单体精馏的优化控制

2015-06-11 12:14马力祥陈辉
信息周刊 2015年10期
关键词:精馏塔进料单体

马力祥 陈辉

【摘 要】随着单体精馏工作的不断进步,研究其优化控制凸显出重要意义。本文首先对单体精馏技术做了概述,分析了精馏操作过程的影响因素。在探讨单体精馏过程优化控制的同时,从多方面提出了加强精馏节能技术的措施。

【关键词】单体精馏的优化控制

一、前言

作为单体精馏工作的一项重要内容,其优化控制在近期得到了长足的发展和进步。该项课题的研究,将会更好地提升单体精馏的实践效果,从而保证该项工作效果的最优化。本文从介绍单体精馏技术的相关内容着手本课题的研究。

二、单体精馏技术概述

1.单体精馏技术的开发背景

(一)开发单体精馏节能技术的国家导向

随着我国社会经济的不断发展和人民生活水平的日益提高,在生产生活中对化工产品的需求也越来越大,但必须正视的一点是我国的化工生产活动在目前仍基本停留在高耗能,高污染的传统生产模式下,并且时不时还在造成一些因为环境破坏问题导致的不良影响。早在“十一五”规划设计之初,我国政府及相关部门便早已提出了建立节能型经济发展模式的目标,首先就要求工业生产必须做到节能环保,低排高效。正是在这样的背景下,有关单体精馏节能技术的研究自然也就提上了日程。

(二)精馏技术的使用现状及新方法的开发前景

众所周知,化工行业的生产包括有两个基本的生产过程,即反应过程和分离过程。其中,分离过程产生的能耗是整个生产过程能耗的80%左右。现有的化工原料分离过程所采取的常用方法就是本文要涉及到的蒸馏法,而且通过实践,它也是公认的最有效的化工原料分离方法。对节能高效的新型单体精馏节能技术的研究开发和运用可以使我们一下扔掉传统精馏法带来的高污染高能耗的“大包袱”,早日实现节能减排,环境友好的环境目标。可以说,高效节能精馏节能技术的前景可谓一片光明。

2.高效节能精馏技术的基本原理

(一)传统精馏法。目前使用的传统精馏法过程大致如下:将原料从精馏塔下送入精馏器的原料釜内,然后由釜下的锅炉放出大量的高压蒸汽,以提供精馏原料所需要的热量。这一热量通过塔釜的传导作用到原料上,从而使原料迅速的汽化并上升,在上升的过程中汽化原料和釜内的液化原料不断传质传热和再汽化冷凝。再由塔顶储存的冷却水将上升到塔顶的汽化原料予以冷凝。

(二)新型节能蒸馏法。与传统精馏法相比,新型精馏法对精馏塔顶冷凝水对原料降温产生的蒸汽进行了合理的再利用。使其通过体内的内循环,有效地参与了对原料的再次加热和精馏。从而实现了对热能量的回收和再利用。

三、精馏操作过程的影响因素

1.工作压力和温度的影响。精馏操作只有在一定的压力和温度下才能进行。

在精馏操作过程中,精馏塔内部的压力不是一成不变的,而是随着反应的进行而时刻发生着变化,直接造成不同塔板上的气液成分发生变化。也就是说,精馏塔内的压力变化会直接影响到气相中轻组分的含量和浓度。

精馏塔内部的温度变化也对精馏操作过程的有非常大的影响。例如,当物料的温度降低时,就会相应地增加精馏塔底部的热负荷,使精馏塔顶部的冷负荷降低。精馏塔内部的温度变化就意味着物料的状态发生了改变,反应的条件发生了变化,对反应结果必然会造成很大的影响。所以精馏塔内部温度的控制是影响精馏操作的重要因素之一。

2.回流比的影响。回流比可以显著地影响精馏塔内的精馏效果,改变回流比来控制和调节精馏产品的质量。例如,回流比增大时,精馏段操作线的斜率就会随之变大,塔内传质的推动力会随着增加,精馏得到的组成成分也会跟着变大。同时,回流比增大,提馏段操作线斜率会随之变小,会造成釜残液的组成成分变小。反之,当回流比减小时,会造成分离效果变差。

3.物料平衡的影响。维持精馏塔内部稳定的必要条件之一是保持精馏过程的物料平衡。对于一定的原料液流量,只要确定了精馏分离度,也就可以分别确定釜残液流量和馏出液流量。因此釜残液流量和馏出液流量只能根据精馏分离度来确定,而不能随意增加或减少,否则进入精馏塔内物料的量和精馏塔产出的产品的量就会不平衡,导致精馏塔内反应波动,组分发生变化,使精馏不能达到组分分离的目的。

4.进料组成和进料状况的影响。在实际生产过程中,由于原料的差别等因素,会造成進料的组成和状态发生改变,这时候应当适当地改变进料的位置,以适应这种变化。

通常情况下,精馏塔上设计有多个进料口,保证在不同的进料组分和状况条件下,能够在精馏塔的适宜位置下进料,使得精馏塔内部的精馏反应处于稳定状态。如果进料组成和进料状态发生改变而进料位置不变,必然会导致馏出液成分和釜残液成分的剧烈波动,对精馏产品质量产生重大影响。

四、单体精馏过程的优化控制

1.过程优化

过程优化是生产过程设计开发的关键,可以极大提高过程中的经济效益。在过程系统性能、特点所特定的条件下,找到可以让系统的性能指标或者目标函数值达到最小(最大)的设施设备参数和操作条件。过程在线优化是指对过程建模技术、优化技术、先进的操控技术以及计算机技术的综合应用。要在可以满足安全的生产要求和较好产品质量的情况下,不断的计算和更新过程的操作条件,让生产过程一直保持在“最优状态”。精馏过程优化是使精馏过程得到良好经济效益的重要手段,可以有效的提高产品的质量、降低能量的消耗。

2.精馏过程的优化模型

过程优化必须建立在过程精准的数学模型基础上,直接影响优化结果的最大原因就是模型的精度。因为精馏的过程具有时变特性,所以,建立实时校正技术和具有准确的过程数学模型就至关重要了。一般还要给确定一定的约束条件,以确保优化结果与实际过程之间的协调,从而可以及时删除不符合实际过程的结果。寻优时间是过程优化中与实际过程相协调的另一个大的影响因素。实际过程中优化计算的频率并不是很高,但是精馏过程数学模型的求解时间有点长,所以,一定会影响寻优的速度,因此我们需要建立速度快、易解答的精馏过程数学模型。

3.精馏过程的优化方法

生产过程设计开发的关键之处是过程优化,可以极大程度地提升过程的经济效益。一般,过程优化有以下三种基本方法:1.Box的稳态调优技术;2.在过程数学模型基础上的优化计算方法;3.相似过程动态模型基础上的实时辨识调优技术。目前,在精馏优化过程中大多采用在过程数学模型基础上的优化计算方法,即第二个方法。它的原理是把描述过程系统的数学模型当做最优化的约束条件,采用最优化的方法,如用来优化目标函数和找出过程的最优设定值的是:线性、非线性规划等。因此优化问题关键点的其中之一是选用的优化算法,我们能选用有约束条件下的优化算法、不依赖于模型导数的算法和非线性算法。

五、加强精馏节能技术的措施

1.完善操作条件

在化工生产中,若想顺利进行混合物的分离,就必须更好的满足和完善精馏塔运行的条件。精馏塔的主要操作条件包括操作压力、温度、踏板压降、进料温度、回流温度、塔顶塔底采出量、组分分割程度等,由于塔的操作压力往往是预定的,其他条件必须结合实际情况进行设置,以确保分离的最大化值,获得最小冷凝负荷和再沸负荷,实现节约精馏能耗的目的。

2.充分利用中间换热装置节能

由于精馏塔底部与顶部存在较大的温度差异,可以通过增加中间热换器使冷热量达到均衡状态。一旦精馏塔上部温度出现了大幅度上升或者下降,可以在精馏段某踏板间设置冷凝器,用低品位冷剂作为冷源,从而达到节省主冷凝器高品位剂量的目标,有利于降低能耗。如果精馏塔底部温度变化明显,可以在提馏段某踏板间设置中间再沸器,通过减少再沸器高品位热量的消耗来降低精馏塔热能,从而有效的提高热效率,实现最佳的节能效果。

3.多塔精馏分离序列的优化

在单体精馏过程中,为降低后续设备材质要求,确保稳定操作,应除去容易造成系统腐蚀和结焦的部分。将进料分为分子数接近的两股流,根据塔顶和塔底1:1的分馏比例设置,按照塔顶产品挥发度以此递减的顺序逐个回收,结合各组分沸点的差异,进行高效的分馏。相对无热集成技术,精馏流程采用热集成技术减少了50%的操作成本投入,且塔系热集成技术获得的效果更加显著。

六、结束语

通过对单体精馏优化控制的相关研究,我们可以发现,该项工作的开展有赖于对多项技术优势因素的利用,有关人员应该从单体精馏的客观实际出发,充分利用优良条件,研究制定最为科学合理的优化控制实施方案。

参考文献:

[1] 邓永春,向波.流体高效节能技术在冷却循环水系统的应用[J].四川有色金属.2013(03):54-57.

[2] 王玺.中央空调系统高效节能技术分析与应用[J].城市建筑.2012(06):347-350.

[3] 冯欢欢.高效節能技术在盾构液压系统中的应用[J].液压气动与密封.2012(06):11-14.

[4] 任凤.一步法合成二甲醚分离工艺和设备的新进展[J].广东化工.2012(11):102-103.

[5] 王森.开式冷却水塔水蒸汽回收方法研究[J].内蒙古石油化工.2011(06):203-205.

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