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。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(shí)，物料平衡和能量平衡之間又是相互影響的。當(dāng)方案選取時(shí)，由于客觀條件不得不采用靈敏度較高但動(dòng)態(tài)響應(yīng)緩慢的控制回路時(shí)，則應(yīng)當(dāng)考慮必要的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。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(duì)精餾塔的動(dòng)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(duì)于一個(gè)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(shí)意味著塔分離度也一定。

精餾塔的基本控制方案

   精餾塔的基本控制方式是討論復(fù)雜和特殊控制方案乃至1優(yōu)控制的基礎(chǔ)，同時(shí)也是目前實(shí)際應(yīng)用中1常見的方案。精餾塔是一個(gè)多變量對(duì)象，因此如果將任意一個(gè)被調(diào)參數(shù)和任意一個(gè)調(diào)節(jié)參數(shù)組成調(diào)節(jié)回路，就可能有許多調(diào)節(jié)方案。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。而產(chǎn)品質(zhì)量往往是精餾過程的主要目標(biāo)，因此，在基本控制方案中，以產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)來選取調(diào)節(jié)參數(shù)，一種是采用溫度作為間接質(zhì)量指標(biāo)，一種是采用產(chǎn)品成分等作為直接質(zhì)量指標(biāo)。

   （l）按提餾段指標(biāo)的控制方案

如果對(duì)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(shí)際操作回流比大于幾倍1小回流比時(shí)，可采用提餾段控制。提餾段溫度是衡量質(zhì)量指標(biāo)的間接指標(biāo)，而以改變?cè)俜衅骷訜崃孔鳛榭刂剖侄蔚姆桨?，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(gè)主要控制系統(tǒng)外，還設(shè)有若干個(gè)輔助控制系統(tǒng)；進(jìn)料量F為定值控制或用均值控制系統(tǒng)；對(duì)塔底采出量B和塔頂餾出物D，按物料平衡關(guān)系分別設(shè)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(shè)置壓力控制系統(tǒng)，控制手段是控制冷凝器的冷卻量；提餾段溫控時(shí)，回流量采用定值控制，且回流量應(yīng)足夠大，以便當(dāng)塔的處理量1大時(shí)，仍能保持塔頂產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)在規(guī)定的范圍內(nèi)。精餾段溫度也是衡量質(zhì)量指標(biāo)的間接指標(biāo)，它是以改變回流量作為控制手段的方案，稱為精餾段溫控。

   提餾段溫控由于采用了提餾段溫度作為間接質(zhì)量指標(biāo)。因此，它能夠較直接地反映提餾段產(chǎn)品情況。將提餾段恒定后，就能較好地保證塔底產(chǎn)品的質(zhì)量。

   對(duì)于液相進(jìn)料時(shí)，進(jìn)料量或進(jìn)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(shí)，動(dòng)態(tài)過程也比較快。按精餾段指標(biāo)的控制方案如果對(duì)塔頂出料的成分要求高于釜底出料時(shí)，或者全部為氣相進(jìn)料時(shí)，或當(dāng)塔底提餾段板上的溫度不能很好地反映產(chǎn)品組分變化時(shí)，則可采用精餾段控制。提餾段溫控的一個(gè)特點(diǎn)是回流量足夠大，因而在保持塔底質(zhì)量的前提下，仍能保持塔頂質(zhì)量，因此即使塔頂產(chǎn)品質(zhì)量要求比塔底嚴(yán)格時(shí)，仍可采用提餾段溫控。

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(duì)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(dòng)會(huì)造成明顯的溫度變化。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。這樣，就破壞了溫度和組分間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。此時(shí)，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常可以在塔頂（或塔底）附近的一塊塔板上檢測(cè)出該板溫度，再檢測(cè)出靈敏板上的溫度，由于壓力的波動(dòng)對(duì)每塊板的溫度影響基本相同，只要將上述檢測(cè)到的兩個(gè)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(cè)溫點(diǎn)，合理給出溫差設(shè)定值。能耗要求和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)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。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(gè)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(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(gè)不同的組分濃度。1高點(diǎn)左側(cè)部分對(duì)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)。

可溶性鈣鹽轉(zhuǎn)化成碳酸鈣垢在蒸餾過程中，可溶性有機(jī)酸鈣鹽與醪液中的可溶性碳酸鹽反應(yīng)生成碳酸鈣垢：

   CaA2 Na2CO3=CaCO3↓ 2NaA

   CaA2 K2CO3=CaCO3↓ 2KA

   2.3.3 可溶性鈣鹽受熱分解生成難溶碳酸鈣垢在蒸餾過程中，可溶性鈣鹽受熱分解生成溶解度小的鹽垢：

   Ca（H CO3）2 =CaCO3 ↓ H2O CO2↑ Mg（HCO3）2 = MgCO3↓ H2O CO2↑

 前處理制漿工藝對(duì)醪垢的生成也有影響

   在酒精生產(chǎn)中，前處理制漿工藝可分為干法、半干法、濕法及改良濕法等，其對(duì)醪液輸送、換熱、蒸餾等過程中的結(jié)垢及積料影響程度從小到大，依次為濕法、干法、半干法、改良濕法。當(dāng)產(chǎn)品組分變化時(shí)，在靈敏板處可獲得最1大的的溫度變化值，所以，以靈敏板溫度進(jìn)行控制時(shí)，塔的產(chǎn)品純度可以得到保證。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。