有關精餾塔技術的研究和應用

張 偉

中國平煤神馬集團尼龍化工有限公司，河南平頂山 467099

已經被大眾確定的在工業成產中，應用最廣泛也是能源消耗方面較高的分離分散過程被稱作是精餾工藝，這個過程的被控變量和變量很多，導致精餾過程的機理和數據動態也比較復雜。在實際的生產操作過程中，很多相關操作的參數設計與精餾裝置本身的參數設置并不是完全相同。其中，在整個精餾過程中能源在被其消耗之后，大本分被分離冷卻水帶走，而并不是最有效的組分分離技術。精餾塔技術應用十分的廣泛，加上隨著科學技術的飛速發展，精餾塔的技術工藝也在不斷的提高，在這樣的科技背景之下，加大精餾塔精餾過程的能源優化和研發其控制力度，有助于解決精餾塔精餾工藝的能源消耗問題。

1 精餾塔精餾技術原理

1）所謂的精餾工藝技術，就是把一定濃度的溶液通過傳送裝置輸送到精餾裝置內，只這部分溶液通過不斷的進行冷凝和氣化，在精餾塔塔頂和精餾塔的塔底一起得到出現與其產品的一種生產過程。在這個精餾塔精餾工藝運作的過程中，需要同時運作其他技術設備。如，精餾塔、再沸器、冷凝器、回流泵以及回流罐。在石油化工方面的行業中，精餾設備裝置大多采取連續精餾的運作模式，具體的流程圖請參閱圖1所示。

圖1 連續精餾裝置精餾過程圖

2）連續精餾工藝技術的具體運作流程如下：

（1）原料輸送金進料口，進料口將整個精餾塔分成了精餾過程段和提取過程段；

（2）當溶液侏儒僅精餾塔以后，由于各部分分組都具有不同的沸點，從而導致低沸點的分組達到了一種氣化效果，從而往上升騰，而高沸點的分組則相反，都是隨著溶液向下流淌，并且通過和精餾塔內部上升的蒸汽；

（3）經過向下蒸餾分離之后，部分下半部分的液體被引導而出，部分液體被連續的加熱之后再次返回到精餾塔；

（4）部分整齊在冷凝機中變成液體，在經過回流泵輸送進回流罐。其中這部分蒸汽一部分成為了產品，一部分作為回流液體再一次流淌回蒸餾塔。

2 精餾塔常見的幾種分類

1）蒸餾塔是當今社會使用最普遍也是各企業最普及的蒸餾分解設施，它的具體分類也比較多。精餾塔按照結構可分為填充材料塔和板式精餾塔；按照分離組來講可分為多元蒸餾塔和二元蒸餾塔；按照操作了的連續性來講，又可以分為連續蒸餾塔和間歇性蒸餾塔；按照精餾壓力來劃分有可以分為加壓蒸餾塔，常規壓力蒸餾塔以及減壓蒸餾塔。最后，按照混合物重組角度來分的話又可以分成特殊性質蒸餾塔和一般性質蒸餾塔。

2）關于精餾塔能源節約和優化

在當前社會經濟和科技背景下，精餾塔的能源節約減耗問題一致時科學理論研究，以及各企業實踐研究的困難點，在經過一些科技人員的努力和操作實踐，已經取得了一系列的優化成果。

（1）逐步完善再沸器以及冷凝器的換熱效果；

（2）改變精餾塔多塔精餾程序，盡早的將多效精餾技術應用到精餾塔過程中；

（3）開發出一種高效的正規填充材料，以替代板式塔；

（4）在精餾塔節能控制環節，必要時將換熱泵技術應用其中。

3 精餾塔的控制要求

3.1 質量標準控制

分離混合物是精餾塔控制中的標準化指標，在精餾塔的正常操作中，都是在一定范圍內獲取塔尖或者塔底的純度較高的產品，由于現場檢測產品純度有一定的困難，所以，大多數企業都是根據精餾塔內的壓力和溫度來觀察產品的純凈度。

3.2 精餾塔的平穩性操作

為確保蒸餾塔蒸餾過程的穩定性，必須要盡可能的控制對蒸餾塔的可控程度，同時要盡量的緩解一些不可控制的擾動。在此之外，蒸餾塔內的壓力穩定控制也是蒸餾塔平衡操作的基本原則之一。

3.3 蒸餾塔正常工作的約束條件

蒸餾塔正常操作的過剩復雜，而且影響蒸餾過程的因素也十分的多。

1）進料口進料量和溫度的變化

由于精餾塔在精餾開始是進料往往是有上一工段提供的，所以對于蒸餾系統而言，進料流量和溫度的變化產生一種流量波動是在所難免的

2）精餾塔內壓力的波動

精餾塔精餾過程中，塔內壓力的波動會影響到塔內的液體氣體平衡和物料平衡，從而影響到整個操作過程和產品的質量問題。

3）加熱劑再沸器溫度的變化

當加熱劑是蒸汽的時候，加入的熱量往往是隨著蒸汽塔里而變化的，這種熱量會直接的導致蒸餾塔內的溫度變化，從而影響到產品的純凈度。

4）冷卻劑吸熱導致的變化

這個環節直接的影響到物質的回流程序，即回流溫度和回流量，這個變化只要是冷卻劑產生的壓力和吸收的熱量導致出現的。

5）環境溫度變化的影響

在正常情況下，環境溫度的變化影響比較小，采用風冷器是，氣溫的變化對蒸餾塔的操作影響也十分巨大。

4 關于控制精餾塔的研究策略

精餾塔的精餾過程一種多變量的程序，這個程序具有較長的滯延，同時在變量之間大多數都是相互聯系的，所以針對其進行行動狀態分析，是一件很困難的事情，在加上蒸餾過程中配對變量十分困難，所以，控制整個蒸餾過程一直都是學術界探討的話題。早在上個世紀60年代末，學術界就已經提出來相對靈敏度和相對增益的概念，從理論上解決了變量配對這個尖端性問題。

在進入新世紀以來，隨著科學技術的進步，精餾塔的控制方式也出現了很多的方面。

1）精餾塔的經劉國生是一種非線性的表現手段，因此，如何吧非線性的控制到精餾塔的控制技術之中；

2）智能控制操作系統在蒸餾塔技術中的應用；

3）精餾塔的控制系統是一種現行的多變量控制技術以及適應性控制技術的研發和應用；

4）精餾塔精餾過程中在節能優化策略以及節能控制中的控制的應用。

5 精餾塔的節能優化和研究控制的發展方向

當前科技水平下，精餾塔的控制研究和精餾塔節能優化研究一直處在實驗性階段，在具體的操作過程中還有很多不確定因素，總結其原因，包括，不確定性模型、被控制量和不被控制量的約束問題、控制算法的可實現化以及執行設備出現故障時的優化控制。

1）進一步深化和加強精餾塔控制技術的研究；

2）研究出一套弄控制精餾塔優化約束的毒素系統，從過確保提高精餾塔的先進性和穩定性；

3）對精餾塔的精餾技術和精餾原理進行系統性的研究，以找出改良措施和辦法。

6 結論

隨著計算機系統的發展，尤其是集成控制系統的研發，計算機控制技術在精餾塔的控制應用中應該不斷的改進和發展，控制系統的成熟性越高，精餾塔的精餾技術就越強，只有精餾技術不斷創新，才能做到節約能耗提高經濟效益。

[1]薛美盛，祁飛，吳剛，孫德敏.精餾塔控制與節能優化研究綜述[J].化工自動化及儀表，2006(6).

[2]史繼森.精餾塔的控制[J].自動化博覽，2008(8).

[3]施向群，馮文軍，韓超.精餾塔技術改造[J].乙烯工業，2003(1).

[4]趙學良.乙烯精餾塔系統探究[J].乙烯工業，2009(3).

[5]趙朝暉.精餾設計性實驗教學改革與實踐[J].廣東化工，2009(9).

[6]黃永杰.精餾塔自動控制系統設計與應用[J].化工技術與開發，2012(1).

[7]楊海榮，薄翠梅，陸愛晶，張廣明.間歇精餾過程變回流比智能控制策略的研究[J].化工自動化及儀表，2008(1).