东方仿真--精馏塔单元

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1、第六节精馏塔单元一、精馏塔工作原理：精馏是化工生产中分离互溶液体混合物的典型单元操作，其实质是多级蒸馏，即在一定压力下， 利用互溶液体混合物各组分的沸点或饱和蒸汽压不同，使轻组分 （沸点较低或饱和蒸汽压较高的组分）汽化， 经多次部分液相汽化和部分气相冷凝，使气相中的轻组分和液相中的重组分浓度逐渐升高，从而实现分离。精馏过程的主要设备有：精馏塔、再沸器、冷凝器、回流罐和输送设备等。精馏塔以进料板为界， 上部为精馏段，下部为提留段。一定温度和压力的料液进入精馏塔后，轻组分在精馏段逐渐浓缩，离开塔顶后全部冷凝进入回流罐，一部分作为塔顶产品（也叫馏出液），另一部分被送入塔内作为回流液。回流液的目的是补

2、充塔板上的轻组分，使塔板上的液体组成保持稳定， 保证精馏操作连续稳定地进行。而重组分在提留段中浓缩后，一部分作为塔釜产品（也叫残液） ，一部分则经再沸器加热后送回塔中，为精馏操作提供一定量连续上升的蒸气气流。二、工艺流程说明：本流程是利用精馏方法，在脱丁烷塔中将丁烷从脱丙烷塔釜混合物中分离出来。精馏是将液体混合物部分气化，利用其中各组分相对挥发度的不同，通过液相和气相间的质量传递来实现对混合物分离。本装置中将脱丙烷塔釜混合物部分气化，由于丁烷的沸点较低，即其挥发度较高， 故丁烷易于从液相中气化出来，再将气化的蒸汽冷凝，可得到丁烷组成高于原料的混合物，经过多次气化冷凝，即可达到分离混合物中丁烷的

3、目的。原料为 67.8 脱丙烷塔的釜液( 主要有 C4、C5 、 C6、C7等 )，由脱丁烷塔(DA-405) 的第 16 块板进料 ( 全塔共 32 块板 ) ，进料量由流量控制器FIC101 控制。灵敏板温度由调节器TC101通过调节再沸器加热蒸汽的流量，来控制提馏段灵敏板温度，从而控制丁烷的分离质量。脱丁烷塔塔釜液（主要为C5 以上馏分）一部分作为产品采出，一部分经再沸器(EA-418A、B)部分汽化为蒸汽从塔底上升。塔釜的液位和塔釜产品采出量由LC101和 FC102组成的串级控制器控制。再沸器采用低压蒸汽加热。塔釜蒸汽缓冲罐（FA414）液位由液位控制器LC102调节底部采出量控制。

4、塔顶的上升蒸汽 （ C4馏分和少量C5馏分） 经塔顶冷凝器 （ EA-419）全部冷凝成液体，该冷凝液靠位差流入回流罐（FA-408） 。塔顶压力PC102采用分程控制：在正常的压力波动下，通过调节塔顶冷凝器的冷却水量来调节压力，当压力超高时， 压力报警系统发出报警信号，PC102调节塔顶至回流罐的排气量来控制塔顶压力调节气相出料。操作压力4.25atm ( 表压) ，高压控制器PC101将调节回流罐的气相排放量，来控制塔内压力稳定。冷凝器以冷却水为载热体。 回流罐液位由液位控制器LC103调节塔顶产品采出量来维持恒定。回流罐中的液体一部分作为塔顶产品送下一工序，另一部分液体由回流泵(GA-4

5、12A、B)送回塔顶做为回流，回流量由流量控制器FC104控制。四、本仿真单元的控制点分析：（一）冷态开车：装置冷态开工状态为精馏塔单元处于常温、常压氮吹扫完毕后的氮封状态，所有阀门、机泵处于关停状态。1、 进料过程(1) 开 FA-408 顶放空阀PC101排放不凝气（开度大于5% ） ， 稍开 FIC101 调节阀 （不超过20% ） ，向精馏塔进料。(2) 进料后，塔内温度略升，压力升高。当压力PC101升至 0.5atm 时，关闭 PC101调节阀投自动，并控制塔压不超过4.25atm ( 如果塔内压力大幅波动，改回手动调节稳定压力) 。注意：排不凝气、 进料和关闭放空阀的顺序。另外为

6、了减少时间，可将进料阀 （FIC101）开度增加到100% ，但同时应关注塔顶压力变化，如果塔压过高 （接近 6atm）时，应及时“手动”调节“排空”阀PV101（PIC101）开度，避免塔压超过6atm。2、 启动再沸器(1) 当压力 PC101升至 0.5atm 时， 打开冷凝水PC102调节阀至 50% ； 塔压基本稳定在4.25atm后，可加大塔进料（FIC101 开至 50% 左右） 。(2) 待塔釜液位LC101升至 20% 以上时， 开加热蒸汽入口阀V13，再稍开 TC101调节阀， 给再沸器缓慢加热， 并调节 TC101阀开度使塔釜液位LC101维持在 40%-60% 。待 F

7、A-414液位 LC102升至 50% 时，并投自动，设定值为50。注意：加热时可打开加热蒸汽入口阀V16，这会使加热速度提高；另外还要特别注意是FA-414 液位的液位超标，加热过快 （ TV101阀门开度增大的速度较快），大量蒸汽冷却成水，所以罐内的液位将迅速上升。3、 建立回流条件是回流罐的液位大于20% 、釜液和灵敏板的温度大于60。随着塔进料增加和再沸器、冷凝器投用，塔压会有所升高。回流罐逐渐积液。(1) 塔压升高时，通过开大PC102的输出，改变塔顶冷凝器冷却水量和旁路量来控制塔压稳定。注意： PIC101 在投自动时， SP设置为 4.25atm ，但是它与PIC102 的控制作

8、用时间相同，所以达不到“安全阀”控制作用。所以就及时将PIC101 的 SP从 4.25atm 设置为 5.00atm 。(2) 当回流罐液位LC103升至 20% 以上时，先开回流泵GA412A/B的入口阀V19，再启动泵，再开出口阀V17，启动回流泵。(3) 通过 FC104的阀开度控制回流量，维持回流罐液位不超高，全回流操作。4、 调整至正常(1) 当各项操作指标趋近正常值时，打开进料阀FIC101。(2) 逐步调整进料量FIC101 至正常值。(3) 通过 TC101调节再沸器加热量使灵敏板温度TC101达到正常值。注意：升温速度控制，升温速度过快将成塔顶压力过高（首先将PV102B阀

9、关闭， PV102A阀打开进行降温降压。压力过高则手动将PV101阀打开直接降压） ，同时 FA-414 液位的液位也将超标。但有时TV101 阀门开度为100% 时，塔釜和灵敏板的升温速度还是较慢，这时主要原因是塔釜的液位较高，釜内液体体积较多，升温所需要的热量较大，所以其升温速度比釜液液位较低时要慢的多。(4) 逐步调整回流量FC104至正常值。(5) 开 FC103和 FC102出料，注意塔釜、回流罐液位。(6) 将各控制回路投自动，各参数稳定并与工艺设计值吻合后，投产品采出串级。5、总结：因精馏塔控制单元包含了离心泵、换热器和液位控制等单元操作，所以它是一个非常重要的操作单元，因此我们

10、安排了3.5 天训练时间。（1）蒸汽加热是整个精馏塔的动力源，如果灵敏板上的温度不稳定，塔内的温度和压力将发生变化，汽液二相平衡就被打破。所以第一步要稳定灵敏板温度（89.3 ） 。（2）精馏塔中塔顶与塔釜的物料分配，我们发现塔温度上升塔顶压力上升塔顶冷却剂流量加大回流罐内液位上升，同时发现塔釜液正在下降；但塔压力超高时，压力报警系统发出报警信号， PC102调节塔顶至回流罐的排气量来控制塔顶压力调节气相出料，这时发现回流罐内的液位也开始迅速下降，因为物料被放空了。反之如果塔温度下降则会导致塔釜内的液位上升而回流罐内液位下降。另外回流量的变化和进料的流量变化都会导致塔的温度发生变化。（3）塔的

11、参数调节：第一步：稳定塔的温度：操作是稳定回流量、进料流量；第二步：稳定塔的压力：操作是将PIC201 和 PIC102 都投自动；但是塔压力波动较大时，一般是将 PIC101 转换为手动，来调节塔的压力；只有压力稳定后才能稳定回流罐和塔釜的液位；第三步：稳定塔釜和回流罐内的液位：因为都串级控制系统，所以通过流量调节液位大小，再稳定流量，最后投入串级控制。（此处串级还目的是，塔压力发生变化时，会影响塔釜粜流量， 从而影响塔釜液位，所以做成了流量液位串级控制系统，就是将塔压力发生变化的干扰能让副回路（FIC102）迅速消除干扰，达到让塔釜液位快速稳定的目的。）（4）软件“结点” ：在考核过程中，

12、经常出现所有操作都是基本正常，但结果却只能得到60 分左右，这种现象我们叫做“结点”没有闯过。主要是操作的第四步“调整至正常”的条件是回流罐的液位一定要大于30% 。如果没有达到就进行后的操作，当液位达到30% 以上后这些操作是不得分的，只有再做一次才能得分。（5）小结：第一：影响塔温度的因素：进料流量、塔顶回流量、加热蒸汽流量，塔的压力也有影响，但影响不是很大； （请各位思考一下，如果加热蒸汽是高压蒸汽，它与软件中的低压蒸汽对精馏塔中灵敏板温度是如何影响的？）第二：影响塔压力的因素：塔的温度、排空阀的开度、冷却水流量，还有是进料量和回流量的变化， 这都可以归为塔的温度变化对压力的影响；调节塔

13、压力一般是稳定了塔的温度后通过手动控制排空阀的开度来调节压力大小；第三：影响进料流量的因素：发现塔的压力升高，进料流量将逐渐减小，但变化不是很剧烈；（二）正常停车：1、 降负荷(1) 逐步关小FIC101 调节阀， 降低进料至正常进料量的70% 。 （阀门开度一般设置为35% ，应注意其流量的质量评分，它是有延时60 秒评分。）(2) 在降负荷过程中，保持灵敏板温度TC101的稳定性和塔压PC102的稳定，使精馏塔分离出合格产品。(3) 在降负荷过程中， 尽量通过FC103排出回流罐中的液体产品，至回流罐液位LC104在 20%左右。 ( 可以将离心泵入口和出口阀二度设置为100% ，也可将备

14、用泵也打开，加速泄液) (4) 在降负荷过程中，尽量通过FC102排出塔釜产品，使LC101降至 30% 左右。 （应将旁路阀也打开）在此过程中有进料流量、塔灵敏板温度和塔顶压力三个质量评价，其中最难控制的是温度质量评价，要求是开始15 秒后进行评分，直到灵敏板温度降到50后才评分结束。这个过程一般只能得到部分分数。但是可以将温度控制器始终保持在自动状态，如果温度波动过大可以通过调节蒸汽阀V13来调节灵敏板温度，这样等到回流罐内液位降至17% 以下，可将进料关闭，灵敏板温度将自动降至50以下，同时温度质量评分结束。得分为30 分满分。2、 停进料和再沸器在负荷降至正常的70% ，且产品已大部采

15、出后，停进料和再沸器。(1) 关 FIC101 调节阀，停精馏塔进料。(2) 关 TC101调节阀和 V13 或 V16 阀，停再沸器的加热蒸汽。(3) 关 FC102调节阀和 FC103调节阀，停止产品采出。(4) 打开塔釜泄液阀V10，排不合格产品，并控制塔釜降低液位。(5) 手动打开LC102调节阀，对FA-114 泄液。 （应提前将LV102阀门打开，特别是将V13 关闭后， 因罐内空气为负压，所以罐内的冷凝水排出速度很慢，只有打开V13 阀门才能加速排放罐内的冷凝水。但是在 TC101调节阀已关闭， 此时再打开V13 阀门时， 会发现塔灵敏板温度上升很快，并超出50。 ）3 、停回流

16、(1) 停进料和再沸器后，回流罐中的液体全部通过回流泵打入塔，以降低塔内温度。(2) 当回流罐液位至0时， 关 FC104调节阀，关泵出口阀V17 （或 V18） ， 停泵 GA412A（或 GA412B ） ，关入口阀V19（或 V20） ，停回流。(3) 开泄液阀V10 排净塔内液体。4 、降压、降温(1) 打开 PC101调节阀，将塔压降至接近常压后，关PC101调节阀。(2) 全塔温度降至50左右时，关塔顶冷凝器的冷却水(PC102 的输出至0) 。四、训练时间：本单元训练时间为3.5 天。五、项目考核：1、分值：冷态开车60%、正常停车40%。2、考核时间：共50 分钟冷态开车30 分钟、正常停车20 分钟。3、项目成绩：及格线： 85 分。8590 分的每人扣20 分； 9095 分每人扣10 分； 95100 分每人扣5 分。六、总结：精馏塔是一个实用性很强的化工单元，所以不能只是要求学生按照操作规程死记硬背，应该知道任何一个参数发生变化，都能通过调节快速的让系统稳定下来。方法可以选择精馏塔正常运行项目，然后自己设置故障，让系统发生剧烈变