蒸馏、蒸发操作单元机械化、自动化设计指导方案

ⅡⅡ蒸馏、蒸发操作单元机械化、自动化设计指导方案目录1物料种类 11.1蒸馏物料种类 11.2蒸发物料种类 12蒸馏、蒸发分类 12.1蒸馏分类 12.2蒸发分类 13蒸馏、蒸发操作方式 23.1蒸馏操作方式 23.2蒸发操作方式 24机械化、自动化操作要求 34.1蒸馏单元 3间歇操作 34.1.2连续操作 44.1.3蒸馏过程 54.2蒸发单元 74.2.1间歇操作 74.2.2连续操作 84.2.3蒸发过程 84.3其他 95集中控制的要求 95.1蒸馏控制要求 95.2蒸发控制要求 106典型蒸馏、蒸发单元设计方案 106.1某企业乙醇精馏单元“机械化换人、自动化减人”设计方案 106.1.1工艺简述 106.1.2乙醇精馏单元采用的“机械化换人、自动化减人”设计方案 106.2蒸发单元自动化设计方案 116.2.1工艺简述 126.2.2氯化钙溶液蒸发单元采用的“机械化换人、自动化减人”设计方案 12PAGEPAGE21物料种类1.1蒸馏物料种类蒸馏是借液体混合物各组分挥发度的不同，使其分离为纯组分的操作。工业上被蒸馏的物料大多是溶液，还有少部分气体（常压下是气体）。物料种类按待分离混合物中组分的数目可分为双组分和多组分物料。1.2蒸发物料种类蒸发就是通过加热的方法将溶液中的一部分溶剂汽化并除去，从而使溶液浓度提高的一种单元操作，其目的是为了得到高浓度的溶液。物料种类分为稀溶液和浓溶液，一般多为稀溶液。浓溶液的性质差异性比较大，包括高粘度、易生泡沫、宜结晶、热敏性、有结晶析出等溶液。2蒸馏、蒸发分类2.1蒸馏分类（1）按组分，可分为双组分和多组分蒸馏。（2）按操作压力，可分为常压蒸馏、减压蒸馏、加压蒸馏。（3）按生产连续性，可分为连续蒸馏和间歇蒸馏。（4）按操作方式，可分为简单蒸馏，平衡蒸馏，精馏等。2.2蒸发分类（1）按操作压力，可分为常压蒸发、减压蒸发、加压蒸发。（2）按生产连续性，可分为连续蒸发和间歇蒸发。（3）按其蒸发所需热量的利用次数，可分为单效蒸发和多效蒸发。（4）按其蒸发方式，可分为自然蒸发和强制循环蒸发。（5）按照原料液沿加热管壁的流动方式，分为升膜和降膜式，降膜用于浓缩高浓度介质，升膜用于低浓度溶液的浓缩。3蒸馏、蒸发操作方式3.1蒸馏操作方式一套完整的蒸馏系统一般由蒸馏塔、再沸器、冷凝冷却器、回流罐、物料泵等组成，也可能是其中两个或几个部分的组合。蒸馏操作过程是溶液经过泵和管线输送到蒸馏塔，经过塔底再沸器加热蒸出塔底的低沸点物料，气相经过塔顶冷凝器冷凝进入回流罐，按照回流比要求，一部分回流塔顶，一部分经冷却器冷却采出产品，塔底液经过冷却器降温后由泵送到后续单元。3.2蒸发操作方式蒸发是将溶液加热至沸腾，使其中的部分溶剂汽化并被移除，以提高溶液中溶质浓度的操作，被蒸发的溶液由不挥发的溶质和挥发性的溶剂所组成，因此蒸发亦是挥发性溶剂和不挥发性溶质的分离过程。蒸发的目的是为了获得浓度高的溶液（有时也可能有结晶析出）或制取溶剂，但通常以前者为主。用来实现蒸发操作的设备称为蒸发器。蒸发操作主要采用饱和水蒸汽加热。当溶液的沸点较高时，可以采用其它高温载热体熔盐加热或电加热等。当溶液的粘度较高时，也可以采用烟道气直接加热。蒸发操作中溶液汽化所生成的蒸汽称为二次蒸汽，以区别于加热蒸汽。二次蒸汽必须不断地用冷凝等方法加以移除，否则蒸汽和溶液渐趋平衡，致使蒸发操作无法进行。若二次蒸汽直接被冷凝而不再利用者，称为单效蒸发。若二次蒸汽被引入另一个蒸发器而作为热源，此种串联的蒸发操作，称为多效蒸发。一套完整的蒸发系统一般由蒸发器循环泵、打料泵、冷凝冷却器、储罐等组成。4机械化、自动化操作要求4.1蒸馏单元4.1.1间歇操作间歇操作的机械化或自动化操作要求主要是对进料、出料、蒸馏过程等的控制。.4.1.1.1进料（1）气体进料①采用动量输送设备（如真空泵、压缩机等）向蒸馏单元进料，设置流量计和自动控制阀，流量与自动控制阀、动量输送设备联锁，实现远程自动控制。动量输送设备，如真空泵、压缩机等采用远程自动启停、调节；压缩机通过远程控制变频、调节或远程自动启停（根据工艺要求）。本章节涉及的此类设备按此要求执行。压力表、流量计采用远传显示、报警、联锁、调节等。本章节涉及的此类仪表按此要求执行。控制阀门采用远程自动控制。本章节涉及的此类阀门按此要求执行。②采用气化器向蒸馏单元进料，设置流量计、自动控制阀，流量与自动控制阀、气化器热源联锁，实现远程自动控制；③采用压差向蒸馏单元进料，设置流量计、自动控制阀，流量与自动控制阀联锁，实现远程自动控制。（2）液体进料采用动量输送设备（泵等）向蒸馏单元进料，设置流量计、自动控制阀，流量与自动控制阀、动量输送设备联锁，实现远程自动控制。动量输送设备，如泵采用远程自动启停、调节，或者通过远程控制变频、调节。本章节涉及的此类设备按此要求执行。4.1.1.2出料（1）气相出料出料管线设置流量计、自动控制阀，流量与自动控制阀联锁，实现远程自动控制。（2）液相出料蒸馏单元可设液位计、称重模块、出料管线设流量开关，远程控制出料阀。①采用重力出料无流量时，液位、重量、流量与出料阀联锁，实现远程自动控制。②采用动量输送设备出料无流量时，液位、重量、流量与出料阀联锁，同时联锁动量输送设备，实现远程自动控制。4.1.2连续操作连续操作的机械化或自动化操作要求主要是对进料、出料、蒸馏过程等的控制。.4.1.2.1进料气体采用动量输送设备（如压缩机等）、气化器、压差等向蒸馏单元连续进料，设置流量计和自动控制阀，实现流量自动控制调节。液体经动量输送设备（如泵等）、压差等向蒸馏单元连续进料，设置流量计和自动控制阀，实现流量自动控制调节。4.1.2.2出料当液相出料时，蒸馏单元可设置液位计，出料管线可设置流量计和控制阀，通过液位或流量控制出料。当气相出料时，出料管线可设置流量计和控制阀，通过流量控制出料。4.1.3蒸馏过程蒸馏过程中，重点是严格控制温度、压力、液位、进料量、回流量等操作参数，还要注意它们之间的相互制约、相互影响，尽量使用自动控制操作系统，减少人为操作失误。4.1.3.1蒸馏塔（釜）重点监控的工艺参数：塔釜温度、液位，重点塔板温度、组分，塔顶温度、压力（真空度）、回流量。（1）塔底设远传压力表或温度计，热媒管线设自动控制阀，通过远程自动调节热媒流量，控制压力或温度。（2）塔底设远传液位计，出料管线设自动控制阀，通过液位实现远程自动控制塔底出液流量。（3）塔顶设远传温度计，回流管线设自动控制阀，实现远程自动调节回流量，控制塔顶温度。4.1.3.2再沸器重点监控的工艺参数：介质的温度、压力（真空度），加热介质流量、温度、压力。（1）釜式再沸器设远传自控液位计，出料管线设自动控制阀，液位实现远程自动控制釜液泵流量。（2）采用蒸汽或其他高温气体加热的再沸器，蒸汽或高温气管道上设置流量集中显示、自动控制阀，根据釜温自动调节汽（气）量。（3）立式再沸器壳程走蒸汽时，在冷凝水管线上设置自动控制阀。（4）采用液体加热的再沸器，加热液体的管线上设置自动控制阀，依据加热液体温度和釜温来自动调节加热液体流量。4.1.3.3冷凝器重点监控的工艺参数：温度，冷却介质流量、温度、压力。（1）调节冷媒流量的冷凝器，冷媒管线设置自动控制阀，用物料出口温度自动控制冷却水流量。（2）冷媒进料管线设流量集中显示、低报警，低低联锁切断再沸器热媒进料阀门。4.1.3.4回流罐重点监控的工艺参数：液位、压力（真空度）。（1）设远传自控液位计，液位集中、显示、控制，用回流罐罐液位控制回流或馏出量（2）回流管线设流量计、自动控制阀，按照回流比实现远程自动控制回流量。（3）采出管线设流量计、自动控制阀，按照比值实现远程自动控制采出流量。（4）有气体采出管线设流量计、自动控制阀，按照比值实现远程自动控制采出流量。4.2蒸发单元4.2.1间歇操作间歇操作的机械化或自动化操作要求主要是对进料、出料、蒸发过程等的控制。.4.2.1.1进料（1）采用动量输送设备（泵等）向蒸发单元进料，设置流量计、自动控制阀，流量与自动控制阀、动量输送设备联锁，实现远程自动控制。动量输送设备，如泵采用远程自动启停、调节，或者通过远程控制变频、调节。本章节涉及的此类设备按此要求执行。（2）采用计量槽向蒸发单元进料①采用动量输送设备（泵等）向计量槽进料，进料管线设自动控制阀、计量槽设置液位计（或称重模块），液位（或重量）与自动控制阀、动量输送设备联锁，实现远程自动控制。②计量槽出料通过重力（或动量输送设备）向蒸发单元进料计量槽设置称重模块（或液位计），重量（或液位）与计量槽出料阀和蒸发单元进料阀（泵）联锁，实现远程自动控制；（3）采用压料方式向蒸发单元进料，进料管线设置流量计、自动控制阀，流量与压料罐出料阀和蒸发单元进料阀联锁，实现远程自动控制；（4）小批次及特殊物料向蒸发单元进料，应当采用计量槽的进料方式，远程控制。4.2.1.2出料蒸发单元可设液位计、称重模块、出料管线设流量开关，远程控制出料阀。（1）采用重力出料无流量时，液位、重量、流量与出料阀联锁，实现远程自动控制。（2）采用动量输送设备出料无流量时，液位、重量、流量与出料阀联锁，同时联锁动量输送设备，实现远程自动控制。（3）采用真空出料时，液位、重量、流量与出料阀联锁，同时联锁动力气源（如气源阀、真空泵、压缩机等），实现远程自动控制。4.2.2连续操作连续操作的机械化或自动化操作要求主要是对进料、出料、蒸发过程等的控制。.4.2.2.1进料液体经动量输送设备（如泵等）、压差等向蒸发单元连续进料，设置流量计和自动控制阀，实现流量自动控制调节。4.2.2.2出料当液相出料时，蒸发单元可设置液位计，出料管线可设置流量计和控制阀，通过液位或流量控制出料。4.2.3蒸发过程蒸发过程中，重点是控制温度、压力、液位、流量等操作参数，还要注意它们之间的相互制约、相互影响，尽量使用自动控制操作系统，减少人为操作失误。4.2.3.1蒸发器重点监控的工艺参数：温度、液位、流量。（1）蒸发器设远传温度计，热媒管线设自动控制阀，通过温度实现远程自动控制热媒流量。（2）蒸发器设远传液位计，自动调节进液泵频率。（3）加压蒸发器顶部设远传压力表，热媒管线设切断阀，压力高高联锁切断热媒进料。（4）薄膜蒸发器搅拌电机转速、电流集中显示、报警。4.2.3.2冷凝器重点监控的工艺参数：压力、流量。（1）冷媒进料管线设远传流量计或压力表，流量或压力低报警，低低联锁切断一次热媒进料阀门。（2）冷媒出料管线设远传温度计和压力表，温度和压力集中显示。4.3其他针对特殊的工艺物料，如特殊的易燃、易爆、有毒、有腐蚀性等介质，在蒸馏或蒸发过程（进料、蒸馏或蒸发、出料）中存在诸多安全风险，应在基础设计阶段开展危险和可操作性分析（HAZOP），及预先危险分析（PHA）或事故树分析（ETA）等定量定性风险评价方法，对整个蒸馏或蒸发过程的危险性进行分析。根据分析结果设置相应的机械化及自动化混合方式。蒸馏或蒸发过程（进料、出料）中如有人员现场操作，如现场阀门的开关切换等操作过程，应采用机械化和自动化的手段来实现现场无人操作。5集中控制的要求5.1蒸馏控制要求蒸馏系统一般由蒸馏塔、再沸器、冷凝冷却器、回流罐、物料泵、输送管线及管件、压力表、温度计、流量计、液位计、自控阀门等设备组成，其中工艺参数温度、压力（压差）、流量、液位远传至DCS系统集中显示。进料、出料及蒸馏过程的操作，通过DCS系统实现远程自动控制。5.2蒸发控制要求蒸发系统一般由蒸发器、循环泵、打料泵、冷凝冷却器、输送管线及管件、压力表、温度计、流量计、液位计、自控阀门等设备组成，其中工艺参数温度、压力、流量、液位远传至DCS系统集中显示。进料、出料及蒸发过程的操作，通过DCS系统实现远程自动控制。6典型蒸馏、蒸发单元设计方案6.1某企业乙醇精馏单元“机械化换人、自动化减人”设计方案6.1.1工艺简述收集的废乙醇经过乙醇进料泵连续输送到乙醇精馏塔进行常压蒸馏，塔底溶液经过再沸器加热，蒸馏出气相乙醇，经过冷凝器把乙醇冷凝下来，冷凝下来的乙醇暂存在回流罐中，一部分回流到精馏塔顶部，一部分经冷却器冷却后去乙醇储罐，塔底液经塔底冷却器冷却去废水处理工序。6.1.2乙醇精馏单元采用的“机械化换人、自动化减人”设计方案6.1.2.1进出料自动化方案（1）废乙醇进料管线设泵、流量计和自动控制阀，其流量由流量计和自动控制阀实现远程自动控制。（2）塔顶回流罐采出和回流管线，按照回流比要求分别设置流量计、自动控制阀实现定比值调节，一部分回流塔顶，一部分经冷却器采出产品。（3）塔底出料管线设泵、流量计和自动控制阀，塔底液通过泵输送下一单元，其流量由流量计和自动控制阀实现远程自动控制。6.1.2.2乙醇精馏塔自动化方案（1）塔底设远传温度计，远程自动调节蒸汽流量，温度高报警、高高联锁切断蒸汽进料，蒸汽管线设温度自动控制阀和紧急切断阀。（2）塔底设远传自控液位计，通过液位调节器调节塔底液位和塔底液泵流量；塔底出料泵出料管线设流量计和液位自动控制阀，实现液位和流量串级实现远程自动调节塔底液位。（3）塔中部适当位置设远传温度计集中显示、高限报警。（4）塔顶、塔底设远传压差表集中显示、高限报警。6.1.2.3再沸器自动化手段（1）加热蒸汽管线设远传压力表集中显示。（2）加热蒸汽管线设自动控制阀和紧急切断阀，塔底温度自动调节蒸汽流量，高高联锁切断蒸汽进料。6.1.2.4冷凝器自动化方案（1）冷却水进水管线设远传流量计集中显示、低报警，冷却水流量低低联锁切断再沸器加热蒸汽紧急切断阀。（2）冷却水回水管线设远传温度计集中显示。6.1.2.5回流罐自动化方案设远传液位计集中显示、报警。6.2蒸发单元自动化设计方案某企业氯化钙蒸发单元“机械化换人、自动化减人”设计方案。该工序将化池工序制得的氯化钙溶液蒸发造粒并整形制成产品。6.2.1工艺简述氯化钙清液经氯化钙输送泵送入一效蒸发加热器和一效蒸发室进行加热浓缩，浓缩后的氯化钙溶液经一效蒸发输送泵送入二效蒸发加热器和二效蒸发室再次浓缩后，再由二效蒸发输送泵送到造粒缓冲罐暂存。生蒸汽先进入二效蒸发加热器蒸发氯化钙溶液，蒸发