探討精餾塔工藝操作影響因素

陳環琴 廖江芬

（杭州中泰深冷技術股份有限公司，浙江 杭州311402）

精餾塔在化工等產業中的主要作用就是精餾，這項工藝受很多因素的影響，如物料平衡關系的影響、回流比的影響、進料工況的影響等等，這些因素的偏離使得精餾塔工藝的效率降低、產品的質量下降、產品純度降低及工藝操作的穩定性下降，基于此，本文針對精餾塔工藝操作影響因素進行了探究。

1 物料平衡關系的影響

物料平衡是精餾塔工藝三大平衡之一，具體的關系式如下：

物料平衡關系式為：F=D+W

輕組分關系式為：FxF=DxD+WxW

根據以上公式可知，即對于一定的原料液而言，當F 和xF確定了之后，只要知道xD、xW的取值，那么就能夠計算出D（塔頂流出液流量）和W（塔釜液流量）的數值了。

將上面兩個式子進行求解，我們能夠得到以下兩個條件：

采出率η=D/F

D/F=（xF-xW）/（xD-xW）

上述公式中，F 為進料原液流量，xF為進料內輕組分的組成；xD為塔頂部餾液中輕組分的組成；xW為塔釜內輕組分的組成。

根據這兩個公式，我們又能夠得出這樣的結論：（1）不能夠隨意地增減F（原液流量）、D、W 的數值，如果隨意地增減了這三個量，那么將會導致塔內的進出流量出現不平衡的現象，使塔內的組成發生變化，最終影響分離的效果；（2）在精餾塔工藝的操作過程中，必須要保持塔頂和塔底產品的穩定，這樣才能夠保證精餾裝置的平衡。這種平衡通常是由物料守恒來進行保持的。

2 回流比影響

2.1 精餾段關系式。對于精餾段操作來說，主要依靠的是回流比來對這段操作的產品質量進行調節以及控制的。因此可以這么說，回流比是影響精餾段產品質量、精餾效率的重要影響因素。針對回流比存在這樣的關系式：

V=L+D

yn+1=L/（L+D）*xn+D/（L+D）*xD

R=L/D

將以上這三個公式進行處理。我們能夠得到：

yn+1=R/（R+1）*xn+1/(R+1)*xD

公式中字母所代表的含義為：V 代表精餾段內上升蒸汽的流量；L 代表精餾段內下降液體（回流液）流量；yn+1代表自第n+1板上升到第n 板的蒸汽中輕組分的摩爾分數或質量分數；xn代表自第n+1 板回流到到第n 板的液體中輕組分的摩爾分數或質量分數；R 代表回流比。

2.2 小結。（1）當回流比增大時，所需的板數就會減少，從而精餾的產品質量就會提升。（2）當回流比減小時，所需的板數就會增加，xD的數值會相應的減小、xW的數值會相應的增加，這些數值的變化會導致分離效果變差。（3）當回流量增大時，塔內壓會發生明顯的增加，從而使精餾產品的純度增加；當回流量減少時，塔內壓會發生明顯的降低，從而使精餾產品的純度變差。（4）當回流量增大時，會使塔內的汽循環量增大，從而使冷劑量以及加熱蒸汽量增大；但是，如果回流量過大，就會導致淹塔現象的發生，從而使精餾塔無法進行正常的工作。

2.3 回流比調節控制。綜上所述，我們發現回流比增加能夠有利于精餾塔工藝的操作，因此，在實際的工作中，操作人員可以通過以下的方法進行回流比的調節以及控制：（1）通過增加塔頂采出量來增大回流比；（2）在塔頂冷凝器為塔頂分凝器時，可以通過增加塔頂冷凝劑的流量，來提高塔頂的冷凝數量來提高回流比。（3）當回流液發生強制回流的現象時，可以通過增加回流量來提升回流比。

需要注意的是，在餾出液采出率D/F 規定的條件下，通過增加回流比來提高xD的數值并不總是有效的，因此，當操作人員向使用這個方法時，一定要考慮到其他數值的變化，從而確保此方法的有效性。

3 進料各工況影響

3.1 進料量的影響。在日常的操作過程中，如果進料量發生了變化，那么相應的冷凝劑流量以及加熱劑流量也要進行調節，進料量的變化對于塔頂以及塔釜的溫度而言并沒有很大的影響，但是對于塔內蒸汽上升的速度卻有著很大的影響。

（1）當進料量增加時，塔內的蒸汽上升速度接近液泛時，此時的傳質效果最佳。但是如果超過了液泛速度，那么就會破壞精餾塔內的正常工作，使蒸餾塔的工作效率降低。（2）當進料量減少時，塔內的蒸汽上升速度會相應地降低，從而影響傳質的效果。與此同時，如果進料量過低時，將會有漏液的情況發生，嚴重地影響分離效果。

值得注意的是，如果進料量的變化范圍超過塔釜再沸器和塔頂冷凝器的負荷，那么將會嚴重地影響精餾塔頂以及塔底的氣液平衡，從而導致精餾塔頂以及塔底的產品質量發生嚴重地偏離，即產品不達標，極大地造成了原料的損失。因此，操作工人一定要嚴格地控制進料量的變化范圍，防止這種情況的發生。

3.2 進料組成的影響。（1）如果進料中易蒸發的組分增加了，那么提餾段所需要的塔板數量也要相應地增加。對于塔板數量固定的精餾塔而言，如果原料中易蒸發組分增加，那么必然會引起提餾段負荷的加重，提餾段負荷的加重進而會引發釜液中易蒸發成分的增加，從而導致塔內中產品的嚴重損失，與此同時也會使精餾塔內的平衡發生變化，使塔壓增加。因此，在已知物料中易蒸發成分較多的情況下，一定要注意使用塔板數量可以增加的精餾塔，可通過增加入口來調節，否則將會給化工生產過程帶來巨大的損失。（2）如果進料中難揮發成分較多，那么相應地就要減少提餾段所需要的塔板數量。（3）當進料的組分發生變化時，可以采取以下的方法與手段：改變進料口，如果組成變輕，那么進料口將會上移，相反，如果組成變重，那么進料口將會下移；改變回流比，如果組成變輕，那么應該適當地減小回流比，如果組成變重，那么應該適當地增加回流比；可以通過調整熱源以及冷凝劑的流量，來維持產品質量的不變。

3.3 進料熱狀態的影響。精、提餾段操作線交點可聯立精、提餾段操作線性方程可以得到：

y=q/（q-1）x-xF/（q-1）

上述線性方程中，xF 代表進料中輕組分的摩爾分數或質量分數；q 代表精、提溜段操作線交點的位移。

下表為進料熱狀況對于q 線的影響：

進料熱狀況 進料的i?? q 值 q/q-1 冷液體 i?＜i? ＞1 1-∞ 飽和液體 i? = i? 1 ∞ 氣液混合物 I?＜i?＜i?? 0＜q＜1 -∞-0 飽和蒸汽 i? =i?? 0 0 過熱蒸汽 i?＞i?? ＜0 0～1

其中iF、iL、iV分別代表進料、飽和液體和飽和蒸汽的焓值。

通過以上公式以及表格，我們能夠得出以下的結論：

在化工生產的過程中，如果只有R 值不變，只有進料的熱狀況發生變化時，就會進而引起q 值的變化，q 是精、提溜段操作線交點的位移，q 發生變化就意味著精餾塔的塔板位置發生了變化，進而會引起所需塔板數量發生變化。與此同時，對于塔板位置固定的精餾塔而言，如果進料的冷熱狀態發生變化，那么就會引起產品質量發生改變。

當進料情況發生變化時，相應地也要改變進料的位置，同時也要調整回流比。因此，在精餾塔上要所多設置幾處進料口，以適應在化工生產過程中發生各種的進料情況，從而保證產品的質量。

通過表格我們能夠知道對于五種進料狀況，每一種進料情況都影響著精餾塔內的汽液平衡，因此，我們可以說進料情況對于精餾塔工藝操作有著重要的意義。

綜上所述，本文對精餾塔工藝操作的影響因素進行了研究分析，本文的分析內容不但能夠給精餾塔日常工藝操作提供堅實的技術支持，而且為精餾塔設計選型提供了參考理論基礎。隨著化工行業的不斷發展，對于裝置中精餾塔的研究工作一定會越來越多，精餾塔的技術也將不斷提高。