减压蒸馏塔的模拟与研究

廖恒易

（广东华特气体股份有限公司，广东 佛山 528241）

减压蒸馏塔的模拟与研究

廖恒易

（广东华特气体股份有限公司，广东 佛山 528241）

结合实际工作对减压蒸馏塔的实际工作结构特点进行浅析，采用蒸馏塔的基本装置分块化模拟分析的方式，将减压蒸馏塔拆分为多个复杂吸收以及闪蒸过程，按照模块法对其进行求解和研究。本文根据数据进行蒸馏塔的装置模拟和优化，建立过程相应的研究分析系统，得出实验数据并对减压蒸馏塔的实际运行提供一种在线参考的模拟分析。

减压蒸馏塔；仿真；模拟

减压蒸馏塔在工业应用中应用得相当广泛，分类也五花八门，而对各类减压塔运行的状况模拟和研究却是业界研究的热点和关注的重点。本文将结合实际对其进行模拟研究，设定前提条件为：避免蒸馏材料发生分解反应，尽可能通过测线拔出减压的馏分。

基于以上的前提条件，减压蒸馏塔必须是一种特殊结构的填料塔，其进料是必须在实际应用中分别经过减压炉的加热部分气化的原料，塔内的汽相为连续相，液相则为非连续相。与此同时，测线产品可以分为减一线到减多线的多种状态，以石油蒸馏为例全部从集中器采出，塔顶则抽出减顶汽油，塔釜排出渣油，并且采用多测线抽出，塔内多段换热。相关前期研究表明，由于减压蒸馏塔的产品多是催化裂化以及氢裂化的基础原料，因此产品并没有非常严格的分离需求，塔内气液负荷整体呈现出变化大，热段间零液体流量的现象。另一方面，由于塔内气体流量随着塔高的增大而减小，因此业内较为有名的研究算法如BP、Tomich、SR等都采用各级温度和各级流量作为迭代变量，这些算法在实际应用中较为广泛，但是却对整个减压塔进行求解容易出现由于校正流量而出现迭代负值，进而导致迭代算法的失败，因此真正的减压蒸馏塔模拟需要独特而改进过的算法对其进行研究。

当前普遍认为，燃料型减压塔是在闪蒸阶段是无换热、无上段回流的，并且总体上表现出各中段换热，无上段回流且不精馏。这是一种一级气液的平衡，由于外部的持续循环取热可以看作是一个等温闪蒸过程。因此，蒸馏减压塔可以作为一种绝对闪蒸过程和多级等温闪蒸过程的结合。当然，根据上述假定进行研究计算出各个换热的具体热负荷，并不能模拟出循环冷凝液流量。反之，采用有循环回流的等温闪蒸模型，虽然可以解决循环冷凝液流量的计算却无法模拟中段换热的气液负荷变化。因此，两者在实际工作中必须进行进一步地有效结合探讨。

1.减压蒸馏塔的模拟算法设计

1.1 算法设计

综上所述，结合实际减压蒸馏塔的结构特点，对其模拟算法进行设计。简而言之，可以利用常规压塔的模拟计算类似的单元模块结合，将上述的干式操作减压蒸馏塔的工作过程拆分为一个闪蒸过程和多个复杂的吸收过程的串联。与此同时，算法将单元模块里面的各个中段作为吸收过程，利用经过外部取热而过冷的原料对下一段上升的气体进行吸收，这在算法设计上是一个可以不断循环、不断收敛的过程。具体的收敛子算法则可以通过实际的蒸馏原料进行选择，如一般的原料可以采用改进的SR算法。该算法对运行机器的硬件要求较低并且收敛速度较快，在现场仿真模拟中能有较好的成效。因此，在模拟计算过程中必须对加入的原料进行闪蒸计算，通过基础计算再逐步采用SR算法计算其减一线、减二线、减三线和减顶。

针对当前主流的减压蒸馏塔，算法可以划分为16个主要的功能模块，按照预先设计的模块化流程处理，用序贯模块算法进行求解。假定其中两相闪蒸器、换热器、收敛器、复杂吸收塔以及物流传输器的计算都按照上述的单元计算法进行计算，而分流器的计算方法则可以通过多个进口物流结合，进而分成多个出口物流，结合流量外的出口物流信息一致的情况将各个分流流量占总料的百分比通过模块进行参数输入。

实验分析表明，该减压蒸馏塔的模拟计算算法有一下的优点：首先，算法由于模块化设计调整方案可以较为灵活，计算也比较方便，可以为整个工艺的生产过程提供优化分析数学模型；其次，采用的算法由于在各段吸收和换热中，汽液的负荷比较均匀，变化较为平稳，因此对于解决吸收问题较为显著的SR算法能够快速收敛、模拟出实际的运行状况，算法成效较为显著；再次，由于在每一个中段中换热不需要抽出的操作，因此可以避免上述的算法液相出现流量为零的情况，也就避免了上述由于流量的过分校正出现的负值，迭代的计算可以持续有效地进行；最后，由于算法可以计算出各段内沿着塔高的汽液负荷和循环冷凝液的具体流量，因此可以分析出汽液负荷在实际运行中的变化规律。

表1　减压蒸馏塔进料的模拟沸点曲线数据表

1.2 算法仿真结果

根据上述的算法设计，对进入减压塔地步的常底重料进料进行假组分割，与此同时按照上述的减压蒸馏塔的信息流程进行计算，进料常底重料的模拟实沸点蒸馏的具体数据表见表1。

1.3 流程策略及系统优化实施讨论

通过流程分析，可以发现流程的主要设备模块之间并没有直接联系的循环物流，只有模块内部有相关的交错影响物流，因此我们可以在流程模拟上通过解算策略选用序贯模块法将模块逐一求解。与此同时，对减压蒸馏塔中的脱后换热器、常减蒸馏加热等相关设备而言只需要对原料进行物料的权衡计算和热量的权衡计算即可以实现统一物流计算；而在模拟分组上，可以将系统进行多组分物流，按照上述模拟算法进行算法设计求解。相关研究显示，对常底重油进行二次切割后再进行算法模拟效果较为显著。从理论上分析也不难得出，如果对原料进行仅一次的细切割，由于流程计算过程中假组分次数越多算法运算的速度也就越低，这无论从效率还是准确率来说，算法成效都是相对较差的。

算法的仿真和模拟可以对实际工作带来更多的优化和改进。基于上述的仿真模拟和算法实验数据，我们可以得出在减压蒸馏装置中，利用模拟算法分析，通过优化相关的操作条件，发挥相关装置的功能提高产品的拔出率、降低产品的能耗和成本。这也是减压蒸馏装置的优化目的所在。

实际工作中，由于生产者需要获取最大的经济效益，经常选取轻组分的拔出率，而影响拔出率的因素有很多，例如出口温度、回流比、塔的操作压力等等。在权衡生产质量和拔出率的过程中不可避免需要进行最优解的求解，因此可以简单将其演变为最优问题的求解，将上述的影响因素设置成为优化问题的约束条件，在一定的工作范围内求取目标函数的最优解。

在系统的实施上，由于采用分组的SR算法设计，对于软件设计的运行环境要求也较为简单，一个普通的计算机WINDOWS系统即可满足条件。在软件上可以通过现场设计装置对数据进行实时测量继续深化校正系统的过失，使其更加符合能量平衡和物料平衡。系统模拟优化数据可以通过后台数据库进行数据导入和存储，以便实验数据的提取和后期维护的查询，相关软件设计由于篇幅所限此处不赘述。

结语

本文浅析了减压蒸馏塔的工作原理，并对关键问题进行探讨，建立起较为严谨的数学仿真模型，采用了模块化流程组合发对减压蒸馏塔的运行进行数据的模拟和仿真。实验将减压蒸馏塔分为两相闪蒸器、复杂蒸馏塔和复杂吸收塔等多个单元模块，并通过改进的SR算法对各个模块的内部数据进行模拟和仿真计算。实验表明，通过闪蒸和改进型的SR算法的结合模拟计算，收敛性较强、计算速度较快、模拟吻合度也较高，可以在实际工作中进行进一步地研究和探讨，甚至应用于新设备的研究。

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