精餾塔產(chǎn)品質(zhì)量指標選擇有兩類:直接產(chǎn)品質(zhì)量指標和間接產(chǎn)品質(zhì)量指標。精餾塔最直接的產(chǎn)品質(zhì)量指標是產(chǎn)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(yīng)用,出現(xiàn)了直接控制產(chǎn)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(yīng)緩慢,滯后較大).而且應(yīng)用中有時也不太可靠,所以成分分析儀表的應(yīng)用受到了一定的限制。因此,精餾塔產(chǎn)品質(zhì)量指標通常采用間接質(zhì)量指標。
(1)采用溫度作為間接質(zhì)量指標
溫度是常用的間接質(zhì)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(chǎn)品成分之間有單獨的函數(shù)關(guān)系。因此,如果壓力恒定,那么塔板溫度就可以反應(yīng)產(chǎn)品成分。而對于多元精餾塔來說,情況比較復(fù)雜。然而煉油和石油化工生產(chǎn)中,許多產(chǎn)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(zhì)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(lián)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(yīng)根據(jù)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(chǎn)品符合質(zhì)量要求,也就是主要產(chǎn)品從頂部餾出時,應(yīng)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(chǎn)品符合質(zhì)量要求。則應(yīng)以塔底溫度作為被控變量。為了保證另一產(chǎn)品質(zhì)量在一定的規(guī)格范圍內(nèi),塔的操作要有一定裕量。例如,如果主要產(chǎn)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(chǎn)品的規(guī)格都在一定范圍內(nèi)。
采用塔頂(或塔底)的溫度作為間接質(zhì)量指標,似乎最能反映產(chǎn)品的情況,實際上并不盡然。當要分離出較純的產(chǎn)品時,在鄰近塔頂?shù)母靼逯g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(zhì)(如某種更輕的組分)的存在,會使沸點有相當大的變化;塔內(nèi)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(chǎn)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(jīng)受擾動作用(或承受控制作用)時,塔內(nèi)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(jù)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(jié)合實踐加以確定。通常,先根據(jù)測算.確定出靈敏板的大致位置,然后在它的附近設(shè)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(jīng)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?shù)臏囟茸鳛殚g接質(zhì)量指標
采用溫度作為間接質(zhì)量指標有一個前提,那就是塔內(nèi)壓力應(yīng)保持恒定。盡管精餾塔的塔內(nèi)壓力一般設(shè)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(chǎn)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(guān)系,使得產(chǎn)品質(zhì)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(chǎn)品的質(zhì)量。在精餾中,任一塔板的溫度是成分與壓力的函數(shù),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(nèi)波動,所以溫度與成分有對應(yīng)關(guān)系。但在精密精餾中,要求產(chǎn)品純度很高,且塔頂和塔底產(chǎn)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(zhì)量指標的規(guī)定。這樣的氣壓變化是w全可能發(fā)生的,這就破壞了溫度與成分之間的對應(yīng)關(guān)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(yīng)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(yīng)關(guān)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(chǎn)品的純度符合要求。
在選擇溫差信號時,檢測點應(yīng)按下面方法進行選擇。例如當塔頂餾出物為主要產(chǎn)品時,應(yīng)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(chǎn)中,溫差控制已成功應(yīng)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(shè)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(nèi)壓力波動對塔頂或塔底產(chǎn)品質(zhì)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(yīng)關(guān)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(zhì)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(xiàn)于精餾段(頂部),也出現(xiàn)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(nèi)外應(yīng)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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