)闇囟扰c產(chǎn)品成分之間的關(guān)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。精餾工藝上通常采用工業(yè)色譜儀進(jìn)行在線的成分分析，并以關(guān)鍵組分的濃度比進(jìn)行控制。圖18是正丁烷和異丁烷分離塔的溫差和塔底產(chǎn)品中輕組分濃度的關(guān)系示意圖。由圖可見，曲線除1高點(diǎn)外，每一溫差都有兩個不同的組分濃度。1高點(diǎn)左側(cè)部分對應(yīng)的塔底產(chǎn)品純度較高，而右側(cè)則較低。因此，溫差的工作點(diǎn)應(yīng)位于曲線的左側(cè)。