热泵精馏系统的分类介绍，控制要点和因素及干扰因素分析

热泵精馏系统的控制要点

精馏过程是利用混合液中各组分的相对挥发度的不同，即在同温度下各组分的蒸气压不同这一性质，使液相中的轻组分转移到气相中而使气相中的重组分转移到液相中去，从而达到组分分离的目的。因此精馏过程是用来分离混合物的一种传质过程。

热泵精馏系统是由精馏塔，再沸器，热泵压缩机、回流罐，成本品罐及泵、阀门、仪表等组成。如下图所示：

精馏塔从结构上分类有板式塔和填料塔两大类，而板式塔根据其结构的不同，又有泡罩塔、浮阀塔、筛板塔，穿流板塔，浮喷塔和浮舌塔之分。填料塔是另一类传质设备，它的主要特点结构简单，易用耐腐蚀材料制作，阻力小等，一般适用于直径小的精馏塔。

实际生产过程中，精馏操作可分为间歇精馏和连续精馏两种。石油化工厂大型生产过程主要采用的是连续精馏。精馏塔是三传一反典型单元操作中能耗最高的系统装置，因此精馏系统的节能控制也是十分重要的任务。

影响热泵精馏的两个基本平衡关系

物料平衡关系：一套精馏系统的进出料应该保持平衡关系，即总物料量及任一组分的量都应符合物料平衡关系。

能量平衡关系：在建立能力平衡关系时，首先要了解分离度的概念。分离度越大，表明精馏系统的分离效果越好。而影响分离度的因素很多，如平均相对挥发度，理论塔板数、塔板效率、进料组分、进料板位置以及塔内上升蒸汽量和进料量的比值等。而塔内上升蒸汽量是由再沸器提供的热量来提高的，所以塔的分离效果提高，能耗也将增加。

热泵精馏系统的控制要求

热泵精馏系统的控制目标是：在保证产品质量合格的前提下。使塔的总收益最大化，同时总成本尽可能最小。针对一个热泵精馏系统而言，需要从如下四个方面设置控制系统。

产品质量指标控制：塔顶或者塔底产品之一应合乎规定的分离纯度，另一端产品成分也应维持在规定的范围内。

物料平衡控制：塔顶，塔底的平均采出量应等于平均进料量，而且这两个采出量变动应该会比较和缓，以维持塔的正常平稳操作。以及上下工序的协调工作。因此，必须保证回流罐和塔釜液位进行控制，使其介于规定的上、下限之间。

能量平衡控制：应保证热泵精馏系统中的热量输入和输出维持平衡，使塔的操作压力维持稳定。而热泵精馏系统主要的能源来自外界蒸汽和热泵压缩机的电能转化，因此要维持能量平衡的关键控制就是使热泵压缩机连续稳定地运行，避免因热泵压缩机喘震等因素影响。

约束条件控制：为保证精馏塔正常而安全的运行，必须使某些操作参数限制在约束条件之内。常用的精馏塔限制条件有：液泛限、漏液限、压力限和临界温差限等。

液泛限：也称气相速度限，即塔内气相上升速度过高时，雾沫夹带严重，而导致液相从下面塔板倒流到上面塔板，产生液泛，破坏正常的精馏操作。

漏液限：也称最小气相上升速度限，当气相上升速度小于某一数值时，将产生塔板漏液，板效率也会下降。为防止液泛和漏液，可通过塔内压降或压差来监测气相速度，一般控制气相上升速度在液泛附近略小于液泛点较好。

压力限：是指精馏塔的操作压力限制，一般是最大操作压力限，就是说塔的操作压力不能过大，否则会影响精馏塔内的汽液平衡，严重超过限值时，甚至会影响到安全生产。

临界温差限：主要是指再沸器两侧的温差限度，当这一温差高于临界温差时，给热系数会急剧下降。传热量也随之下降，导致无法正常维持精馏塔的传热需求。而特别注意的是，在热泵精馏系统中，热泵压缩机的出口一般与再沸器壳层连接，因此，要保证热泵压缩机的出口蒸汽的压力、流量、温度的稳定，是保证临界温差限的重要操作。

热泵精馏的干扰因素分析

热泵精馏过程是一个系统整体，除精馏塔外，还包括再沸器、热泵压缩机和回流罐等设备。在生产过程中由于多种因素的存在，会遇到各种各样的干扰，会给精馏塔的稳定操作带来影响。在这些干扰中，有的是可控的有的是不可控的。在热泵精馏系统的控制方案中必须搞清楚这些干扰因素对精馏塔的稳定操作及产品质量的影响，才能制定出较为合理，可行的控制方案。热泵精馏系统的主要干扰因素如下：

塔压波动的影响：精馏塔都是在一定的压力下进行操作的。是因为精馏塔内的汽液平衡关系和塔压有着密切的关系。塔压波动会破坏塔内的各层塔板的汽液平衡关系，从而影响到精馏塔的分离纯度。同时，一般精馏塔都选择温度作为控制产品质量的间接指标，而温度与产品组分一一对应的关系是随压力而改变的，只有压力一定时，温度与产品组分才能保持所需的对应关系。也即，压力不变的情况下，才能以温度控制产品质量的组分。

进料量波动的影响：主要有三种情况，在分析之前，设定塔压，再沸器加热量和塔顶回流量保持恒定的前提：

全部液相进料：液相进料首先会影响到提馏段。进料量增加会使整个塔的温度下降。使塔顶和塔底产品中的轻组分含量增加;反之则相反。在液相进料的情况下，如果要克服进料波动的影响，最好选用提馏段温度控制为好，操作变量一般选择再沸器的加热量。

全部气相进料：气相进料首先会影响的是精馏段。进料增加会使整个塔温度上升，使塔顶和塔底中重组分含量增加，反之，则减少。

气液两相混合进料：当气液混合进料时，进料量增加会使精馏段温度上升而提馏段温度下降，这会使塔顶产品中重组分含量增加而塔底产品中轻组分含量增加;反之则减少。

进料组分波动的影响：进料中轻组分增加会使整个精馏塔的温度下降。塔顶和塔底产品中轻组分含量都会增加;当进料中重组分增加时，则相反。进料组分的变化往往是不可控制的，然而一般情况下，组分变化是缓慢的。

进料温度波动的影响：进料温度下降，会使塔底的轻组分含量增加，要将塔底的轻组分赶向塔顶需要增加再沸器的加热量。

压缩机喘震的影响：在热泵精馏系统中，热泵压缩机因进出口气体的参数变化而产生喘震，为保护热泵压缩机的机械性能，需要必须的防喘震措施控制。防喘震控制通常会通过防喘阀的开启而实现，而导致热泵压缩机进入再沸器的热量受到影响，这时如果再沸器不能及时补充对应恒定的热量，则会影响再沸器的热量减少，导致塔釜温度降低，进而影响整个精馏塔的稳定运行。