化工生產技術技能大賽精餾設備最佳工況參數(shù)研究與實踐

戴 璐

（江蘇省淮安技師學院，江蘇淮安 223001）

任何一個化工生產過程都離不開對原料或反應產物的分離提純操作，比如從原油中分離出各種燃料油、潤滑油、石腦油、汽油和石油化工原料到有機、無機、精細化學品的合成，都離不開對混合物的分離。而精餾是一種利用回流使液體混合物得到高純度分離的蒸餾方法，是工業(yè)生產中應用最為廣泛的液體混合物分離操作。

精餾塔工藝操作的穩(wěn)定性直接關系著整個裝置的產品質量、生產能力、消耗定額以及環(huán)保問題等方面。梳理清楚精餾操作過程中的各個參數(shù)之間的關系，嚴格控制好各個工藝指標，能夠確保整個操作過程穩(wěn)定、高效。

從歷年大賽給出的競賽要求和考核評分細則中可以發(fā)現(xiàn)，工藝生產系統(tǒng)的穩(wěn)定性、產品質量及能耗三方面一直是大賽的考核重點，考核項目主要包括精餾工藝指標合理性、生產工藝穩(wěn)定時間、產品濃度、產品產量、原料損耗量、水、電能耗等。但在大賽中并沒有明確精餾設備的最佳操作工況，如果學生在操作過程中找不到最佳參數(shù)，那么在比賽中會出現(xiàn)產品質量合格、而產量不合格；或者產量合格、質量不合格等不正常情況，所以，找到最佳的工況參數(shù)對操作非常重要，有助于學生在大賽操作過程中能夠快速建立塔內物料平衡，使精餾塔達到穩(wěn)定操作，從而在大賽中取得優(yōu)異成績。

1 最佳工況參數(shù)的研究

精餾操作中的工藝參數(shù)變量較多，且各變量之間相互關系、相互影響，要使精餾操作高效、穩(wěn)定，必須控制好精餾過程的物料平衡和熱量平衡。

學生在大賽訓練及比賽過程中要實現(xiàn)溫度、壓力、流量、液位等參數(shù)的監(jiān)測與控制，并能夠做到進料穩(wěn)、產品采出穩(wěn)、精餾塔溫度穩(wěn)及壓力穩(wěn)，才能在大賽中取得優(yōu)異成績。例如在精餾塔的操作中，如何維持塔頂和塔底產品的穩(wěn)定？如何控制產品的質量和產量？在提高溫度時，如何既要考慮到產品的質量，又要考慮到工藝損失。這就需要學生扎實的理論基礎和精湛的技藝。

仔細研讀《江蘇省職業(yè)學校化工生產技術賽項精餾操作競賽的基本要求與考核評分細則》，對比2017年、2019年和2021年的化工生產技術賽項規(guī)程重要操作點發(fā)現(xiàn)（如表1和表2所示），考核點大體相同。從表2可以看出，產量和濃度兩項占比較大，所以，要想在大賽中與其他參賽隊拉開差距，關鍵在于產量和濃度兩方面。如果產量和濃度分數(shù)較低，大多是由于沒有做好物料平衡，塔內分離能力較差導致，學生在訓練前期首先要做好物料衡算，找到最佳工況參數(shù)值，再根據(jù)最佳工況參數(shù)值進行針對性的訓練，才能有助于學生在大賽中快速做好塔內物料平衡，確保穩(wěn)定操作。

表1 化工生產技術賽項規(guī)程重要操作點

表2 精餾考核權重分配表

1.1 物料衡算

學生在大賽前需要對全塔進行物料衡算，找到進料、塔頂采出、塔底采出等最佳取值，才能幫助學生在平時訓練及大賽中快速建立物料平衡，確保運行過程中穩(wěn)定高效。

1.2 進料熱狀況的確定

泡點進料是進料熱狀況中比較理想的一種進料狀況，這種進料也較為經濟和最為常用，在大賽中也選擇泡點進料。進料溫度應根據(jù)物料衡算等內容確定，是學生在操作中控制的重要依據(jù)。

1.3 回流比的確定

回流對精餾操作來說是必要的?；亓鞅仁怯绊懰蛛x效果的主要因素，生產中經常用回流比來調節(jié)、控制產品的質量?；亓髁康拇笮?，對精餾效果、產品質量、塔板數(shù)和水、電、氣的消耗都有直接影響?；亓鞅仍黾?，使塔內上升蒸汽量及下降液體量均增加，若塔內氣液負荷超過允許值，則可能引起塔板效率下降，此時應減小原料液流量。而大賽中也沒有明確回流比、回流量值，雖然通過大量實驗，學生可以摸索出適宜回流量，但耗時太長。所以，根據(jù)理論計算確定回流比，從而確定出回流量值，再通過實驗驗證，大大提高了準確性又縮短了其摸索時間。

1.4 進料板位置的確定

大賽中給出兩塊進料板，分別為第十塊進料板和第十二塊進料板，比賽中由參賽選手自行選擇。由精餾原理和熱力學知識可知，進料板的位置直接影響精餾分離的質量。學生在《化工原理》課程中已經學習了通過逐板計算法和圖解法來確定進料板的位置。也可以通過實驗的方法比較第十塊進料板和第十二塊進料位置下的精餾結果，找出分離效果較好的那塊進料板，從而確定出大賽中最佳進料板的位置。

1.5 塔釜溫度的控制

塔釜溫度是由釜壓和物料的組成決定的。在操作過程中，只有保持規(guī)定的塔釜溫度，才能保證產品的質量。提高釜溫時，會使塔內液相中的易揮發(fā)組分減少，又會使上升蒸汽的速度增大，有利于提高傳質效率。通常情況下，改變加熱蒸汽量將塔釜溫度調節(jié)正常。所以，主操同學在全過程中要緊密關注視鏡鼓泡情況、預熱器出口溫度、釜壓等情況適時調節(jié)溫度。

2 實踐探索

2.1 規(guī)范操作

大賽精餾操作競賽的考核項目由三部分組成：精餾操作技術指標（85%）、規(guī)范操作（12.5%）和安全文明操作（2.5%）。針對評分規(guī)則中具體的內容，應讓學生明確各評分點，養(yǎng)成規(guī)范操作的意識，是大賽取得優(yōu)異成績的第一步，也是化工類學生必須具備的職業(yè)素養(yǎng)。

為了避免學生在大賽中出現(xiàn)突發(fā)情況，學生在平時的訓練中要養(yǎng)成了解整個設備情況的習慣，比如檢查總電源、儀表盤、電壓表、監(jiān)測儀表的情況，因為在大賽中，學生會因緊張出現(xiàn)忘記檢查的情況，如現(xiàn)場出現(xiàn)了儀表盤上按鍵卡死或其他異常情況，就會影響學生整個賽程的心態(tài)，導致大賽中不能發(fā)揮出正常水平。

學生要養(yǎng)成識圖的習慣，因為在開車前，需要同學們根據(jù)大賽提供的閥位表進行各閥門狀態(tài)的檢查和掛牌，從表1中可以看出，2017年、2019年、2021年的閥門狀態(tài)不同，17年是43關6開，而19年和21年都是45開4關，雖然近2年的閥門狀態(tài)一樣，但還是要讓學生養(yǎng)成識圖的習慣，避免其他情況的出現(xiàn)。如果在開車前，因檢查不到位，漏檢或對閥門的狀態(tài)搞不清的情況，則在大賽過程中會出現(xiàn)重大失誤。例如在2019年技能大賽比賽過程中，有學生漏檢了進料流量計的狀態(tài)，在進料初期沒有發(fā)現(xiàn)異常沒有及時解決，最終導致淹塔，出現(xiàn)了重大事故。此外，在平常訓練中還會發(fā)現(xiàn)主操同學甚至出現(xiàn)了操作界面沒有清零復位等情況，因此，需要進一步加強學生的心理素質的培養(yǎng)，避免因為緊張而出現(xiàn)很多不該出現(xiàn)的情況，從而影響大賽的發(fā)揮和最終成績。

2.2 精餾操作

2.2.1 開車準備

（1）開始比賽。主控同學工作職責是首先要對總電源、儀表盤，電壓表、顯示儀表檢查是否正常；準確記錄電表、水表、原料罐初始讀數(shù)。

（2）上、下層同學分別檢查各自崗位的閥門狀態(tài)，特別是底閥和流量計更要認真檢查，調整至準備開車狀態(tài)并掛牌標識，同時，主操同學可以快速檢查，確保比賽能夠正確進行，萬無一失。

（3）下層同學規(guī)范操作進料泵，將原料加入再沸器至合適液位。主操點擊考核開始。

2.2.2 開車操作

（1）主操規(guī)范啟動再沸器、原料預熱器加熱系統(tǒng)，升溫。

（2）主操同學緊密關注塔釜和塔頂溫度上升情況，上層同學根據(jù)溫度情況開啟塔頂冷卻水進口閥，調節(jié)冷卻水流量，觀察到回流罐內有液體時，規(guī)范操作產品泵，通過回流轉子流量計進行全回流操作。

（3）主操和上層同學相互配合，調節(jié)塔內穩(wěn)定，做好部分回流準備。

（4）主操通知部分回流開始，選擇合適的進料板，下層同學通過調節(jié)原料轉子流量計，控制進料流量≤60L/h，若再沸器液位過高，要適時通過殘液泵排殘，確保塔內物料平衡；上層同學規(guī)范操作回流泵，通過塔頂產品罐冷卻器至要求溫度范圍內收集至塔頂產 品罐。

2.2.3 停車操作

（1）精餾操作考核80min完畢，做好停車準備，下層同學停進料，關閉管線上閥門。

（2）主操規(guī)范停止預熱器和再沸器加熱；點擊考核結束，?；亓鞅谩?/p>

（3）上層同學停冷卻水，將回流罐內所有液體全部打回產品罐，停產品泵、塔頂產品冷卻水。

（4）主操記錄水表、電表讀數(shù)。其余同學將各閥門恢復初始開車前狀態(tài)，并相互配合收集并稱量產品罐中的產品，取樣分析。

2.3 操作中常見問題及解決方案

2.3.1 常見問題

從訓練過程中發(fā)現(xiàn)，學生在操作中容易出現(xiàn)問題的一般是在再沸器液位和塔底溫度控制兩方面。

（1）再沸器液位異常：再沸器的液位是考核過程中一個非常重要的工藝指標，再沸器液位需要維持穩(wěn)定在指定的范圍，超出范圍持續(xù)一定時間系統(tǒng)將自動扣分。所以，不管是在剛開始的快速進料中還是運行過程中，再沸器的液位控制都是非常重要的。

（2）塔頂溫度偏高：學生在訓練或比賽過程中，需要找到系統(tǒng)設定的塔頂溫度值，并將溫度能夠控制在規(guī)定的范圍內。

塔頂溫度是整個操作過程中最關鍵的工藝指標，其值也可以反映出產品的分離效果即產品的質量。從訓練中發(fā)現(xiàn)，學生經常在操作過程中出現(xiàn)塔頂溫度偏高而束手無策，最終得不到合格的產品和產量的情況。

2.3.2 解決方案

2.3.2.1 再沸器液位異常

針對第一種情況，教師可以組織學生反復訓練，通過讓學生觀察原料罐液位下降和再沸器液位上升的情況進行初判斷，并記錄每一次實驗的液位值，做到心中有數(shù)，積攢經驗。

最關鍵的一點是，訓練下層同學和主操同學之間的配合，因為在比賽過程中，由于現(xiàn)場設備較多，機器噪聲較大，其他學校學生在互相交流時也會造成一定干擾，所以教師可以在平時的訓練過程中，人為地增加干擾，制造噪聲，讓學生在嘈雜的環(huán)境中找到最佳的溝通方式，從而可以避免因環(huán)境因素造成溝通不利影響液位判斷的情況。

對于運行過程中出現(xiàn)再沸器液位異常的情況，需要加強各崗位間的溝通交流，尤其是主操同學對整個操作的把控，要將各工藝指標情況及時反饋給現(xiàn)場同學，現(xiàn)場同學才能根據(jù)反饋信息作進一步操作。

2.3.2.2 塔頂溫度偏高

在訓練過程中發(fā)現(xiàn)塔頂溫度偏高主要是由于塔釜溫度偏低，上升蒸汽量不夠，從而導致回流量減小，造成塔頂溫度偏高。對于這種情況，主操同學需要嚴格控制好再沸器和預熱器的溫度，切忌突然增大或突然減小而造成塔內不平衡；其次，一定要控制好回流量、進料量、采出量等，只要有一個工藝指標出現(xiàn)異常，必然會造成相關指標出現(xiàn)波動，都會影響整個精餾過程分離效果。所以，找到最佳工況參數(shù)非常重要，能幫助同學綜合判斷出現(xiàn)異常的原因，從而進行解決。

為了提高學生應對解決異常情況的能力，在平時訓練中，教師可以增加事故處理，鍛煉學生分析問題、解決問題的能力；其次，要加強學生閱讀工藝流程，弄清主要設備作用及流程圖中主要物料和輔助物料的流向內容，只有深刻理解其工藝過程，才能幫助學生遇到操作過程中的故障，并能做出正確判斷和處理的能力，從而可以提高學生在大賽中應對突發(fā)事故或異常情況的能力。

3 結語

精餾操作的基本要求是使設備具有盡可能大的生產能力，達到預期的分離效果，且操作費用最低。影響精餾裝置穩(wěn)態(tài)、高效操作的主要因素包括操作壓力、進料組成和熱狀況、塔頂回流等。掌握精餾設備主要工藝參數(shù)之間的聯(lián)系及調節(jié)控制方法，并能夠針對操作運行中遇到的事故采取正確方法進行分析和處理，才能使精餾生產過程穩(wěn)定、安全、高效，在大賽中才能取得優(yōu)異成績。