淺析影響精餾塔精餾操作的因素

黃岳　劉向欣　徐洋

[摘要]在化工生產(chǎn)領(lǐng)域精餾塔常被用來(lái)分離甲醇一水，通過(guò)連續(xù)精餾可以獲得濃度更高的甲醇，精餾塔在生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中有各種因素精餾操作，為了提高獲得更好的分離甲醇一水，獲得更高濃度的甲醇，需要我們?cè)谶\(yùn)行中分析影響精餾操作的各種因素，對(duì)物料平衡、塔頂回流、塔釜溫度、操作壓力等進(jìn)行控制，使精餾塔更好的進(jìn)行精餾工作。

[關(guān)鍵詞]精餾塔、甲醇、分離、因素

[中圖分類(lèi)號(hào)]TE624 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1672-5158（2013）06-0156-01

前言

精餾塔是進(jìn)行精餾的一種塔式汽液接觸裝置，又稱(chēng)為蒸餾塔。有板式塔與填料塔兩種主要類(lèi)型。根據(jù)操作方式又可分為連續(xù)精餾塔與間歇精餾塔。蒸餾的基本原理是將液體混合物多次部分氣化和部分冷凝，利用其中各組份揮發(fā)度不同的特性，實(shí)現(xiàn)分離目的的單元操作。

一、精餾與塔設(shè)備簡(jiǎn)介

塔設(shè)備是煉油、化工、石油化工等生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的氣液傳質(zhì)設(shè)備。根據(jù)塔內(nèi)氣液接觸部件的結(jié)構(gòu)型式，可分為板式塔和填料塔。板式塔內(nèi)設(shè)置一定數(shù)目的塔板，氣體以鼓泡或噴射形式穿過(guò)板上液層進(jìn)行熱傳遞，氣液相組成呈階梯變化，屬逐級(jí)接觸逆流操作過(guò)程。填料塔內(nèi)裝有一定高度的填料層，液體自塔頂沿填料表面下流，氣體逆流向上（也有并流向下者）與液相接觸進(jìn)行熱傳遞，氣液相組成沿塔高連續(xù)變化，屬微分接觸操作過(guò)程。塔設(shè)備就是使氣液成兩相通過(guò)緊密接觸達(dá)到相際傳質(zhì)和傳熱目的的氣液傳質(zhì)設(shè)備之一。

蒸餾是分離液體混合物的一種方法，是傳質(zhì)過(guò)程中最重要的單元操作之一，蒸餾的理論依據(jù)是利用溶液中各組分蒸汽壓的差異，即各組分在相同的壓力、溫度下，其探發(fā)性能不同（或沸點(diǎn)不同）來(lái)實(shí)現(xiàn)分離目的。由于甲醇的沸點(diǎn)比水低，則甲醇的揮發(fā)度比水高，所以甲醇易從液相中汽化出來(lái)。若將汽化的蒸汽全部冷凝，即可得到甲醇組成高于原料的產(chǎn)品，依此進(jìn)行多次汽化及冷凝過(guò)程，即可將甲醇和水分離。這多次進(jìn)行部分汽化成部分冷凝以后，最終可以在汽相中得到較純的易揮發(fā)組分，而在液相中得到較純的難揮發(fā)組分，這就是精餾。

二、影響精餾塔精餾操作的因素

精餾塔的工作原理是甲醇水通過(guò)兩塔蒸餾后，甲醇濃度還需要進(jìn)一步提高，雜質(zhì)還需進(jìn)一步排除，精餾塔的蒸餾目的就是通過(guò)加熱蒸發(fā)、冷凝、回流，獲得更高濃度的成品合格甲醇。影響精餾塔精餾操作的主要因素有以下幾種。

1、物料平衡的影響和制約

根據(jù)精餾塔的總物料衡算可知，對(duì)于一定的原料液流量F和組成XF，只要確定了分離程度xD和xW，餾出液流量D和釜?dú)堃毫髁縒也就被確定了。采出率D/F：D/F=（xF-xW）/（xD-xW）不能任意增減，否則進(jìn)、出塔的兩個(gè)組分的量不平衡，必然導(dǎo)致塔內(nèi)組成變化，操作波動(dòng)，使操作不能達(dá)到預(yù)期的分離要求。

在精餾塔的操作中，需維持塔頂和塔底產(chǎn)品的穩(wěn)定，保持精餾裝置的物料平衡是精餾塔穩(wěn)態(tài)操作的必要條件。通常由塔底液位來(lái)控制精餾塔的物料平衡。

2、塔頂回流的影響

回流比是影響精餾塔分離效果的主要因素，生產(chǎn)中經(jīng)常用回流比來(lái)調(diào)節(jié)、控制產(chǎn)品的質(zhì)量。當(dāng)回流比增大時(shí)，精餾產(chǎn)品質(zhì)量提高；當(dāng)回流比減小時(shí)，xD減小而xW增大，使分離效果變差。回流比增加，使塔內(nèi)上升蒸汽量及下降液體量均增加，若塔內(nèi)汽液負(fù)荷超過(guò)允許值，則可能引起塔板效率下降，此時(shí)應(yīng)減小原料液流量。

調(diào)節(jié)回流比的方法可有如下幾種：（1）減少塔頂采出量以增大回流比。（2）塔頂冷凝器為分凝器時(shí)，可增加塔頂冷劑的用量，以提高凝液量，增大回流比。（3）有回流液中間貯槽的強(qiáng)制回流，可暫時(shí)加大回流量，以提高回流比，但不得將回流貯槽抽空。

必須注意，在餾出液采出率D/F規(guī)定的條件下，籍增加回流比R以提高xD的方法并非總是有效。加大操作回流比意味著加大蒸發(fā)量與冷凝量，這些數(shù)值還將受到塔釜及冷凝器的傳熱面的限制。

3、進(jìn)料熱狀況的影響

當(dāng)進(jìn)料狀況發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)適當(dāng)改變進(jìn)料位置，并及時(shí)調(diào)節(jié)回流比R。一般精餾塔常設(shè)幾個(gè)進(jìn)料位置，以適應(yīng)生產(chǎn)中進(jìn)料狀況，保證在精餾塔的適宜位置進(jìn)料。如進(jìn)料狀況改變而進(jìn)料位置不變，必然引起餾出液和釜?dú)堃航M成的變化。進(jìn)料情況對(duì)精餾操作有著重要意義。常見(jiàn)的進(jìn)料狀況有五種，不同的進(jìn)料狀況，都顯著地直接影響提餾段的回流量和塔內(nèi)的汽液平衡。精餾塔較為理想的進(jìn)料狀況是泡點(diǎn)進(jìn)料，它較為經(jīng)濟(jì)和最為常用。

4、塔釜溫度的影響

釜溫是由釜壓和物料組成決定的。精餾過(guò)程中，只有保持規(guī)定的釜溫，才能確保產(chǎn)品質(zhì)量。因此釜溫是精餾操作中重要的控制指標(biāo)之一。

提高塔釜溫度時(shí)，則使塔內(nèi)液相中易揮發(fā)組分減少，同時(shí)，并使上升蒸汽的速度增大，有利于提高傳質(zhì)效率。如果由塔頂?shù)玫疆a(chǎn)品，則塔釜排出難揮發(fā)物中，易揮發(fā)組分減少，損失減少；如果塔釜排出物為產(chǎn)品，則可提高產(chǎn)品質(zhì)量，但塔頂排出的易揮發(fā)組分中夾帶的難揮發(fā)組分增多，從而增大損失。在提高溫度的時(shí)候，既要考慮到產(chǎn)品的質(zhì)量，又要考慮到工藝損失。

一般情況下，操作習(xí)慣于用溫度來(lái)提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低工藝損失。當(dāng)釜溫變化時(shí)，通常是用改變蒸發(fā)釜的加熱蒸汽量，將釜溫調(diào)節(jié)至正常。當(dāng)釜溫低于規(guī)定值時(shí)，應(yīng)加大蒸汽用量，以提高釜液的汽化量，使釜液中重組分的含量相對(duì)增加，泡點(diǎn)提高，釜溫提高。

當(dāng)釜溫高于規(guī)定值時(shí)，應(yīng)減少蒸汽用量，以減少釜液的汽化量，使釜液中輕組分的含量相對(duì)增加，泡點(diǎn)降低，釜溫降低。此外還有與液位串級(jí)調(diào)節(jié)的方法等。

5、操作壓力的影響

塔的壓力是精餾塔主要的控制指標(biāo)之一。在精餾操作中，常常規(guī)定了操作壓力的調(diào)節(jié)范圍。塔壓波動(dòng)過(guò)大，就會(huì)破壞全塔的氣液平衡和物料平衡，使產(chǎn)品達(dá)不到所要求的質(zhì)量。

提高操作壓力，可以相應(yīng)地提高塔的生產(chǎn)能力，操作穩(wěn)定。但在塔釜難揮發(fā)產(chǎn)品中，易揮發(fā)組分含量增加。如果從塔頂?shù)玫疆a(chǎn)品，則可提高產(chǎn)品的質(zhì)量和易揮發(fā)組分的濃度。

影響塔壓變化的因素：塔頂溫度，塔釜溫度、進(jìn)料組成、進(jìn)料流量、回流量、冷劑量、冷劑壓力等的變化以及儀表故障、設(shè)備和管道的凍堵等。

對(duì)于常壓塔的壓力控制，主要有以下三種方法。（1）對(duì)塔頂壓力在穩(wěn)定性要求不高的情況下，無(wú)需安裝壓力控制系統(tǒng)，應(yīng)當(dāng)在精餾設(shè)備（冷凝器或回流罐）上設(shè)置一個(gè)通大氣的管道，以保證塔內(nèi)壓力接近于大氣壓。（2）對(duì)塔頂壓力的穩(wěn)定性要求較高或被分離的物料不能和空氣接觸時(shí)，若塔頂冷凝器為全凝器時(shí)，塔壓多是靠冷劑量的大小來(lái)調(diào)節(jié)。（3）用調(diào)節(jié)塔釜加熱蒸汽量的方法來(lái)調(diào)節(jié)塔釜的氣相壓力。

在生產(chǎn)中，當(dāng)塔壓變化時(shí)，控制塔壓的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)就會(huì)自動(dòng)動(dòng)作，使塔壓恢復(fù)正常。當(dāng)塔壓發(fā)生變化時(shí)，首先要判斷引起變化的原因，而不要簡(jiǎn)單地只從調(diào)節(jié)上使塔壓恢復(fù)正常，要從根本上消除變化的原因，才能不破壞塔的正常操作。

結(jié)束語(yǔ)

從對(duì)影響精餾操作的因素著手，對(duì)物料平衡、塔頂回流、塔釜溫度、操作壓力等進(jìn)行分析，可以更好的提高產(chǎn)品的質(zhì)量，使精餾塔在甲醇水分離過(guò)程中發(fā)揮出應(yīng)有的作用，獲得更高的甲醇濃度，提高甲醇產(chǎn)品的合格率。

參考文獻(xiàn)

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