湿法脱苯塔循环液温度安全控制对苯系物去除率的影响分析

引言

循环液温度作为湿法脱苯系统的核心操作变量，既决定了吸收剂的物理化学性能，又影响着气液两相的传质动力学特性。当温度偏离最佳区间时，不仅会导致吸收效率下降，还可能引发雾沫夹带、溶剂降解等次生问题。针对不同苯系物组分，温度对其亨利常数与扩散系数的差异化影响，更增加了多组分协同控制的复杂性。建立温度与去除效率的定量响应模型，将为工艺优化提供重要的理论支撑。

1 湿法脱苯工艺原理及系统组成

湿法脱苯工艺是基于气液传质原理的废气处理技术，其核心是通过特定溶剂对废气中的苯系物进行选择性吸收。该系统主要包含废气预处理单元、吸收塔、溶剂再生装置和气液分离器等关键设备。废气首先经过预处理去除颗粒物和温湿度调节后进入吸收塔，在塔内与自上而下喷淋的吸收剂逆流接触，苯系物从气相转移至液相。富集苯系物的吸收液输送至再生装置，通过升温或减压方式实现溶剂的再生循环。整个工艺系统的设计需要综合考虑气液比、填料类型、接触时间等参数，确保在最优能耗下达到最佳去除效果。同时，系统还配备在线监测装置，实时监控进出口浓度和关键运行参数，为工艺调整提供数据支持。

2 循环液温度与苯系物溶解度的热力学关系

循环液温度的变化会显著影响苯系物在溶剂中的溶解度行为，这一关系遵循亨利定律和溶解平衡的基本规律。当温度升高时，溶剂对苯系物的物理溶解度通常呈现下降趋势，这是由于温度升高会导致溶质分子动能增加，从而减弱其与溶剂分子间的相互作用力。但温度变化对不同苯系物的安全影响程度存在差异，例如甲苯的溶解度温度系数通常大于苯。这种差异源于不同苯系物分子结构的特异性及其与溶剂分子的作用强度。在实际操作中，需要根据目标污染物的组成特性，在溶剂吸收能力和再生效率之间寻找温度平衡点。过低的温度虽有利于吸收但会增加再生能耗，而过高的温度则可能导致吸收效率下降和溶剂挥发损失。

3 温度梯度对气液传质效率的影响机制

温度梯度通过改变气液两相的物性参数和界面行为影响传质效率，温度升高会降低液相黏度，增大分子扩散系数，但同时减少气体溶解度。在湿法脱苯塔中，适宜的轴向温度梯度可形成热力学推动力，促进苯系物从液相向气相的转移。局部过冷会导致溶解平衡偏向液相，而过热则可能引发溶剂挥发损失。最佳温度梯度应使气液传质速率与溶解度变化达到动态平衡，这需要通过实验测定不同温区的传质系数来优化确定。合理的梯度设计能显著提升苯系物的整体去除效率。

4 工业装置温度安全控制策略优化

4.1 多参数耦合的温度动态调控模型构建

工业装置温度安全控制需突破传统单点调节模式，构建基于传热学与流体动力学的多参数耦合模型。通过引入反应器热惯量、介质比热容、传热系数等动态参数，建立温度场与工艺参数的全息映射关系。重点解决非线性时变系统的建模难题，采用分布式温度传感网络采集关键节点的实时数据，结合 CFD 仿真优化控制算法。该模型需考虑物料相变潜热、反应放热等特殊工况，实现从稳态控制向瞬态精准调控的跃升，为复杂工业场景提供自适应温度解决方案。

4.2 分级分区的智能温控系统设计

针对大型工业装置的空间异质性特点，实施整体局部二级温度管理架构。在装置层面建立中央协调控制系统，对各功能单元进行热负荷分配；在操作单元层面部署嵌入式智能控制器，执行高精度温度调节。采用模块化设计思想，对高温反应区、低温储存区等特殊区域配置独立的温控模块，通过 OPC-UA 协议实现数据互通。系统集成模糊 PID 算法与机器学习预测模块，可根据生产节奏自动切换控制模式，确保全流程温度波动控制在±0.5°C 以内。

4.3 能源梯级利用的热集成优化技术

从系统工程角度重构装置热管理网络，开发余热回收与冷量利用的协同优化方案。采用夹点分析技术识别能量回收潜力点，设计热泵-换热器联合系统实现不同品位热能的定向传递。重点优化高温废气与原料预热的耦合关系，建立基于热力学第二定律的效率评价体系。通过热媒循环系统的智能调度，将原本散失的工艺余热转化为温度调控的辅助手段，使装置整体热效率提升 30% 以上，同时降低温控系统能耗。

4.4 数字孪生驱动的预测性温控策略

构建工业装置温度系统的数字孪生体，融合物理模型与实时运行数据实现虚拟映射。利用历史工况数据训练深度神经网络，预测不同生产负荷下的温度场演变规律。开发包含设备老化模型、结垢系数等影响因素的动态仿真系统，提前 24 小时生成最优温控参数组。通过 AR 可视化界面展示热点预警与调节建议，支持操作人员实施预防性干预。该技术使温度异常的处理响应时间缩短 60% ，大幅减少非计划停车事故。

4.5 安全冗余与容错控制体系构建

建立监测、调节。保护三级温度安全防护网，在控制系统中植入多维度失效预警机制。采用 2oo3 表决架构布置温度传感器阵列，设置硬件层与算法层的双重校验逻辑。开发具有自愈功能的控制程序，当检测到执行机构异常时自动切换至备用控制回路。针对极端工况设计渐进式降温预案，通过多变量解耦控制实现安全软着陆。定期进行控制系统 FMEA 分析，更新故障树数据库，确保温控系统 MTBF 达到 10 万小时以上行业领先水平。

4.6 自适应模糊神经网络在复杂工况下的智能温控应用

针对工业装置中普遍存在的时滞性、非线性和强耦合等温度安全控制难题，引入自适应模糊神经网络（AFNN）构建智能温控核心算法。该算法通过融合模糊逻辑的专家经验表达能力和神经网络的自学习特性，实现了对复杂工况的智能化适应。特别针对装置启停、负荷切换等瞬态过程，开发了带动态补偿因子的改进算法，使温度超调量降低至传统 PID 控制的1/5。系统还具备在线参数自整定功能，可根据换热器结垢程度、介质成分变化等扰动安全因素自动调整控制参数，保持控制精度的长期稳定性。

结束语

循环液温度的科学调控是提升湿法脱苯效能的重要突破口，其优化需要兼顾热力学平衡与传质速率的双重需求。通过建立温度参数与苯系物去除率的动态响应机制，不仅能实现处理效果的稳定提升，还可降低系统运行能耗。未来随着智能控制技术与在线监测手段的发展，温度参数的实时优化将推动湿法脱苯工艺向更高效、更精准的方向持续进化，为 VOCs 治理提供新的技术支撑。

参考文献

[1]刘国伟.焦炉上升管余热蒸汽在负压脱苯工艺中的应用探究[J].山西冶金，2024，47（07）：149-152.

[2] 张辉， 王密军. 煤化工粗苯系统检修风险与控制[J]. 化工管理，2024，（15）：146-148.

[3]张然，张雅琳，吴培，吕忠武，宋绍彤，李荣观，徐华，鞠雅娜，顾明.沉淀法 高镍催化剂的制备及其催化重整抽余油加氢性能[J].石油学报（石油加 工），2024，40（02）：359-370.

[4]胡宁.煤焦化粗苯生产精苯预处理工序的工艺改进[J]. 化工管理，2024，（02）：145-147.

[5]张锐，许刚，梁春燕.提高焦炉煤气中苯族烃回收率的研究[J].煤炭科学技术，2020，48（S2）：65-70.