精餾塔操作及自動控制系統的改進

丁鐵福，徐 宏

（浙江衢化氟化學有限公司，浙江 衢州 324004）

在含氯產品生產過程中，各種產品需要通過精餾操作進行分離，但由于公用系統不穩定的原因，含氯產品生產裝置經常受外界蒸汽壓力、流量、溫度等因素波動的影響，為了確保裝置穩定高負荷運行，避免產品質量不穩定，降低能耗及物料損耗，對精餾塔運行的各種參數在蒸汽波動時進行了分析與對比，并結合實際提出了控制系統改進方案，使精餾塔的操作不斷完善，操作更為簡便、穩定。

1 精餾塔的基本控制方案

精餾塔控制的好壞直接影響產品的質量指標，即產品的組分，但產品組分分析只能在產品產生了才能進行檢測，不能對過程進行監控，存在分析周期長，數據反應滯后等問題，因而精餾過程中的溫度參數的穩定控制變得尤為重要。而精餾操作是通過靈敏板進行控制的，因此靈敏板溫度的穩定控制是控制產品質量的關鍵。

為了控制靈敏板溫度在指標范圍內，可以通過加熱蒸汽量、冷卻劑量、回流量、釜液位高度、進料量等條件的變化來進行溫度調節。但對設備結構已定，生產負荷和產品比例基本不變的操作過程中，精餾塔的進料量F、組分XF、蒸汽量、冷卻劑量、釜液出料量W處于相對穩定狀態，往往是通過回流比的調節來控制靈敏板的溫度，當靈敏板溫度T上升時，通過加大回流量L，來降低靈敏板溫度。當靈敏板溫度下降時，通過減少回流量，來提高靈敏板溫度[1]。

2 蒸汽壓力波動對精餾操作的影響

精餾塔在低負荷或外界影響小的情況下，用回流比調節靈敏板溫度基本能控制好產品的質量。但是在高負荷運行情況下，公用系統的蒸汽壓力經常波動，而且變化幅度也較大，使塔釜再沸器熱量傳遞很不均勻，造成精餾塔氣-液不平衡，使靈敏板溫度變化幅度加大，影響產品質量。

（1）當外界蒸汽壓力突然升高，塔釜難揮發組分蒸發量增加，靈敏板溫度上升，必須采取加大回流量來控制靈敏板溫度，保證塔頂產品質量；但在實際操作中蒸發量過大，則會造成液沫夾帶，結果造成氣液兩相之間傳質效果降低，影響產品的質量；嚴重時還會產生液泛現象。

（2）當外界蒸汽壓力突然下降，塔釜難揮發組分蒸發量減少，靈敏板溫度下降，若不及時減少回流量，靈敏板溫度會大幅度下降，易揮發組分很容易帶入塔釜，造成后序產品質量下降；另一方面，為了保證靈敏板溫度，回流量下降過快，使回流比降低，影響分離效果；同樣，蒸發量太小，上升蒸汽速度降低，塔內將產生漏液現象，影響分離效果[1]。

3 調節蒸汽流量，控制靈敏板溫度

將蒸汽流量定值變成可調節值，根據蒸汽壓力變化情況，手動將蒸汽進料量進行調節，確保塔釜蒸發量相對穩定，來保證靈敏板溫度但仍存在許多問題。

（1）在操作過程中表現出比較被動，操作頻繁，增加了勞動強度。

（2）需要特殊操作技能高，但每個操作人員水平不同，調節幅度不一，難以避免出現靈敏板溫度瞬間大幅度波動，使整個塔的溫度、進出料量分布曲線變化頻率及幅度較大，容易造成產品純度質量問題。

（3）蒸汽流量與回流量同時進行調節靈敏板溫度，很難分清主次，操作不當，很容易破壞精餾正常進行和氣-液平衡，導致整個操作惡化。

（4）給蒸汽進料量、回流量等工藝指標的制定、執行帶來較大困難。

4 蒸汽流量的自動控制，確保氣-液平衡

在精餾塔的連續操作過程中應做到物料平衡、氣-液平衡和熱量平衡，這3個平衡互相影響，互相制約。蒸汽壓力突然變化時，將直接影響塔釜難揮發組分的蒸發量，使當時塔內熱量存在不平衡，導致氣-液不平衡。在生產過程中，各精餾塔設備已確定，塔釜蒸發量與氣體流速成正比關系，而流速與塔壓差也成正比關系，所以控制好塔頂、塔釜壓力就能保證一定的蒸發量，而在操作中，塔頂壓力可通過塔頂壓力調節系統進行穩定調節或大部分為常壓塔，為此，穩定塔釜壓力就特別重要。于是在蒸汽進料量不變情況下，對蒸汽壓力變化情況與塔釜壓力的變化進行對比，發現兩者成正比關系，而且滯后時間極小。于是將蒸汽進料量與塔釜壓力進行串級操作，將塔釜壓力信號傳遞給蒸汽流量調節閥，蒸汽流量調節閥根據塔釜壓力進行自動調節，通過蒸汽進料量自動增大或減少，確保塔釜壓力穩定，從而保證了精餾操作不受外界蒸汽波動的影響[2]。

5 系統改進前后對比

收集一個月的實際運行數據對最高值與最低值的偏差進行統計分析，以氯仿塔為例，系統改進前后某一段時期工藝指標執行情況見表1。

表1 系統改進前后某一段時期工藝指標執行情況

從表1可以看出，經系統改進后塔釜壓偏差從12.4 kPa降低至1.1 kPa；回流量偏差從4.8 m3/h降低至1.5 m3/h；采出量從3.5 m3/h降低至1.1 m3/h；靈敏板溫度偏差從13.7℃降低至4.2℃；產品優級品率也從89%上升至99%。

6 結果與討論

（1）改進后的控制系統投運后，精餾塔的各點溫度曲線基本在一條直線上，靈敏板溫度變化范圍也大大縮小，進出料量也很穩定，完全不受外界蒸汽壓力波動影響，從操作曲線及分析結果看，整個精餾塔在自動調節過程中，完全達到了物料、氣-液及熱量3個平衡，而且操作方便、簡單，大大減輕了操作人員負擔，確保產品質量穩定。

（2）操作穩定后，避免了受蒸汽壓力波動使產品返回操作或不合格品的處理，減少了動力、蒸汽能耗及物料損耗。同時也避免了因產品質量不好而降負荷操作。

（3）改進了自動控制系統后，操作人員思維也要進行更新，如塔釜是否液泛，不能通過塔釜壓力升高來判斷。回流量的控制更為重要，必須防止回流量過大或過小，破壞塔內物料平衡，影響正常操作。必須要避免塔壓差過大或過小，使蒸汽調節閥自動關小或開大來減少或增大蒸汽量，造成塔內氣-液不平衡，降低傳遞效果，影響產品質量。

（4）精餾塔的操作仍較為復雜，操作中的一個參數變化，可能會波及整個塔的正常工作，操作人員必須仔細地檢查和分析產生變化的原因，然后有針對性地進行調節。隨著自動化程度提高，精餾塔操作也應該多采用儀表自動化控制，使產品的質量和精餾塔操作的穩定性大大地提高。