精餾塔的干擾因素

   和其他化工過程一樣，精餾是在一定的物料平衡和能量平衡的基礎(chǔ)上進行的。一切因素均通過物料平衡和能量平衡影響塔的正常操作。影響物料平衡的因素包括進料量和進料成分的變化，頂部餾出物及底部出料的變化。影響能量平衡的因素主要是進料溫度或熱焓的變化，再沸器加熱量和冷凝器冷卻量的變化，此外還有塔的環(huán)境溫度等變化。同時，物料平衡和能量平衡之間又是相互影響的。要了解這些因素是如何影響精餾塔操作的，首先必須分析它的靜態(tài)規(guī)律，即研究其靜態(tài)特性。底部產(chǎn)品流量B在液位調(diào)節(jié)作用下也可以保證B=F-D的物料平衡關(guān)系，那么該塔的產(chǎn)品質(zhì)量就能得到控制。從而分析上述因素對精餾塔的動態(tài)影響。

   1．精餾塔中靜態(tài)關(guān)系的分析

   圖15為精餾塔的物料流程圖，可簡單地視其于為二元精餾。則從物料平衡和能量關(guān)系出發(fā)，可得出它的總的物料平衡關(guān)系為

           F=D＋B           （9）

   輕組分的物料平衡關(guān)系為

   Fz＝Dy＋Bx        （10）

式中，F(xiàn)、D和B分別為進料量、頂部餾出物量和塔底產(chǎn)品；z、y和x分別為進料、頂部餾出物和底部產(chǎn)品中輕組分的含量。由以上兩式，可明顯看出進料量F在產(chǎn)品中的分配量（即D／F）是決定頂部和底部產(chǎn)品中輕組分含量y和x的關(guān)鍵因素。

   靜態(tài)下精餾塔的能量關(guān)系為

   QH FHF＝QC＋DHD＋BHB      （11）

式中，QH為再沸器加熱量，QC為冷凝器冷卻量，HP、HD和HB分別為進料頂部、底部產(chǎn)品的比熱熔。在式中，每一項都影響著塔內(nèi)上升蒸汽的流量V。對于一個既定的塔來講，V與F之比與塔的分離度S有關(guān)。即V／F一定時意味著塔分離度也一定。

影響精餾塔操作中質(zhì)量指標的因素

   通過以上分析，可以看出，在精餾塔的操作過程中，影響其質(zhì)量指標的主要干擾有以下幾種：

   （l）進料流量F的波動

   進料量指進入精餾塔物料的量，它的波動通常很難避免。對于獨立的或位于整個生產(chǎn)過程的起點的精餾塔控制可采用定值控制，則可使進料流量保持恒定。但是，在一個連續(xù)的生產(chǎn)過程中，精餾塔的處理量往往是上一工序的產(chǎn)出量。如果一定要使進料量恒定，勢必要設(shè)置很大的中間貯槽進行緩沖。二是采取在上一工序設(shè)置液位均勻控制系統(tǒng)來控制出料，使塔的進料流量F波動比較平穩(wěn)，從而避免劇烈的變化。對于這類干擾，以閥前壓力波動影響較大，控制中用壓力控制系統(tǒng)加以克服。

   （2）進料成分ZF的變化

   進料成分取決于上一工序出料或原料情況，對精餾塔的控制系統(tǒng)來講，它是不可控的干擾。而針對進料成分的較大變化，則必須重新設(shè)置控制變量。

   （3）進料溫度 TF及進料熱量 QF的變化

   進料溫度通常是較為恒定的。假如不恒定，進料溫度和進料熱量的變化會影響到塔的焓平衡，因此必須保持進料溫度的恒定。工業(yè)上往往先將進料預(yù)熱，通過溫度控制系統(tǒng)來使進料溫度恒定。這對于進料狀態(tài)全部是汽態(tài)或全部是液態(tài)時，可以保持進料熱焓一定。當進料是汽液混相狀態(tài)時，則只有當汽液兩相的比例恒定時，進料熱焓才能恒定，必要時應(yīng)設(shè)置熱焓控制的環(huán)節(jié)來維持。精餾塔的基本控制方案精餾塔的基本控制方式是討論復(fù)雜和特殊控制方案乃至最1優(yōu)控制的基礎(chǔ)，同時也是目前實際應(yīng)用中最1常見的方案。

   （4）再沸器加熱劑熱量的變化

   當加熱劑是蒸汽時，加入熱量的變化往往是由蒸汽壓力的變化引起的?？梢酝ㄟ^蒸汽總管設(shè)置壓力控制系統(tǒng)來加以克服，或者在串級控制系統(tǒng)的副回路中予以克服。

   （5）冷卻劑入口溫度及閥前壓力的變化

   冷卻劑量的變化會影響到回流量或回流溫度，它的變化主要是由于冷卻劑的壓力或溫度變化引起的。對于這類干擾，以閥前壓力波動影響較大，控制中用壓力控制系統(tǒng)加以克服。

   （6）環(huán)境溫度的變化

   精餾塔操作的環(huán)境溫度的變化一般不大，但在采用風冷器作冷凝器時，則天氣驟變與晝夜溫差，對塔的操作影響較大，它會使回流量或回流溫度變化。為此，應(yīng)采用內(nèi)回流控制的方法予以克服。內(nèi)回流通常是指精餾塔的精餾段內(nèi)上一層塔盤向下一層塔盤流下的液體量，一般要控制內(nèi)回流為恒定量或按某一規(guī)律變化的操作。對進料量、塔壓、塔底采出量與塔頂餾出液的控制方案，與提餾段溫控時相同。

   由上述分析可以看出，進料流量和進料成分的波動是精餾塔操作的主要干擾，這個干擾往往不可控。

精餾塔的控制方案

   在了解了精餾塔的操作要求和影響因素之后，余下的問題就是如何確定精餾塔的控制方案。首先簡述設(shè)置精餾塔控制方案的基本觀點。為簡化討論，只談及頂部和底部產(chǎn)品均為液相的且沒有側(cè)線采出的情況。由于精餾塔的控制方案繁多，只按這些基本觀點選擇具有代表性的、常見的控制方案作出介紹。當進料是汽液混相狀態(tài)時，則只有當汽液兩相的比例恒定時，進料熱焓才能恒定，必要時應(yīng)設(shè)置熱焓控制的環(huán)節(jié)來維持。

    1．設(shè)置精餾塔控制方案的基本觀點

   （1）按物料及能量平衡關(guān)系進行控制

   對于一個實際操作的二元精餾塔，在進料成分一定時，只要把D／F和V／F調(diào)節(jié)一定；對于一個精餾塔來講，塔頂產(chǎn)品和塔底產(chǎn)品的質(zhì)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)之間是相互關(guān)聯(lián)的，當相互影響嚴重時，不能達到預(yù)定的質(zhì)量控制目的，此時可采用解耦控制以減少或消除它們之間的相關(guān)影響。且頂部回流罐液位調(diào)節(jié)以保證回流按照L=Vr－D的關(guān)系保持一定；底部產(chǎn)品流量B在液位調(diào)節(jié)作用下也可以保證B=F-D的物料平衡關(guān)系，那么該塔的產(chǎn)品質(zhì)量就能得到控制。需指出，由于能量關(guān)系因素V主要取決于再沸器加熱量，但也取決于進料和回流的熱焓。當回流溫度恒定時，只須考慮進料設(shè)置溫度或熱焓自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。于是可保持再沸器的蒸汽量一定，就相當于塔內(nèi)上升蒸汽量V一定了?？紤]到因冷凝器冷卻量和環(huán)境等擾動因素而使能量平衡可能破壞，從而使塔壓變化，因此在塔頂設(shè)置壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)。對于D／F和V／F的控制，由頂部產(chǎn)品量D、再沸器加熱蒸汽量和進料量F分別組成比值控制系統(tǒng)。若考慮到動態(tài)關(guān)系，可添加補償環(huán)節(jié)，一般采用超前-滯后環(huán)節(jié)。

可溶性鈣鹽轉(zhuǎn)化成碳酸鈣垢在蒸餾過程中，可溶性有機酸鈣鹽與醪液中的可溶性碳酸鹽反應(yīng)生成碳酸鈣垢：

   CaA2 Na2CO3=CaCO3↓ 2NaA

   CaA2 K2CO3=CaCO3↓ 2KA

   2.3.3 可溶性鈣鹽受熱分解生成難溶碳酸鈣垢在蒸餾過程中，可溶性鈣鹽受熱分解生成溶解度小的鹽垢：

   Ca（H CO3）2 =CaCO3 ↓ H2O CO2↑ Mg（HCO3）2 = MgCO3↓ H2O CO2↑

 前處理制漿工藝對醪垢的生成也有影響

   在酒精生產(chǎn)中，前處理制漿工藝可分為干法、半干法、濕法及改良濕法等，其對醪液輸送、換熱、蒸餾等過程中的結(jié)垢及積料影響程度從小到大，依次為濕法、干法、半干法、改良濕法。無論哪種制漿工藝，造成堵塔或換熱器效率下降的主要原因均為醪垢的積累，物料粒度則是次要原因。發(fā)酵成熟醪中的不溶性懸浮物質(zhì)，如酵母菌體、纖維、淀粉及析出的無機鹽形成晶核，加速了處于飽和狀態(tài)下的無機鹽、有機鹽、糖、糊精、可溶性蛋白質(zhì)等的析出。