溶媒回收塔的自動化控制

【摘 要】本實(shí)驗(yàn)對溶媒回收塔的自動化控制進(jìn)行研究。

【關(guān)鍵詞】溶媒；回收塔；控制

精餾過程是利用混合液中各組分揮發(fā)度的不同，將各組分進(jìn)行分離以提取達(dá)到規(guī)定純度要求的產(chǎn)品[1-5]。精餾過程是一個非常復(fù)雜的過程，其關(guān)鍵設(shè)備是精餾塔。精餾塔是進(jìn)行精餾的一種塔式汽液接觸裝置，又稱為蒸餾塔[6-10]。有板式塔與填料塔兩種主要類型。溶媒能溶解氣體、固體、液體而成為均勻混合物的一種液體?？股厣a(chǎn)過程中大量使用有機(jī)溶劑。有機(jī)溶劑不加以回收不但造成浪費(fèi)同時污染環(huán)境[11-12]。有機(jī)溶劑不經(jīng)處理就排入大氣，將會產(chǎn)生毒副作用，對人類和動植物造成危害。本實(shí)驗(yàn)對溶媒回收塔的自動化控制進(jìn)行研究。

1.工藝要求和約束條件

要對精餾塔實(shí)施有效的自動控制，必須考慮質(zhì)量指標(biāo)、產(chǎn)品產(chǎn)量和能量消耗三方面考慮。

1.1質(zhì)量指標(biāo)

質(zhì)量指標(biāo)必須符合規(guī)定的要求。一般應(yīng)使塔頂或塔底產(chǎn)品之一達(dá)到規(guī)定的純度，如果產(chǎn)品質(zhì)量不合格，它的價值就將遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于合格產(chǎn)品?？紤]質(zhì)量的同時還應(yīng)同時考慮產(chǎn)品的產(chǎn)量和能量消耗。溶媒主要指標(biāo)為色度、密度、含量、酸度、蒸發(fā)殘?jiān)?、水分等。溶媒最關(guān)鍵指標(biāo)就是純度。影響產(chǎn)品純度的最重要因素之一是溫度。

1.2產(chǎn)品產(chǎn)量指標(biāo)

在達(dá)到一定質(zhì)量指標(biāo)要求的前提下，應(yīng)提高回收率。提高回收率的同時，還必須考慮能量消耗。要使分離的產(chǎn)品質(zhì)量越高，產(chǎn)品產(chǎn)量越多，所需的能量也就越大。

1.3能耗要求和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)

精餾過程中消耗的能量，主要是再沸器的加熱量和冷凝器的冷卻量消耗。增加塔內(nèi)的上升蒸汽是有利于提高產(chǎn)品回收率的，同時能量消耗也增大。在單位進(jìn)料量的能耗增加到一定數(shù)值后，產(chǎn)品回收率就增長緩慢或者不增長。必須從整個經(jīng)濟(jì)效益來衡量質(zhì)量指標(biāo)、產(chǎn)品回收率和能量消耗三個指標(biāo)。

1.4約束條件控制

常用的精餾塔限制條件為液泛限、漏液限、壓力限及臨界溫差限等。氣體從下往上流動，當(dāng)氣體的流速增大至某一數(shù)值，液體被氣體阻攔不能向下流動，愈積愈多，最后從塔頂溢出，稱為液泛。產(chǎn)生液泛時的氣體速度或連續(xù)相速度稱為液泛速度。產(chǎn)生液泛的主要原因有氣體流量加大到使得降液管內(nèi)的液體升高到堰頂，管內(nèi)的液體便不僅不能往下流，反面開始倒流回上層板，板上便開始積液，最后會使全塔充滿液體；過量液沫夾帶到上層板，若氣體流量增加到一定程度，液層的加厚便顯著起來，這種過量液沫夾帶使泡沫層頂與上一層板底的距離縮小，終至全塔被液體充滿。漏液是指篩板塔中氣液兩相接觸過程當(dāng)氣速較小時，部分液體從篩孔直接落下的現(xiàn)象。漏液限也稱最小氣象速度限，當(dāng)氣象速度小于某一值時，將產(chǎn)生塔板漏液，板效率下降。要避免漏液，必須使氣體分布均勻，使每個篩孔都有氣體通過。為使氣體分布均勻，應(yīng)使篩板結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，并避免氣速過小。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，則天氣驟變與晝夜溫差，對塔的操作影響較大，應(yīng)采用內(nèi)回流控制的方法予以克服。

2.精餾塔的整體控制方案

對于一個實(shí)際操作的二元精餾塔，在進(jìn)料成分一定時，只要保證回流按照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。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(jìn)料和回流的熱焓。當(dāng)回流溫度恒定時，只須考慮進(jìn)料設(shè)置溫度或熱焓自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)?？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)。

3.醋酸丁酯精餾回收控制

醋酸丁酯為無色透明液體，溶于大多數(shù)烴類化合物，25℃時溶于約120份水，相對密度（d2020）0.8826，沸點(diǎn)125～126℃，折光率（n20D）1.3951，閃點(diǎn)（閉杯）22℃，易燃，蒸氣能與空氣形成爆炸性混合物，爆炸極限1.4%～8.0%（體積）。在蒸餾塔回收中，對料液的pH值、蒸餾塔的人料溫度、蒸餾塔塔底溫度及塔中料液液位等重要參數(shù)都實(shí)行了閉環(huán)控制。自控系統(tǒng)主要流量計、pH儀、溫度計、電磁閥、各PLC控制站和中控室上位監(jiān)控計算機(jī)操作站組成，通過光纖以太網(wǎng)相連，與設(shè)備配套的PLC控制站采用MODUBUS通訊方式與PLc2撐通訊。將入料中加入氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)PH，PH達(dá)到要求后進(jìn)入加熱系統(tǒng)進(jìn)行加熱。加熱系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置溫度計，將溫度不斷地傳入中控室，當(dāng)溫度達(dá)到要求后，入料進(jìn)入塔內(nèi)。塔底溫度控制是用蒸汽加熱塔的底部，使塔底維持一定的較高的溫度。塔底設(shè)置溫度計，將溫度不斷地傳入中控室，中控室同對蒸汽流量的控制對溫度進(jìn)行控制。塔內(nèi)設(shè)置液位計，液位信息時時傳入中控室，中控室通過對進(jìn)料系統(tǒng)的控制完成對塔內(nèi)液位的控制。

4.故障與報警

系統(tǒng)擁有報警功能，設(shè)備出現(xiàn)故障，上位機(jī)畫面中會自動彈出一個報警提示窗口，顯示報警的設(shè)備名稱和報警狀態(tài)。系統(tǒng)擁有泵的低液位停機(jī)保護(hù)、設(shè)備過載保護(hù)、塔內(nèi)液位限、溫度限報警等。當(dāng)產(chǎn)線設(shè)備故障后，設(shè)備維護(hù)人員即可立即收到報警信息前往故障現(xiàn)場。

5.維護(hù)與保養(yǎng)

為防止設(shè)備性能劣化或降低設(shè)備失效的概率，按事先規(guī)定的計劃或相應(yīng)技術(shù)條件的規(guī)定進(jìn)行的技術(shù)管理措施。對于一些精密儀表和探頭必須定期維護(hù)與保養(yǎng)。儀表必須定期校正，探頭必須專人定期清洗。

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