精馏实训装置评分系统的建立

杨发财

摘 要：本文通过分析作者学院精馏实训装置的不足，提出了可行的设备改造方案，在大量实验的基础上，建立了一套计算机评分系统，可以客观地对精馏实训装置的操作情况进行评分。对于拥有同类装置的院校具有参考价值。

关键词：精馏实训装置 评分系统 电耗 水耗 收率

一、学院精馏实训装置简介

精馏实训室拥有8套精馏实训装置。这些装置是学院和天津大学联合开发制作的，可同时容纳40名学生进行精馏实训操作。每套精馏实训装置分为现场精馏装置和DCS控制系统。精馏操作可以通过现场仪表阀门的调节而实现，也可以在控制室内通过DCS控制系统的调节来实现，实现了与工厂自动化控制的接轨。精馏实训可以使学生认识精馏装置的结构、流程及仪表，掌握精馏装置的开、停车及正常运行的操作技能和异常事故（如断电、断水、进料阀卡等）的处理技能；使学生提高理论与实际生产相结合的能力，进一步适合企业发展的需要。

二、学院精馏实训装置存在的问题

学院精馏实训装置是目前国内化工院校内比较先进的精馏实训装置。对于学生熟悉精馏流程，进行精馏的开车、正常操作及停车训练非常适用。美中不足的是对于学生操作的过程评价没有形成一个完备的体系。评价过程从两个方面进行评分，一是从操作步骤上看是否规范，二是从操作结果上对产量和浓度进行评判。这种评价方法主观性因素太多，对于正常上课来说，一个教师同时对8台装置进行评分，十分困难。同时，学院精馏实训装置作为山东省化工行业职业技能大赛的比赛设备，现存的评分系统不太完善。综上所述，需要建立一套新型的评分系统。

三、精馏实训装置评分系统的建立

1.硬件的升级

对精馏实训装置进行升级，增加可以计量水耗、电耗的仪表，并对产品取样口、塔顶产品罐进行优化。

（1）水耗。精馏过程中用冷却水冷凝塔顶产品，同时给塔釜产品换热。增加一个涡轮流量计，用来计量操作过程中冷却水的用量，冷却水的用量是新增加的考核项目。增加冷却水消耗量的考核可以确定整个过程冷却水的用量，培养学生节约用水的观念，与企业的节能观念相符合。

（2）电耗。精馏过程用电加热棒来加热原料，产生上升蒸汽，电的消耗是主要的能源消耗，因此增加一个仪表用来计量操作过程中电的消耗量。

（3）产品取样口。在操作过程中，我们有时需要了解塔顶产品的浓度，以判断是否结束全回流进入正常操作阶段。所以我们在回流罐的上部增加一个产品取样口。在改进前回流罐下部有一个取样口，只能取出一段时间内在回流罐内存贮的产品浓度样；改进后可以取出这一时刻产生的产品浓度样，对于判定全回流结束的时间非常有用。

（4）塔顶产品罐。原来的塔顶产品罐非常大，产品罐底部没有设置单独的出样口，并且罐体是不锈钢材质的，不便于观察产量的多少。所以我们增加了一个透明的玻璃材质并带产量刻度的产品罐，底部有单独的取样口，非常实用。

2.增加了电脑自动评分系统

电脑评分系统是基于DCS控制系统采集的数据进行的自动评分，从再沸器液位（塔釜液位）、塔釜压力、塔板温度的稳定性、调节系统稳定的时间、产品产量、产品浓度、产品总收率、电耗、水耗等方面进行考核并制定评分标准，通过大量实验对各项评分内容进行检测。

（1）再沸器液位。再沸器液位要求控制在200～340mm之间，由于是电加热棒加热，液位太低会烧坏电加热棒，太高会超出塔的处理能力。

（2）塔釜压力。精馏的原理是根据各物质在一定的温度下蒸汽分压不同，通过层层塔板液气交换而达到精馏（分离）的目的。各物质在不同压力下其蒸汽分压是不同的，所以其操作压力是很重要的参数。塔釜压力与各物质的物理性质有关，与操作温度和要求的精馏纯度相关。大量实验证明，该设备的塔釜压力需控制在3kPa以内，分离效果才不会变差。

（3）塔板温度的稳定性（非线性计分）。塔板温度是由塔压和物料组成决定的。精馏过程中，只有保持规定的塔板温度，才能确保产品质量。因此塔板温度是精馏操作中重要的控制指标之一。

该装置对塔顶温度、第3块塔板温度、第5块塔板温度、第7块塔板温度、第9块塔板温度进行稳定性评分，分别要求控制在规定的温度值为78.2℃、78.3℃、78.8℃、79.5℃、80.5℃。大量的实验证明，操作稳定时温度的波动范围分别为±0.2℃、±0.2℃、±0.2℃、±0.3℃、±0.3℃。

（4）产品产量（线性计分）。产品产量是我们重点考察的一个评分点，分值也比较高。

保持总操作时间不变，原料消耗量不变，尽可能地提高产品产量，得出产品产量与浓度的关系，如图1所示。

通过图1可以知道，设备的最大产量为2500ml。为了保证数据具有重复性，并考虑到操作人员的实际水平差距，我们定出产品产量的评分准则为0～2400ml（0分～满分）。

（5）产品浓度（非线性计分）。产品浓度也是我们重点考察的一个评分点，分值也比较高。保持总操作时间不变，原料消耗量不变，尽可能地提高产品浓度，得出产品浓度与产量的关系，如图2所示。

通过图2可以知道，设备的最大浓度为95.5%。为了保证数据具有重复性，并考虑到操作人员的实际水平差距，同时考虑到产品浓度与产量的关系，我们定出产品浓度的评分准则为91%～94.2%（0分～满分）。并且是非线性计分，即分数与产品浓度不是正比关系，浓度越高，分值增加得越快。

（6）产品总收率（非线性计分）。保持总操作时间不变，产品产量和产品浓度尽可能最大，得到产品收率和操作次数的关系。通过大量的实验，得到产品的最大收率为80.3%。为了保证数据具有重复性，并考虑到操作人员的实际水平差距，我们定出产品收率的评分准则为35%～80%（0分～满分）。并且是非线性计分，即分数与产品收率不是正比关系，产品收率越高，分值增加得越快。endprint

（7）电耗（非线性计分）。主要考核单位产品的电耗量，即用电耗量/（产品产量×产品浓度）。

大量数据证明，在产品浓度为94.2%，产品产量为2400ml时，单位纯产品的电耗最低为1.5kW·h/L。

（8）水耗（非线性计分）。主要考核单位产品的水耗量，即用水耗量/（产品产量×产品浓度）。

大量数据证明，在产品浓度为94.2%，产品产量为2400ml时，单位纯产品的水耗最低为90。

四、精馏计算机评分细则

1.工艺指标合理（单点式记分）

（1）再沸器液位（塔釜液位）。再沸器液位需要维持稳定在200～340mm之间，超出范围持续1min系统将自动扣除1分， 直到该项目分数扣完为止。该项分值：2分。

（2）塔釜压力。塔釜压力需控制在3kPa以内，超出范围持续1min系统将自动扣除1分，直到该项目分数扣完为止。该项分值：2分。

2.调节系统稳定的时间（非线性计分）

以塔釜加热键的开启作为起始信号，终止信号由电脑根据塔顶温度自动判断（45min），按系统设定的扣分标准进行自动记分。该项分值：5分。

3.塔板温度的稳定性（非线性计分）

根据系统关于塔板温度稳定性所设定的扣分标准进行自动记分。该项分值：5分。

4.产品浓度评分（非线性计分）

由工作人员取样，通过气相色谱测定产品罐中最终产品浓度91%～94.2%（0分～满分），按系统设定的扣分标准进行自动记分。该项分值：18分。

5.产量评分（线性计分）

读取塔顶产品罐液位，计算产品产量，0～2400ml（0分～满分），按系统设定的扣分标准进行自动记分，浓度低于91%的产量分数为零。该项分值：18分。

6.产品总收率（非线性计记分）

读取原料罐液位，计算原料消耗量，经裁判确认后，计算单位产品总收率（以纯乙醇计），35%～80%（0分～满分），并输入到计算机中，按系统设定的扣分标准进行自动记分。

注：原料罐液位计算值，应为开车前和停车后的原料罐的液位之差。

该项分值：10分。

7.电耗评分（主要考核单位产品的电耗量）（非线性计分）

系统自动读取装置单位产品用电量（以纯乙醇计），按系统设定的扣分标准进行自动记分。该项分值：5分。

8.水耗评分（主要考核单位产品的水耗量）（非线性计分）

系统自动读取装置单位产品用水量（以纯乙醇计），按系统设定的扣分标准进行自动记分。该项分值：5分。

综上所述，该项目由计算机评分系统自动评分，分值合计70分，其余30分为操作步骤分，由裁判评定。

五、小结

我们通过对学院精馏实训装置的硬件改造与评分系统的建立，完善了设备，建立了一套评分系统，从而可以对设备的操作情况进行客观、公正的评分。

（作者单位：山东化工技师学院）endprint

（7）电耗（非线性计分）。主要考核单位产品的电耗量，即用电耗量/（产品产量×产品浓度）。

大量数据证明，在产品浓度为94.2%，产品产量为2400ml时，单位纯产品的电耗最低为1.5kW·h/L。

（8）水耗（非线性计分）。主要考核单位产品的水耗量，即用水耗量/（产品产量×产品浓度）。

大量数据证明，在产品浓度为94.2%，产品产量为2400ml时，单位纯产品的水耗最低为90。

四、精馏计算机评分细则

1.工艺指标合理（单点式记分）

（1）再沸器液位（塔釜液位）。再沸器液位需要维持稳定在200～340mm之间，超出范围持续1min系统将自动扣除1分， 直到该项目分数扣完为止。该项分值：2分。

（2）塔釜压力。塔釜压力需控制在3kPa以内，超出范围持续1min系统将自动扣除1分，直到该项目分数扣完为止。该项分值：2分。

2.调节系统稳定的时间（非线性计分）

以塔釜加热键的开启作为起始信号，终止信号由电脑根据塔顶温度自动判断（45min），按系统设定的扣分标准进行自动记分。该项分值：5分。

3.塔板温度的稳定性（非线性计分）

根据系统关于塔板温度稳定性所设定的扣分标准进行自动记分。该项分值：5分。

4.产品浓度评分（非线性计分）

由工作人员取样，通过气相色谱测定产品罐中最终产品浓度91%～94.2%（0分～满分），按系统设定的扣分标准进行自动记分。该项分值：18分。

5.产量评分（线性计分）

读取塔顶产品罐液位，计算产品产量，0～2400ml（0分～满分），按系统设定的扣分标准进行自动记分，浓度低于91%的产量分数为零。该项分值：18分。

6.产品总收率（非线性计记分）

读取原料罐液位，计算原料消耗量，经裁判确认后，计算单位产品总收率（以纯乙醇计），35%～80%（0分～满分），并输入到计算机中，按系统设定的扣分标准进行自动记分。

注：原料罐液位计算值，应为开车前和停车后的原料罐的液位之差。

该项分值：10分。

7.电耗评分（主要考核单位产品的电耗量）（非线性计分）

系统自动读取装置单位产品用电量（以纯乙醇计），按系统设定的扣分标准进行自动记分。该项分值：5分。

8.水耗评分（主要考核单位产品的水耗量）（非线性计分）

系统自动读取装置单位产品用水量（以纯乙醇计），按系统设定的扣分标准进行自动记分。该项分值：5分。

综上所述，该项目由计算机评分系统自动评分，分值合计70分，其余30分为操作步骤分，由裁判评定。

五、小结

我们通过对学院精馏实训装置的硬件改造与评分系统的建立，完善了设备，建立了一套评分系统，从而可以对设备的操作情况进行客观、公正的评分。

（作者单位：山东化工技师学院）endprint

（7）电耗（非线性计分）。主要考核单位产品的电耗量，即用电耗量/（产品产量×产品浓度）。

大量数据证明，在产品浓度为94.2%，产品产量为2400ml时，单位纯产品的电耗最低为1.5kW·h/L。

（8）水耗（非线性计分）。主要考核单位产品的水耗量，即用水耗量/（产品产量×产品浓度）。

大量数据证明，在产品浓度为94.2%，产品产量为2400ml时，单位纯产品的水耗最低为90。

四、精馏计算机评分细则

1.工艺指标合理（单点式记分）

（1）再沸器液位（塔釜液位）。再沸器液位需要维持稳定在200～340mm之间，超出范围持续1min系统将自动扣除1分， 直到该项目分数扣完为止。该项分值：2分。

（2）塔釜压力。塔釜压力需控制在3kPa以内，超出范围持续1min系统将自动扣除1分，直到该项目分数扣完为止。该项分值：2分。

2.调节系统稳定的时间（非线性计分）

以塔釜加热键的开启作为起始信号，终止信号由电脑根据塔顶温度自动判断（45min），按系统设定的扣分标准进行自动记分。该项分值：5分。

3.塔板温度的稳定性（非线性计分）

根据系统关于塔板温度稳定性所设定的扣分标准进行自动记分。该项分值：5分。

4.产品浓度评分（非线性计分）

由工作人员取样，通过气相色谱测定产品罐中最终产品浓度91%～94.2%（0分～满分），按系统设定的扣分标准进行自动记分。该项分值：18分。

5.产量评分（线性计分）

读取塔顶产品罐液位，计算产品产量，0～2400ml（0分～满分），按系统设定的扣分标准进行自动记分，浓度低于91%的产量分数为零。该项分值：18分。

6.产品总收率（非线性计记分）

读取原料罐液位，计算原料消耗量，经裁判确认后，计算单位产品总收率（以纯乙醇计），35%～80%（0分～满分），并输入到计算机中，按系统设定的扣分标准进行自动记分。

注：原料罐液位计算值，应为开车前和停车后的原料罐的液位之差。

该项分值：10分。

7.电耗评分（主要考核单位产品的电耗量）（非线性计分）

系统自动读取装置单位产品用电量（以纯乙醇计），按系统设定的扣分标准进行自动记分。该项分值：5分。

8.水耗评分（主要考核单位产品的水耗量）（非线性计分）

系统自动读取装置单位产品用水量（以纯乙醇计），按系统设定的扣分标准进行自动记分。该项分值：5分。

综上所述，该项目由计算机评分系统自动评分，分值合计70分，其余30分为操作步骤分，由裁判评定。

五、小结

我们通过对学院精馏实训装置的硬件改造与评分系统的建立，完善了设备，建立了一套评分系统，从而可以对设备的操作情况进行客观、公正的评分。

（作者单位：山东化工技师学院）endprint