精餾塔操作及其安全運(yùn)行影響因素分析

張林林　王勇

摘 要：考慮精餾塔在組分提純中的關(guān)鍵作用，基于前人對(duì)精餾塔操作影響因素及結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)時(shí)異常工況的分析，本文首先對(duì)精餾塔的作用及設(shè)備進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，其次從影響精餾塔安全運(yùn)行方面出發(fā)，對(duì)精餾塔的操作影響因素進(jìn)行了深入綜合分析，以期為精餾塔的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：精餾塔;操作因素;異常工況;安全運(yùn)行

精餾塔作為化工精餾的一種塔式氣液接觸裝置，在組分提純分離中起著至關(guān)重要的作用。目前，關(guān)于精餾塔的操作規(guī)范及安全影響因素已有不少研究，陳環(huán)琴和廖江芬從物料平衡關(guān)系、回流比、進(jìn)料工況三個(gè)方面對(duì)精餾塔工藝操作影響因素進(jìn)行了分析[1];段正剛對(duì)精餾塔操作主要參數(shù)進(jìn)行了分析，主要包括：操作壓力、回流比、進(jìn)料量、進(jìn)料組分、塔釜熱源和塔頂塔底采出[2];魏文博對(duì)精餾高效節(jié)能技術(shù)從分級(jí)換熱技術(shù)、塔系熱集成技術(shù)、多效精餾技術(shù)作了介紹分析[3];在甲醇生產(chǎn)過(guò)程中，針對(duì)精餾時(shí)常壓塔產(chǎn)品中乙醇超標(biāo)的原因張洪偉從甲醇合成反應(yīng)的工藝條件、常壓塔側(cè)線采出位置、精餾系統(tǒng)操作條件和工藝指標(biāo)控制不當(dāng)進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的改善措施[4];王延召對(duì)雙塔精餾制氮工藝在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生多次次工況波動(dòng)的問(wèn)題，通過(guò)深入分析排查，最終排除了故障，保證了制氮工藝的正常運(yùn)行[5]。本文結(jié)合前人對(duì)精餾塔的操作影響因素的分析結(jié)合自身工作實(shí)踐，對(duì)精餾塔操作及其安全運(yùn)行影響因素進(jìn)行綜合深入的分析。

1 精餾塔概述

精餾塔作為化工精餾的重要設(shè)備，該塔式裝置可以實(shí)現(xiàn)氣液接觸分離。其工作原理是利用原料液中各組分揮發(fā)度的差異及蒸氣壓不同這一性質(zhì)，將原料液中的輕組分轉(zhuǎn)移到氣相中，而將氣相中的重組分冷凝到液相中，從而實(shí)現(xiàn)不同組分分離的目的。關(guān)于蒸餾，其可以對(duì)一些組份進(jìn)行簡(jiǎn)單的分離，但并不能分離出高純度的產(chǎn)品。在化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)中常常需要獲得純度較高的產(chǎn)品或中間品，精餾過(guò)程可以幫助人們獲取這種高純度的產(chǎn)品或中間品。用于精細(xì)分離的精餾塔，從塔內(nèi)建結(jié)構(gòu)上可以分為板式塔和填料塔兩大類，板式塔中氣液兩相基本上呈多次逆流接觸，而每層板上的氣液兩相常為交叉流。填料塔中氣液兩相常作連續(xù)逆流接觸。常用的精餾裝置包括回流罐、冷凝器、塔身以及再沸器等設(shè)備。將進(jìn)料從某段塔板上送入塔內(nèi)時(shí)這塊塔板稱為進(jìn)料板。其將精餾塔分為兩段，進(jìn)料板的下部分稱為提餾段，以上部分稱為精餾段。

2 影響精餾塔操作的因素

2.1 物料平衡

物料平衡指的是單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)塔的物料量應(yīng)等于離開(kāi)塔的諸物料量之和。物料平衡主要依靠精餾塔中的進(jìn)料量和塔頂、塔底出料量來(lái)調(diào)節(jié)的。物料平衡體現(xiàn)了精餾塔的生產(chǎn)能力。當(dāng)操作不符合物料平衡時(shí)，最先給出指示的是塔壓差的變化。當(dāng)進(jìn)得少，出得多時(shí)，塔壓差會(huì)有明顯的下降。如果精餾塔壓差太小，會(huì)導(dǎo)致塔內(nèi)蒸氣上升的速度過(guò)小，使得氣液兩相在塔板上的傳質(zhì)效果降低，嚴(yán)重的會(huì)發(fā)生漏液現(xiàn)象，降低了塔板精餾分離的效率;如果精餾塔壓差過(guò)大，精餾時(shí)塔內(nèi)部蒸氣上升的速度就會(huì)變大，導(dǎo)致明顯的霧沫夾帶，更嚴(yán)重的會(huì)發(fā)生液泛而使得正常的操作不能順利進(jìn)行;保持物料平衡是精餾塔操作中的關(guān)鍵。如果物料平衡被打破，則塔內(nèi)的分離將處于混亂狀態(tài)，同時(shí)也將影響另外兩個(gè)平衡：熱平衡需重新調(diào)整，氣液相平衡達(dá)不到預(yù)期的效果。

2.2 氣液相平衡

氣液相平衡主要是靠調(diào)節(jié)分餾塔內(nèi)的溫度、壓力及塔板上氣液接觸的情況來(lái)實(shí)現(xiàn)的，反映了產(chǎn)品的質(zhì)量及損失情況。只有當(dāng)分餾塔內(nèi)溫度、壓力固定時(shí)，才有確定的氣液相平衡形成，當(dāng)分餾塔內(nèi)溫度、壓力發(fā)生變化后，氣液相平衡所決定的組成隨之發(fā)生變化，最終導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量和損失情況也發(fā)生變化。由于氣液相平衡與物料平衡相互影響，如果物料平衡操作得當(dāng)，則在塔內(nèi)上升蒸氣的速度也就合適，進(jìn)而會(huì)使得氣液接觸良好，最終保持傳熱傳質(zhì)的高效率運(yùn)行。當(dāng)然物料平衡的變化也會(huì)影響塔內(nèi)溫度、壓力的改變。

2.3 熱量平衡

熱量平衡具體反應(yīng)在塔頂溫度上，是指進(jìn)入塔內(nèi)的熱量與出塔的熱量相平衡。在精餾過(guò)程中其作為物料平衡和氣液相平衡實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，又依附于它們。如果整個(gè)操作中沒(méi)有熱的氣相和冷的回流，則塔內(nèi)整個(gè)精餾過(guò)程也就無(wú)法實(shí)現(xiàn);而精餾塔氣液相平衡組成改變即操作壓力、溫度的改變，則會(huì)引起塔板上液體汽化的吸熱量與氣相冷凝的放熱量發(fā)生改變，表現(xiàn)出塔頂取熱和進(jìn)料供熱的變化。

2.4 操作壓力

精餾時(shí)，如何保持精餾塔的操作壓力恒定，是整個(gè)精餾操作的基礎(chǔ)。壓力升高，會(huì)使得各組分揮發(fā)度降低，造成塔釜液位增高，即塔釜輕組份超標(biāo)，影響分離效果;反之，壓力降低，會(huì)使得塔底重組份揮發(fā)，造成塔頂重組份超標(biāo)，如壓力下降過(guò)快，甚至?xí)斐蓻_塔等嚴(yán)重后果。

2.5 回流比

精餾塔工藝操作過(guò)程中回流比是其中的主要因素。回流比大小的調(diào)節(jié)是化工企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中保障產(chǎn)品質(zhì)量的主要措施，其自身的大小調(diào)節(jié)不合理都會(huì)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量造成嚴(yán)重的影響。如果回流比不合理化的上升，精餾塔內(nèi)部蒸汽與液體量都會(huì)隨著回流比增加，從而使精餾塔內(nèi)部的氣液量超出所承受的標(biāo)準(zhǔn)，最終引發(fā)精餾塔的塔板工作效率降低。相反，如果回流比逐漸降低，導(dǎo)致其他因素也隨之降低，無(wú)法發(fā)揮精餾塔氣液分離的最大化效用。因此，有效合理控制回流比是企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素。

2.6 進(jìn)料量及溫度

進(jìn)料量大小對(duì)精餾操作影響主要有兩方面，一是進(jìn)料量波動(dòng)范圍沒(méi)有超過(guò)塔頂冷凝器、加熱釜負(fù)荷，在調(diào)節(jié)適當(dāng)情況下，不會(huì)引發(fā)頂溫和釜溫變化，而會(huì)影響到塔內(nèi)上升蒸汽速度;二是進(jìn)料量變化超過(guò)了加熱負(fù)荷和塔頂冷凝器范圍，這不僅會(huì)影響塔內(nèi)蒸汽上升速度，也會(huì)影響到塔內(nèi)溫度的分布，如塔頂和塔釜溫度，使得塔板上氣液平衡組成發(fā)生變化，塔頂產(chǎn)品質(zhì)量降低，也會(huì)導(dǎo)致塔釜損失。因此合理的進(jìn)料對(duì)于精餾是至關(guān)重要的。

在進(jìn)料溫度發(fā)生變化情況下，會(huì)在很大程度上影響精餾操作;如果進(jìn)料溫度較低，會(huì)加大加熱釜熱負(fù)荷，而降低塔頂冷凝器冷負(fù)荷;進(jìn)料溫度較高，則會(huì)降低加熱釜熱負(fù)荷，而加大冷凝器冷負(fù)荷。在進(jìn)料溫度出現(xiàn)較大變化時(shí)，對(duì)整個(gè)塔溫度會(huì)產(chǎn)生影響，而改變其氣液平衡與進(jìn)料狀態(tài)，引發(fā)精餾段和提餾段負(fù)荷，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量、物料平衡產(chǎn)生不良影響。要保證溫度條件合理，需對(duì)其進(jìn)行計(jì)算。

2.7 進(jìn)料組分

進(jìn)料組成的變化直接對(duì)精餾塔工藝的操作過(guò)程造成嚴(yán)重的影響。首先是關(guān)于進(jìn)料組成中重組分的影響，進(jìn)料中重組分的增加會(huì)影響精餾塔塔頂?shù)牟僮鳎ㄟ^(guò)對(duì)塔頂不斷增加重組分使塔頂操作的產(chǎn)品質(zhì)量出現(xiàn)問(wèn)題。其次是關(guān)于進(jìn)料組成中輕組分的影響，如果在操作過(guò)程中進(jìn)料的輕組分不斷增加，會(huì)導(dǎo)致塔釜內(nèi)部的輕組分嚴(yán)重破損，從而使精餾塔工藝整體操作過(guò)程受影響。

2.8 塔釜熱源

塔釜熱源是塔進(jìn)行塔分離的直接要素之一，塔釜溫度由塔釜再沸器經(jīng)熱源加熱塔釜物料獲得，一般由塔底泵或者熱虹吸原理進(jìn)行循環(huán)。塔釜熱源的變化直接影響到塔內(nèi)上升蒸汽的速率及塔釜溫度控制指標(biāo)，若在保證塔壓前提下，塔釜溫度在控制指標(biāo)之下，會(huì)造成塔釜輕組分揮發(fā)不完全，造成塔釜輕組分超標(biāo);當(dāng)塔釜溫度在控制指標(biāo)時(shí)，此時(shí)加大熱源，會(huì)增大塔內(nèi)蒸汽上升速率，熱源的調(diào)整要平穩(wěn)上升或下降，并與回流的調(diào)整同時(shí)進(jìn)行，否則會(huì)破壞傳質(zhì)傳熱，嚴(yán)重的甚至?xí)斐蓻_塔。

3 結(jié)論

精餾塔工藝操作對(duì)化工生產(chǎn)質(zhì)量和效率有很大影響，要保證生產(chǎn)過(guò)程順利進(jìn)行，就要掌握其操作工藝，根據(jù)其中影響因素來(lái)合理控制，這不僅能保證分離提純產(chǎn)品的質(zhì)量，還能使得精餾塔安全穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)化工企業(yè)的安全發(fā)展是至關(guān)重要的。

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