摘要：氯生产过程中,各种各样的产品需要通过蒸馏分离操作,但由于常见的系统不稳定的原因,氯生产设备通常是受外部因素影响如蒸汽压力、流量、温度的波动,为了保证稳定的高负荷运行,避免不稳定产品质量,降低能源消耗和物质损失,对精馏塔运行中蒸汽波动的参数进行了分析比较，并提出了控制系统的改进方案，结合实际改进使精馏塔运行更加简单、稳定。
关键词：精馏塔操作；自动控制系统；改进
一、精馏塔的基本控制方案
精馏塔控制的好坏直接影响产品的质量指标，即产品的组分，但产品组分分析只能在产品产生了才能进行检测，不能对过程进行监控，存在分析周期长，数据反应滞后等问题，因而精馏过程中的温度参数的稳定控制变得尤为重要。而精馏操作是通过灵敏板进行控制的，因此灵敏板温度的稳定控制是控制产品质量的关键。
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，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。当灵敏板温度下降时，通过减少回流量，来提高灵敏板温度。
二、精馏塔工艺操作内部影响因素?
1、物料平衡的影响及处理?
通过对精馏塔总物料衡算显示：针对原料液流量F及组成XF，只需明确分离程度xD、xW，便能够清楚了解馏出液流量D及釜残液流量W。采出率D/F：D/F=（xF-xW）/（xD-xW）不可轻易改变，不然进、出塔的两个组分量便会失衡，从而对塔内组成产生较大的影响，使得工艺操作不符合分离的规定标准。所以在精馏塔工艺操作过程中，必须要确保塔顶及塔底产品的稳定性，在这其中最为关键的就是维持装置内的物料平衡，可通过通塔底液位对精馏塔物料平衡进行控制。?
2、塔顶回流的影响及处理?
对于精馏塔分离工艺产生严重影响的主要因素就是回流比，而且在化工厂生产过程中，主要通过控制回流比来提升产品的质量。只要回流比上升精馏产品的质量也随之升高；若回流比不断的降低，且xD减小、xW增大，那么精馏塔的分离效果也会下降。如果回流比上升，则精馏塔内的蒸汽量及液体量都会随之上升，若塔内汽液负荷超标，就会导致塔板效率降低，这时就要对原料液流量进行控制。?
调节回流比的主要方式有：通过降低塔顶采出量来提升回流比；当塔顶冷凝器为分凝器时，通过提升塔顶冷剂使用量促使凝液量上升，继而增加回流比；若回流液中间贮槽强制回流，可适当提升回流量来增加回流比，但不可抽干回流贮槽。然而在馏出液采出率D/F规定的条件下，通过提升回流比来增加xD的方式也不是绝对有效的。增加操作回流比代表增加蒸发量及冷凝量，且相关指标也会受到精馏塔及冷凝器传热面的影响。
三、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。
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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，影响产品的质量；严重时还会产生液泛现象。
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，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，上升蒸汽速度降低，塔内将产生漏液现象，影响分离效果。
四、调节蒸汽流量，控制灵敏板温度
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，操作不当，很容易破坏精馏正常进行和气-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。
五、蒸汽流量的自动控制，确保气-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。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，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。
六、系统改进前后对比
收集一个月的实际运行数据对最高值与最低值的偏差进行统计分析，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系统改进前后某一段时期工艺指标执行情况
从表1可以看出，经系统改进后塔釜压偏差从12.4kPa降低至1.1kPa；回流量偏差从4.8m3/h降低至1.5m3/h；采出量从3.5m3/h降低至1.1m3/h；灵敏板温度偏差从13.7℃降低至4.2℃；产品优级品率也从89%上升至99%。
七、结果与讨论
（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条直线上，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-液及热量3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。
参考文献:
［1］邝生鲁．化学工程师技术全书．北京：化学工业出版社，2002：36-40，491-522．
论文作者:刘鉴瑞
论文发表刊物:《防护工程》2019年第2期
论文发表时间:2019/5/5
标签：精馏论文; 蒸汽论文; 灵敏论文; 操作论文; 温度论文; 压力论文; 塔顶论文; 《防护工程》2019年第2期论文;