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精馏塔操作及自动控制系统的改进
作品简介：在甲烷氯化物生产过程中，精馏系统经常受外界蒸汽压力波动的影响，特别是在高负荷运行情况下，直接会造成产品纯度下降，导致负荷及产品返回等操作。通过对蒸汽进料量进行自动控制系统及操作方法改进，经过改造使精馏塔操作更简单合理，减轻了劳动强度，确保了系统高负荷操作下的产品质量。

作品全文： 精馏塔操作及自动控制系统的改进

在甲烷氯化物生产过程中，各种产品需要通过精馏操作进行分离，但因公用系统原因，经常受外界蒸汽压力波动的影响，特别是在高负荷运行情况下，直接会造成产品纯度下降，导致负荷及产品返回等操作。为了确保装置稳定高负荷运行，避免产品质量下降，节约能耗及物料损耗。我们对精馏塔运行的各种参数在蒸汽波动时进行了分析与对比，开始寻找最佳的操作方法，并结合实际提出了控制系统改进方案，使精馏塔的操作不断得以完善，操作更为简便、稳定。
一、精馏塔的基本控制方案
精馏塔控制最直接的质量指标是产品的组分，但产品组分分析周期长，滞后严重，因而温度参数成了最常用的控制指标。即通过灵敏板进行控制。
为了控制灵敏板温度在指标范围内，可以通过加热蒸汽量、冷却剂量、回流量、釜液位高度、进料量等条件的变化来进行温度调节。但对设备结构已定，生产负荷和产品比例基本不变的操作过程中，精馏塔的进料量F、组分XF、蒸汽量、冷却剂量、釜液出料量W处于相对稳定状态，往往是通过回流比的调节来控制灵敏板的温度（具体见图1），当灵敏板温度T上升时，通过加大回流量L，来降低灵敏板温度；当灵敏板温度T下降时，通过减少回流量L，来提高灵敏板温度。

图1精馏塔控制图

二、蒸汽压力波动对精馏操作的影响
精馏塔在低负荷或外界影响小的情况下，用回流比调节灵敏板温度基本能控制好产品的质量。但是在高负荷运行情况下，公用系统的蒸汽压力经常波动，而且变化幅度也较大，使塔釜再沸器热量传递很不均匀，造成精馏塔气-液不平衡，使灵敏板温度变化幅度加大，影响产品质量，
1、当外界蒸汽压力突然升高，塔釜难挥发组分蒸发量增加，灵敏板温度上升，必须采取加大回流量来控制灵敏板温度，保证塔顶产品质量；但在实际操作中蒸发量过大，则会造成液沫夹带，结果造成气液两相之间传质效果降低，严重影响产品的质量；严重时还会产生液泛现象；另外蒸汽压力变化是没有规律的，通过回流量控制灵敏板温度有滞后现象，至使产品中难挥发物含量增加，或使易挥发物带入后系统，影响后序产品质量。
2、当外界蒸汽压力突然下降，塔釜难挥发组分蒸发量减少，灵敏板温度下降，若不及时减少回流量，那么灵敏板温度会大幅度下降，易挥发组分很容易带入塔釜，造成后序产品质量下降；另一方面，为了保证灵敏板温度，回流量下降过快，使回流比降低，影响分离效果；同样，蒸发量太小，上升蒸气速度降低，塔内将产生漏液现象，严重影响分离效果。
三、调节蒸汽流量，控制灵敏板温度
鉴于蒸汽压力波动所出现的操作问题，我们决定将蒸汽流量定值变成可调节值，根据蒸汽压力变化情况，手动将蒸汽进料量进行调节，确保塔釜蒸发量相对稳定，来保证灵敏板温度，通过精心操作，及时调整蒸汽进料量及回流量，确保精馏塔进出料平衡，控制好灵敏板温度，从而保证产品质量，避免了液泛现象；
通过调节、控制，虽然有一定效果但仍存在许多问题。
1、在操作过程中表现出比较被动，操作频繁，增加了劳动强度。
2、需要特殊操作技能高，但每个操作人员水平不同，调节幅度不一，难以避免出现灵敏板温度瞬间大幅度波动，使整个塔的温度、进出料量分布曲线变化频率及幅度较大，容易造成产品纯度质量问题。
3、蒸汽流量与回流量同时进行调节灵敏板温度，很难分清主次，操作不档，很容易破坏精馏正常进行和汽-液平衡，导致整个操作恶化。
4、给蒸汽进料量、回流量等工艺指标的制定、执行带来较大困难。
四、蒸汽流量的自动控制，确保汽-液平衡
在精馏塔的连续操作过程中应做到物料平衡、气-液平衡和热量平衡，这3个平衡互相影响，互相制约。蒸汽压力突然变化时，将直接影响塔釜难挥发组分的蒸发量，使当时塔内热量存在不平衡，导致气-液不平衡，为此如何将塔釜热量根据蒸汽进料量自动调节达到相对稳定，从而保证塔内热量平衡是问题的关键。在生产过程中，各精馏塔设备已确定，塔釜蒸发量与气体流速成正比关系，而流速与塔压差也成正比关系，所以控制好塔顶、塔釜压力就能保证一定的蒸发量，而在操作中，塔顶压力可通过塔顶压力调节系统进行稳定调节或大部分为常压塔，为此，稳定塔釜压力就特别重要。于是在蒸汽进料量不变情况下，我们对蒸汽压力变化情况与塔釜压力的变化进行对比，发现两者成正比关系，而且滞后时间极小，（见图2）。于是将蒸汽进料量与塔釜压力进行串级操作，将塔釜压力信号传递给蒸汽流量调节阀，蒸汽流量调节阀根据塔釜压力进行自动调节，通过蒸汽进料量自动增大或减少，确保塔釜压力稳定，从而保证了精馏操作不受外界蒸汽波动的影响。

图2蒸汽总管压力与氯仿塔釜压力比较

以氯仿塔为例，系统改进前后某一段时期工艺指标执行情况见表1。

表1改进前、后工艺指标与质量比较
蒸汽压
kpa 塔釜压
kpa 回流量
m3/h 采出量
m3/h 灵敏板
温度℃ 产品优级品率%
改
进
前 波
动
偏
差
120 12.4 4.8 3.5 13.7 85
改
进
后 波
动
偏
差 136 1.1 1.5 1.1 4.2 99

五、结论
1、改进后的控制系统投运后，精馏塔的各点温度曲线基本在一直线上，灵敏板温度变化范围也大大缩小，进出料量也很稳定，完全不受外界蒸汽压力波动影响，从操作曲线及分析结果看，整个精馏塔在自动调节过程中，完全达到了物料、气-液、热量三个平衡，而且操作方便、简单，大大减轻了操作人员负担，确保产品质量稳定。
2、操作稳定后，避免了受蒸汽压力波动使产品返回操作或不合格品的处理，减少了动力、蒸汽能耗及物料损耗。同时也避免了因产品质量不好而降负荷操作。
3、改进了自动控制系统后，操作人员思维也要进行更新，如塔釜是否液泛，不能通过塔釜压力升高来判断。回流量的控制更为重要，必须防止回流量过大或过小，破坏塔内物料平衡，影响正常操作。必须要避免塔压差过大或过小，使蒸汽调节阀自动关小或开大来减少或增大蒸汽量，造成塔内气-液不平衡，降低传递效果，影响产品质量。
4、精馏塔的操作仍较为复杂，操作中的一个参数变化，可能会波及整个塔的正常工作，操作人员必须仔细地检查和分析产生变化的原因，然后有针对性地进行调节。随着自动化程度提高，精馏塔操作也应该多采用仪表自动化控制，使产品的质量和精馏塔操作的稳定性大大地提高。