




约束条件
为保证正常操作,需规定某些参数的极限值,并作为约束条件。塔内气体的流速过低时,对于某些筛板精馏塔会产生漏液现象,从而影响操作降低塔板效率;而流速过高易产生液泛,将完全***塔的操作。由于塔板上液层,气相通过液层的阻力增大,因而可用测量差压的方法检测塔的液泛现象。当压差过高时,则通过差压控制系统减小气体流速。每个精馏塔都存在着一个1大操作压力限制,超过这个压力,塔的安全就没有保障。在蒸馏过程中首先析出的是溶解度较小的碳酸钙、碳酸镁、磷酸钙等,而溶解度稍大一些的也逐渐被浓缩沉积,如***钙、有机酸钙等。为精馏过程提供能量的再沸器和冷凝器,也都存在一定限制。再沸器的加热,受塔压和再沸器中液相介质1大汽化率的影响;同时再沸器两侧间的温差不能超过其临界温差,否则会导致给热系数下降,传热量降低。对冷凝器冷却能力影响1大的是冷却介质的温度。而在介质条件不变时,又与塔的操作压力有关;同时馏出产品组份的变化也将影响到冷凝器的冷却能力限制。在确定精馏塔的控制方案时,必须考虑到上述的约束条件,以使精馏塔工作于正常操作区内。
影响精馏塔操作中质量指标的因素
通过以上分析,可以看出,在精馏塔的操作过程中,影响其质量指标的主要干扰有以下几种:
(l)进料流量F的波动
进料量指进入精馏塔物料的量,它的波动通常很难避免。对于***的或位于整个生产过程的起点的精馏塔控制可采用定值控制,则可使进料流量保持恒定。节约能源20%-30%,残液酒精浓度可≤5%,并且该填料易清洗,不易结垢,不渣化,塔体截面流道不易堵塞,运行稳定可靠。但是,在一个连续的生产过程中,精馏塔的处理量往往是上一工序的产出量。如果一定要使进料量恒定,势必要设置很大的中间贮槽进行缓冲。二是采取在上一工序设置液位均匀控制系统来控制出料,使塔的进料流量F波动比较平稳,从而避免剧烈的变化。
(2)进料成分ZF的变化
进料成分取决于上一工序出料或原料情况,对精馏塔的控制系统来讲,它是不可控的干扰。而针对进料成分的较大变化,则必须重新设置控制变量。
(3)进料温度 TF及进料热量 QF的变化
进料温度通常是较为恒定的。假如不恒定,进料温度和进料热量的变化会影响到塔的焓平衡,因此必须保持进料温度的恒定。考虑到因冷凝器冷却量和环境等扰动因素而使能量平衡可能***,从而使塔压变化,因此在塔顶设置压力调节系统。工业上往往先将进料预热,通过温度控制系统来使进料温度恒定。这对于进料状态全部是汽态或全部是液态时,可以保持进料热焓一定。当进料是汽液混相状态时,则只有当汽液两相的比例恒定时,进料热焓才能恒定,必要时应设置热焓控制的环节来维持。
(4)再沸器加热剂热量的变化
当加热剂是蒸汽时,加入热量的变化往往是由蒸汽压力的变化引起的。可以通过蒸汽总管设置压力控制系统来加以克服,或者在串级控制系统的副回路中予以克服。
(5)冷却剂入口温度及阀前压力的变化
冷却剂量的变化会影响到回流量或回流温度,它的变化主要是由于冷却剂的压力或温度变化引起的。对于这类干扰,以阀前压力波动影响较大,控制中用压力控制系统加以克服。
(6)环境温度的变化
精馏塔操作的环境温度的变化一般不大,但在采用风冷器作冷凝器时,则天气骤变与昼夜温差,对塔的操作影响较大,它会使回流量或回流温度变化。(2)设置质量调节系统实际上根据精馏塔静态特性考虑的按物料和能量平衡关系控制的方案,在具体应用时很难保证产品的质量,仅在产品质量指标并不严格的情况下才能使用。为此,应采用内回流控制的方法予以克服。内回流通常是指精馏塔的精馏段内上一层塔盘向下一层塔盘流下的液体量,一般要控制内回流为恒定量或按某一规律变化的操作。
由上述分析可以看出,进料流量和进料成分的波动是精馏塔操作的主要干扰,这个干扰往往不可控。
精馏塔的基本控制方案
精馏塔的基本控制方式是讨论复杂和特殊控制方案乃至1优控制的基础,同时也是目前实际应用中1常见的方案。分析结果表明,不同的原料产地、不同的前处理方法、不同的酒精生产工艺,醪垢的成分都不同。精馏塔是一个多变量对象,因此如果将任意一个被调参数和任意一个调节参数组成调节回路,就可能有许多调节方案。而产品质量往往是精馏过程的主要目标,因此,在基本控制方案中,以产品质量指标来选取调节参数,一种是采用温度作为间接质量指标,一种是采用产品成分等作为直接质量指标。
(l)按提馏段指标的控制方案
如果对釜底出料的成分要求高于塔顶出料,塔顶或精馏段板上温度不能很好地反映组分变化和实际操作回流比大于几倍1小回流比时,可采用提馏段控制。提馏段温度是衡量质量指标的间接指标,而以改变再沸器加热量作为控制手段的方案,就是提馏段温控。
该方案以提馏段塔板温度为被控变量,加热蒸汽量为操纵变量。除了这个主要控制系统外,还设有若干个辅助控制系统;进料量F为定值控制或用均值控制系统;对塔底采出量B和塔顶馏出物D,按物料平衡关系分别设有塔底与回流罐的液位控制器作均匀控制;为维持塔压恒定,在塔顶设置压力控制系统,控制手段是控制冷凝器的冷却量;提馏段温控时,回流量采用定值控制,且回流量应足够大,以便当塔的处理量1大时,仍能保持塔顶产品的质量指标在规定的范围内。当要分离的产品纯度较高时,由于塔顶或塔底的温度变化及其相邻塔之间的温度相差均很小,这就要求有非常灵敏的测温装置,同时对温控的调节精度都有很高的要求,但实际上却很难做到。
提馏段温控由于采用了提馏段温度作为间接质量指标。因此,它能够较直接地反映提馏段产品情况。将提馏段恒定后,就能较好地保证塔底产品的质量。
对于液相进料时,进料量或进料成分的变化很快影响塔底的成分,而提馏段温控比较及时,动态过程也比较快。这主要是由两方面的因素决定的,一是压力的变化将引起塔内气相流量和塔顶上汽液平衡条件的变化,导致塔内物料平衡的变化。提馏段温控的一个特点是回流量足够大,因而在保持塔底质量的前提下,仍能保持塔顶质量,因此即使塔顶产品质量要求比塔底严格时,仍可采用提馏段温控。
醪垢的形成
2.1发酵成熟醪成分
发酵成熟醪是一个复杂的多组分非均相混合液。它由水(75%%-90%%,w/w)、干物质(4%%-10%%,w/w)、酒精及其它挥发性物质(6%%-15%%,w/w)构成。
2.2醪垢成分
醪垢的化学成分受各种条件影响很大。
分析结果表明,不同的原料产地、不同的前处理方法、不同的酒精生产工艺,醪垢的成分都不同。采用色谱仪可以测量多组分的浓度,并可以通过测量其他含量较少的杂质组分之和来决定产品的纯度。即便是同一工厂不同生产时期、不同部位醪垢成分也有一定差别。 醪垢的化学成分为碳酸钙、碳酸镁、磷 酸钙、***钙、有机酸钙、糖、糊精、蛋白质 等,是由多种无机物、有机物构成的,并以无机物为主。
2.3醪垢的成因
2.3.1 微溶或可溶物质在蒸馏过程中达 到过饱和状态而析出发酵成熟醪在蒸馏过程中沿塔板逐层 而下。相对挥发性大的物质在醪塔内沿塔板逐层上升,从顶部排出;干物质和水,还有醇、酸、酯类等相对挥发性小的物质沿塔 板逐层向下,微溶或可溶物质浓度不断增 加,当其浓度超过其溶解度达到过饱和状态后,便会在塔底再沸器的管壁及蒸馏塔塔盘和塔件表面析出。当冷凝器冷却量Q增加时,必然会使更多的气相变为液相,从而降低了塔压。在蒸馏过程中首先析出的是溶解度较小的碳酸钙、碳酸镁、磷酸钙等,而溶解度稍大一些的也逐渐被浓缩沉积,如***钙、有机酸钙等。
发酵成熟醪中的不溶性悬浮物质,如酵母菌体、纤维、淀粉及析出的无机盐形成晶 核,加速了处于饱和状态下的无机盐、有机盐、糖、糊精、可溶性蛋白质等的析出。二是采取在上一工序设置液位均匀控制系统来控制出料,使塔的进料流量F波动比较平稳,从而避免剧烈的变化。众所周知,国内大部分酒精厂采用了离心清液回配技术。离心清液的回配进一步提高了发酵成熟醪中干物质含量,加剧了微溶或可溶物质在醪液输送、换热、蒸馏过程中的析出和结垢概率。