JOYNJL-2L小型玻璃精馏塔精馏塔是进行精馏的一种塔式气液接触装置。利用混合物中各组分具有不同的挥发度,即在同一温度下各组分的蒸气压不同这一性质,使液相中的轻组分(低沸物)转移到气相中,而气相中的重组分(高沸物)转移到液相中,从而实现分离的目的。精馏塔也是石油化工生产中应用极为广泛的一种传质传热装置。
无论是平衡蒸馏还是简单蒸馏,虽然可以起到一定的分离作用,但是并不能将一混合物分离为具有一定量的高纯度产品。在石油化工生产中常常要求获得纯度很高的产品,通过精馏过程可以获得这种高纯度的产品。
精馏过程所用的设备称为精馏塔,大体上可以分为两大类:①板式塔,气液两相总体上作多次逆流接触,每层板上气液两相一般作交叉流。②填料塔,气液两相作连续逆流接触。
一般的精馏装置由精馏塔塔身、冷凝器、回流罐,以及再沸器等设备组成。进料从精馏塔中某段塔板上进入塔内,这块塔板称为进料板。进料板将精馏塔分为上下两段,进料板以上部分称为精馏段,进料板以下部分称为提馏段。
精馏塔产品质量指标选择有两类:直接产品质量指标和间接产品质量指标。精馏塔最直接的产品质量指标是产品成分。近年来,成分检测仪表发展很快,特别是工业色谱仪的在线应用,出现了直接控制产品成分的控制方案,此时检测点就可以放在塔顶或塔底。然而由于成分分析仪表价格昂贵,维护保养麻烦,采样周期较长(即反应缓慢,滞后较大).而且应用中有时也不太可靠,所以成分分析仪表的应用受到了一定的限制。因此,精馏塔产品质量指标通常采用间接质量指标。
(1)采用温度作为间接质量指标
温度是最常用的间接质量指标。因为对于一个二元组分的精馏塔来说,在压力一定时,沸点和产品成分之间有单独的函数关系。因此,如果压力恒定,那么塔板温度就可以反应产品成分。而对于多元精馏塔来说,情况比较复杂。然而炼油和石油化工生产中,许多产品由碳氢化合物的同系物组成,在压力一定时,保持一定的温度,成分的误差就可以忽略不计。其余情况下,温度在一定程度上也能反映成分的变化。通过上述的分析可见,在温度作为反映质量指标的控制方案中,压力不能有剧烈的波动,除常压塔外,温度控制系统总是与压力控制系统联系在一起的。
采用温度作为被控变量时,选择哪一点温度作为被控变量,应根据实际情况加以选择,主要有以下几种:
①塔顶(或塔底)的温度控制:一般来说,如果希望保持塔顶产品符合质量要求,也就是主要产品从顶部馏出时,应选择塔顶温度作为被控变量,这样可以得到较好的效果。同样,为了保持塔底产品符合质量要求。则应以塔底温度作为被控变量。为了保证另一产品质量在一定的规格范围内,塔的操作要有一定裕量。例如,如果主要产品在顶部馏出,操纵变量为回流量的话,再沸器的加热量要有一定富裕,以使在任何可能的扰动条件下,塔底产品的规格都在一定范围内。
采用塔顶(或塔底)的温度作为间接质量指标,似乎最能反映产品的情况,实际上并不尽然。当要分离出较纯的产品时,在邻近塔顶的各板之间温差很小,所以要求对温度检测装置有极高的要求(即要求有极高的精确度和灵敏度),但实际上很难满足。不仅如此,微量杂质(如某种更轻的组分)的存在,会使沸点有相当大的变化;塔内压力的波动,也会使沸点有相当大的变化,这些扰动很难避免。因此,除了像石油产品的分馏即按沸点范围来切割馏分的情况之外,凡是要得到较纯成分的精馏塔,往往不将检测点置于塔顶或塔底。
②灵敏板的温度控制所谓灵敏板,是指当塔的操作经受扰动作用(或承受控制作用)时,塔内各板的组分都将发生变化,各板温度也将同时变化,当达到新的稳定状态时,温度变化量最大的那块板就称为灵敏板。由于干扰作用下的灵敏板温度变化较大,因此对温度检测装置的要求就不必很高了,同时也有利于提高控制精度。
灵敏板的位置可以通过逐板计算或计算机仿真,依据不同情况下各板温度分布曲线比较得出。但是,由于塔板效率不容易估准,所以还需结合实践加以确定。通常,先根据测算.确定出灵敏板的大致位置,然后在它的附近设置若干检测点,然后在运行过程中选择其中最合适的一个测量点作为灵敏板。
③中温控制取加料板稍上、稍下的塔板,或加料板自身的温度作为被控变量,这种温度检测点选在中间位置的控制通常称为中温控制。这种控制方案虽然在某些精馏塔上已经取得成功,但在分离要求较高时,或是进料浓度ZF变动较大时,中温控制将不能保证塔顶或塔底的成分符合要求。
(2)采用压力补偿的温度作为间接质量指标
采用温度作为间接质量指标有一个前提,那就是塔内压力应保持恒定。尽管精馏塔的塔内压力一般设有压力控制系统进行控制,但压力也总会有些微小的波动,这对一般产品纯度要求不太高的精馏塔是可以忽略的,但是对精密精馏等控制要求较高的场合,微小压力的变化,将影响温度与组分之间的关系,使得产品质量难于满足工艺要求,为此需对压力的波动加以补偿,常用的有温差控制和双温差控制。
①温差控制:在精密精馏时,温差控制可以提高产品的质量。在精馏中,任一塔板的温度是成分与压力的函数,影响温度变化的因素可以是成分,也可以是压力。在一般塔的操作中,无论是常压塔、减压塔,还是加压塔,压力都是维持在很小范围内波动,所以温度与成分有对应关系。但在精密精馏中,要求产品纯度很高,且塔顶和塔底产品的沸点相差又不大,此时压力变化引起温度的变化比成分变化引起的温度变化要大得多,所以微小压力的波动具有较大的影响,不能忽略。例如,苯-甲苯二甲苯分离时,大气压变化6.67kPa,苯的沸点变化2℃,已超过了质量指标的规定。这样的气压变化是完全可能发生的,这就破坏了温度与成分之间的对应关系。所以在精密精馏时,用温度作为被控变量往往得不到理想的控制效果,为此应该考虑补偿或消除压力微小波动的影响。