能耗要求和经济性指标
精馏过程中消耗的能量,主要是再沸器的加热量和冷凝器的冷却量消耗;此外,塔和附属设备及管线也要散失部分能量。
在一定的纯度要求下,增加塔内的上升蒸汽是有利于提高产品回收率的;同时也意味着再沸器的能量消耗要增大。且任何事物总是有一定限度的。在单位进料量的能耗增加到一定数值后,再继续增加塔内的上升蒸汽,则产品回收率就增长不多了。应当指出精馏塔的操作情况,必须从整个经济效益来衡量。在精馏操作中,质量指标、产品回收率和能量消耗均是要控制的目标。塔内上升蒸汽量V,在塔的提馏段是由再沸器加热提供的,在塔的精馏段还受到进料热熔的影响。其中质量是必要条件,在质量指标一定的条件下应在控制过程中使产品的产量尽可能提高一些,同时能量消耗尽可能低一些。
对于一个精馏塔来讲,在进料成分Z一定时,只要保持V/F和D/F一定(或者在F一定时保持D和V一定),这个塔的分离结果也就是产品成分y和x将被完全确定。而当进料成分变化时,为了保持产品成分不变,可以相应调节D/F,以补偿进料成分变化的影响。塔内上升蒸汽量V,在塔的提馏段是由再沸器加热提供的,在塔的精馏段还受到进料热熔的影响。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;同时使塔内相同组分的平衡温度下降,增加了再沸器两侧间的温差,使再沸器提供的加热量QH增加。正因如此,在进料热熔变化不大或可以忽略时,一般总把V的变化或V/F的变化,看作是由再沸器加热量QH提供的。在多元精馏中,影响关系要复杂得多,当进料中某一组分的浓度变化时,必然使其他组分的浓度变化;从而使顶部及底部产品中各组分的浓度发生变化。当进料中几个组分浓度同时变化时,情况将更为复杂。所谓灵敏板,是指当塔的操作受到扰动或控制作用时,各板上的物料组分和温度变化***1大的那块塔板。克服这些扰动的控制手段却只有靠D/F和V/F。此时仅有两个关键组分可以控制,其余组分在产品中的分配情况主要由进料浓度确定。
温差控制及双温差控制
在精密精馏中,产品纯度要求很高,组分间的相对挥发度差值很小,因而组分变化不大,然而微小的压力波动会造成明显的温度变化。这样,就***了温度和组分间的对应关系。即:Ri=P/Fzi(8)生产效益除了产品纯度与产品回收率之间的关系,还必须考虑能量消耗因素。此时,采用温度作为被控变量的提馏段和精馏段温度控制就得不到很好的效果,而应当采用温差控制。
采用温差作为被控变量通常可以在塔顶(或塔底)附近的一块塔板上检测出该板温度,再检测出灵敏板上的温度,由于压力的波动对每块板的温度影响基本相同,只要将上述检测到的两个温度值相减,压力的影响几乎相互抵消。在实际应用中,温差控制的关键是正确选择测温点,合理给出温差设定值。这是因为温度与产品成分之间的关系不是线性的,同一温差在不同条件下可以有两个不同的组分。图18是正丁烷和异丁烷分离塔的温差和塔底产品中轻组分浓度的关系示意图。由图可见,曲线除1高点外,每一温差都有两个不同的组分浓度。在精馏操作中,被控变量多,可以选用的操作变量也多,它们之间又可以有多种不同组合。1高点左侧部分对应的塔底产品纯度较高,而右侧则较低。因此,温差的工作点应位于曲线的左侧。