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對于一個(gè)精餾塔來講,在進(jìn)料成分Z一定時(shí),只要保持V/F和D/F一定(或者在F一定時(shí)保持D和V一定),這個(gè)塔的分離結(jié)果也就是產(chǎn)品成分y和x將被完全確定。而當(dāng)進(jìn)料成分變化時(shí),為了保持產(chǎn)品成分不變,可以相應(yīng)調(diào)節(jié)D/F,以補(bǔ)償進(jìn)料成分變化的影響。塔內(nèi)上升蒸汽量V,在塔的提餾段是由再沸器加熱提供的,在塔的精餾段還受到進(jìn)料熱熔的影響。當(dāng)冷凝器冷卻量Q增加時(shí),必然會使更多的氣相變?yōu)橐合?,從而降低了塔壓;同時(shí)使塔內(nèi)相同組分的平衡溫度下降,增加了再沸器兩側(cè)間的溫差,使再沸器提供的加熱量QH增加。所謂靈敏板,是指當(dāng)塔的操作受到擾動(dòng)或控制作用時(shí),各板上的物料組分和溫度變化最1大的那塊塔板。正因如此,在進(jìn)料熱熔變化不大或可以忽略時(shí),一般總把V的變化或V/F的變化,看作是由再沸器加熱量QH提供的。在多元精餾中,影響關(guān)系要復(fù)雜得多,當(dāng)進(jìn)料中某一組分的濃度變化時(shí),必然使其他組分的濃度變化;從而使頂部及底部產(chǎn)品中各組分的濃度發(fā)生變化。當(dāng)進(jìn)料中幾個(gè)組分濃度同時(shí)變化時(shí),情況將更為復(fù)雜??朔@些擾動(dòng)的控制手段卻只有靠D/F和V/F。此時(shí)僅有兩個(gè)關(guān)鍵組分可以控制,其余組分在產(chǎn)品中的分配情況主要由進(jìn)料濃度確定。
影響精餾塔操作中質(zhì)量指標(biāo)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(biāo)的主要干擾有以下幾種:
(l)進(jìn)料流量F的波動(dòng)
進(jìn)料量指進(jìn)入精餾塔物料的量,它的波動(dòng)通常很難避免。對于獨(dú)立的或位于整個(gè)生產(chǎn)過程的起點(diǎn)的精餾塔控制可采用定值控制,則可使進(jìn)料流量保持恒定。但是當(dāng)分離的產(chǎn)品較純時(shí),在鄰近塔頂、塔底的各板間,成分差很小,而且每塊板上的成分在受到干擾后變化也很小,這就要求檢測成分的儀表靈敏度很高。但是,在一個(gè)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(jìn)料量恒定,勢必要設(shè)置很大的中間貯槽進(jìn)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(jìn)料流量F波動(dòng)比較平穩(wěn),從而避免劇烈的變化。
(2)進(jìn)料成分ZF的變化
進(jìn)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(jìn)料成分的較大變化,則必須重新設(shè)置控制變量。
(3)進(jìn)料溫度 TF及進(jìn)料熱量 QF的變化
進(jìn)料溫度通常是較為恒定的。假如不恒定,進(jìn)料溫度和進(jìn)料熱量的變化會影響到塔的焓平衡,因此必須保持進(jìn)料溫度的恒定。在精餾操作中,質(zhì)量指標(biāo)、產(chǎn)品回收率和能量消耗均是要控制的目標(biāo)。工業(yè)上往往先將進(jìn)料預(yù)熱,通過溫度控制系統(tǒng)來使進(jìn)料溫度恒定。這對于進(jìn)料狀態(tài)全部是汽態(tài)或全部是液態(tài)時(shí),可以保持進(jìn)料熱焓一定。當(dāng)進(jìn)料是汽液混相狀態(tài)時(shí),則只有當(dāng)汽液兩相的比例恒定時(shí),進(jìn)料熱焓才能恒定,必要時(shí)應(yīng)設(shè)置熱焓控制的環(huán)節(jié)來維持。
(4)再沸器加熱劑熱量的變化
當(dāng)加熱劑是蒸汽時(shí),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(dòng)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(fēng)冷器作冷凝器時(shí),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。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(jìn)料頂部、底部產(chǎn)品的比熱熔。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。
由上述分析可以看出,進(jìn)料流量和進(jìn)料成分的波動(dòng)是精餾塔操作的主要干擾,這個(gè)干擾往往不可控。
回收原理
酒精回收塔的工作原理是利用旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力場代替常規(guī)重力場,極大地強(qiáng)化氣液傳質(zhì)過程。為了節(jié)約能量消耗,在精餾塔控制中還可采用其他許多措施,在具體方案中避免安排某些能量消耗高的調(diào)節(jié)系統(tǒng),采用浮動(dòng)壓力控制以及產(chǎn)品質(zhì)量較嚴(yán)格地控制它的規(guī)格值,從而使塔的能耗量最1小、成本最1低及利潤最1大。這種利用超重力技術(shù)研發(fā)出的新型精餾設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中能使空氣與酒精、等溶液兩相的相對速度大大提高,相界面更新加快,生產(chǎn)強(qiáng)度成倍提高,達(dá)到增加回收效率、縮小設(shè)備尺寸和降低能耗的目的,有著“化學(xué)工業(yè)的晶體管”的美譽(yù)。
其具體實(shí)現(xiàn)過程是:作為連續(xù)相的氣體由進(jìn)氣口2進(jìn)入殼體,在壓差的作用下從轉(zhuǎn)子外側(cè)沿著靜折流圈與動(dòng)折流圈之間的間隙曲折地由外向中心流動(dòng),后經(jīng)出氣口5離開床體;作為分散相的溶液由進(jìn)液口6進(jìn)入至動(dòng)盤中心,隨后被一系列高速旋轉(zhuǎn)的動(dòng)折流圈反復(fù)甩向靜折流圈,后在殼體內(nèi)收集后由出液口9引出回收。與溫度控制的情況類似,塔頂或塔底產(chǎn)品的成分是能體現(xiàn)產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)。液相在其間經(jīng)歷了多次加速—拋出—撞擊的過程,在此過程中,液體與氣體以極大的相對速度逆流接觸,液體以極其細(xì)微的液滴甩離動(dòng)圈的篩孔,高速運(yùn)動(dòng)的液滴在動(dòng)靜圈上被碰撞、剪切和飛濺,形成細(xì)小的液滴、液絲、液膜,從而獲得了比表面積極大而又不斷更新的氣液界面,使氣液接觸相當(dāng)充分,因此具有極高的傳質(zhì)速率。