北洋勵興  不銹鋼精餾塔儀器  實驗蒸餾裝置

精餾塔產品質量指標選擇有兩類:直接產品質量指標和間接產品質量指標。精餾塔最直接的產品質量指標是產品成分。近年來，成分檢測儀表發(fā)展很快，特別是工業(yè)色譜儀的在線應用，出現了直接控制產品成分的控制方案，此時檢測點就可以放在塔頂或塔底。然而由于成分分析儀表價格昂貴，維護保養(yǎng)麻煩，采樣周期較長(即反應緩慢，滯后較大).而且應用中有時也不太可靠，所以成分分析儀表的應用受到了一定的限制。因此，精餾塔產品質量指標通常采用間接質量指標。

(1)采用溫度作為間接質量指標

溫度是常用的間接質量指標。因為對于一個二元組分的精餾塔來說，在壓力一定時，沸點和產品成分之間有單獨的函數關系。因此，如果壓力恒定，那么塔板溫度就可以反應產品成分。而對于多元精餾塔來說，情況比較復雜。然而煉油和石油化工生產中，許多產品由碳氫化合物的同系物組成，在壓力一定時，保持一定的溫度，成分的誤差就可以忽略不計。其余情況下，溫度在一定程度上也能反映成分的變化。通過上述的分析可見，在溫度作為反映質量指標的控制方案中，壓力不能有劇烈的波動，除常壓塔外，溫度控制系統(tǒng)總是與壓力控制系統(tǒng)聯系在一起的。

采用溫度作為被控變量時，選擇哪一點溫度作為被控變量，應根據實際情況加以選擇，主要有以下幾種:

①塔頂(或塔底)的溫度控制 :一般來說，如果希望保持塔頂產品符合質量要求，也就是主要產品從頂部餾出時，應選擇塔頂溫度作為被控變量，這樣可以得到較好的效果。同樣，為了保持塔底產品符合質量要求。則應以塔底溫度作為被控變量。為了保證另一產品質量在一定的規(guī)格范圍內，塔的操作要有一定裕量。例如，如果主要產品在頂部餾出，操縱變量為回流量的話，再沸器的加熱量要有一定富裕，以使在任何可能的擾動條件下，塔底產品的規(guī)格都在一定范圍內。

采用塔頂(或塔底)的溫度作為間接質量指標，似乎最能反映產品的情況，實際上并不盡然。當要分離出較純的產品時，在鄰近塔頂的各板之間溫差很小，所以要求對溫度檢測裝置有高的要求(即要求有高的精確度和靈敏度)，但實際上很難滿足。不僅如此，微量雜質(如某種更輕的組分)的存在，會使沸點有相當大的變化;塔內壓力的波動，也會使沸點有相當大的變化，這些擾動很難避免。因此，除了像石油產品的分餾即按沸點范圍來切割餾分的情況之外，凡是要得到較純成分的精餾塔，往往不將檢測點置于塔頂或塔底。

②靈敏板的溫度控制 所謂靈敏板，是指當塔的操作經受擾動作用(或承受控制作用)時，塔內各板的組分都將發(fā)生變化，各板溫度也將同時變化，當達到新的穩(wěn)定狀態(tài)時，溫度變化量最大的那塊板就稱為靈敏板。由于干擾作用下的靈敏板溫度變化較大，因此對溫度檢測裝置的要求就不必很高了，同時也有利于提高控制精度。

靈敏板的位置可以通過逐板計算或計算機仿真，依據不同情況下各板溫度分布曲線比較得出。但是，由于塔板效率不容易估準，所以還需結合實踐加以確定。通常，先根據測算.確定出靈敏板的大致位置，然后在它的附近設置若干檢測點，然后在運行過程中選擇其中最合適的一個測量點作為靈敏板。

③中溫控制 取加料板稍上、稍下的塔板，或加料板自身的溫度作為被控變量，這種溫度檢測點選在中間位置的控制通常稱為中溫控制。這種控制方案雖然在某些精餾塔上已經取得成功，但在分離要求較高時，或是進料濃度ZF變動較大時，中溫控制將不能保證塔頂或塔底的成分符合要求。

(2)采用壓力補償的溫度作為間接質量指標

采用溫度作為間接質量指標有一個前提，那就是塔內壓力應保持恒定。盡管精餾塔的塔內壓力一般設有壓力控制系統(tǒng)進行控制，但壓力也總會有些微小的波動，這對一般產品純度要求不太高的精餾塔是可以忽略的，但是對精密精餾等控制要求較高的場合，微小壓力的變化，將影響溫度與組分之間的關系，使得產品質量難于滿足工藝要求，為此需對壓力的波動加以補償，常用的有溫差控制和雙溫差控制。

①溫差控制:在精密精餾時，溫差控制可以提高產品的質量。在精餾中，任一塔板的溫度是成分與壓力的函數，影響溫度變化的因素可以是成分，也可以是壓力。在一般塔的操作中，無論是常壓塔、減壓塔，還是加壓塔，壓力都是維持在很小范圍內波動，所以溫度與成分有對應關系。但在精密精餾中，要求產品純度很高，且塔頂和塔底產品的沸點相差又不大，此時壓力變化引起溫度的變化比成分變化引起的溫度變化要大得多，所以微小壓力的波動具有較大的影響，不能忽略。例如，苯-甲苯二甲苯分離時，大氣壓變化6.67 kPa，苯的沸點變化2℃，已超過了質量指標的規(guī)定。這樣的氣壓變化是可能發(fā)生的，這就破壞了溫度與成分之間的對應關系。所以在精密精餾時，用溫度作為被控變量往往得不到理想的控制效果，為此應該考慮補償或消除壓力微小波動的影響。

在塔壓波動時。盡管各板上溫度會有一定的變化，而兩板間的溫差變化卻非常小。例如壓力從1.176 MPa變化到1.190 MPa時，第52板和第65板的溫差基本上維持在2.8℃。這樣保持了溫差與成分的對應關系。因此可采用溫差作為被控變量來進行控制，以保持最終產品的純度符合要求。

在選擇溫差信號時，檢測點應按下面方法進行選擇。例如當塔頂餾出物為主要產品時，應將一個檢測點放在塔頂(或稍下一些)，即溫度變化較小的位置，另一個檢測點放在靈敏板附近，即成分和溫度變化較大、比較靈敏的位置。然后取這兩個測溫點的溫差作為被控變量。只要這兩點溫度隨壓力變化的影響相等(或十分相近)，則壓力波動的影響就幾乎相抵消。

在石油化工生產中，溫差控制已成功應用于苯-甲苯、乙烯-乙烷等精密精餾系統(tǒng)。若要使溫差控制得到較好的控制效果，則溫差設定值要合理，不能過大，以及操作工況要穩(wěn)定。

②雙溫差控制:雖然溫差控制可以克服由于塔內壓力波動對塔頂或塔底產品質量的影響，但采用溫差控制還存在一個缺點，就是進料流量變化時，上升蒸氣流量發(fā)生變化，引起塔板間的壓降發(fā)生變化。當進料流量增大時，塔板問的壓降增大而引起的溫差也將增大，溫差和組分之間的對應關系就會變化，所以此時不宜采用溫差控制。

但此時可以采用雙溫差控制(或稱溫差差值控制)，即分別在精餾段和提餾段選取溫差，然后將這兩個溫差信號相減，得到溫差的差值作為間接控制質標。由上面的分析可知，當進料流量波動時，塔壓變化引起的溫差變化，不僅出現于精餾段(頂部)，也出現于提餾段(底部)，因而精餾段和提餾段的溫差相減后就可以相互抵消了，即消除了壓差變化的影響。從國內外應用溫差差值控制的許多裝置來看，在進料流量波動影響下，仍能得到較好的控制效果。

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平衡操作

精餾塔的操作應掌握物料平衡、氣液相平衡和熱量平衡。

物料平衡指的是單位時間內進塔的物料量應等于離開塔的諸物料量之和。物料平衡體現了塔的生產能力，它主要是靠進料量和塔頂、塔底出料量來調節(jié)的。操作中，物料平衡的變化具體反應在塔底液面上。當塔的操作不符合總的物料平衡時，可以從塔壓差的變化上反映出來。例如，進得多，出得少，則塔壓差上升。對于一個固定的精餾塔來講，塔壓差應在一定的范圍內，塔壓差過大，塔內上升蒸氣的速度過大，霧沫夾帶嚴重，甚至發(fā)生液泛而破壞正常的操作;塔壓差過小，塔內上升蒸氣的速度過小，塔板上氣液兩相傳質效果降低，甚至發(fā)生漏液，大大降低了塔板效率。物料平衡掌握不好，會使整個塔的操作處于混亂狀態(tài)，掌握物料平衡是塔操作中的一個關鍵。如果正常的物料平衡受到破壞，它將影響另兩個平衡，即氣液相平衡達不到預期的效果，熱平衡也被破壞而需重新予以調整。

氣液相平衡主要體現了產品的質量及損失情況。它是靠調節(jié)塔的操作條件(溫度、壓力)及塔板上氣液接觸的情況來達到的。只有在溫度、壓力固定時，才有確定的氣液相平衡組成，當溫度、壓力發(fā)生變化時，氣液相平衡所決定的組成就發(fā)生變化，產品的質量和損失情況隨之發(fā)生變化。氣液相平衡與物料平衡密切相關，物料平衡掌握好了，塔內上升蒸氣速度合適，氣液接觸良好，則傳熱傳質效率高，塔板效率亦高。當然溫度、壓力也會隨著物料平衡的變化而改變。

熱量平衡是指進塔熱量和出塔熱量的平衡，具體反應在塔頂溫度上。熱量平衡是物料平衡和氣液相平衡得以實現的基礎，反過來又依附于它們。沒有熱的氣相和冷的回流，整個精餾過程就無法實現;而塔的操作壓力、溫度的改變(即氣液相平衡組成改變)，則每塊塔板上氣相冷凝的放熱量和液體汽化的吸熱量也會隨之改變，體現于進料供熱和塔頂取熱發(fā)生的變化上。

掌握好物料平衡、氣液相平衡和熱量平衡是精餾操作的關鍵所在，三個平衡之間相互影響、相互制約。在操作中通常是以控制物料平衡為主，相應調節(jié)熱量平衡，最終達到氣液相平衡。

(1)要保持塔底液面穩(wěn)定平衡，必需穩(wěn)定:①進料量和進料溫度;②塔頂、側線及塔底抽出量;③塔頂壓力。

(2)要保持穩(wěn)定的塔頂溫度，必需穩(wěn)定:①進料量和進料溫度;②頂回流、循環(huán)回流各中段回流量及溫度;③塔頂壓力;④汽提蒸汽量;⑤原料及回流不帶水。

只要密切注意塔頂溫度、塔底液面，分析波動原因，及時加以調節(jié)，就能掌握塔的三個平衡，保證塔的正常操作。