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精馏塔工艺操作的影响因素

发布时间:2018-04-24 12:53:00 点击:    

1 引言

无锡奇幻城酒精回收塔2018年4月24日讯  精馏塔是石油及化工生产中最重要的设备之一,通过气(或汽)液或液液两相的紧密接触,达到相间传质和传热的目的,实现混合物系的分离提纯。精馏塔工艺操作中的物料平衡关系、回流比、进料工况、塔压、塔温、组分配比及内部水力学现象均直接关系着精馏操作的稳定性,影响整个生产装置的产量、质量、生产能力、消耗定额及环保等各个方面[1]。


2 物料平衡关系的影响

物料平衡系精馏塔操作三大平衡之一,属于精馏塔宏观控制因素。即对于精馏塔系统存在以下关系式:

总物料平衡关系式[2]:F=D+W              (1)

轻组分关系式:FXF=DXD+WXW           (2)

式中,F—进塔的原料流量,kmol/h或kg/h;

D—塔顶馏出液流量,kmol/h或kg/h;

W—塔釜残液流量,kmol/h或kg/h;

XF—进料中轻组分的摩尔分数或质量分数;

XD——塔顶馏出液中轻组分的摩尔分数或质量分数;

XW——塔釜残液中轻组分的摩尔分数或质量分数。

根据总物料平衡关系式可以得出结论:对于一定的原料液,给定F与XF,只要确定XD、XW,那么塔顶馏出液流量D与塔釜残液量W就可以确定。

对(1)式与(2)式进行求解,可以得到:

采出率:        η=D/F            (3)

(4)

因此,不能任意增减进塔的原料流量F、塔顶馏出液流量D与塔釜残液流量W,否则进、出塔组分的量不平衡,必然导致塔内组成变化,操作波动,使操作不能达到预期的分离要求。此外,在精馏塔的操作中,需维持塔顶和塔底产品的稳定,保持精馏装置的物料平衡是精馏塔稳态操作的必要条件。通常由塔底液来控制精馏塔的物料平衡。

3 回流比的影响

对于精馏段操作,生产中经常用回流比来调节、控制产品的质量。回流比是精馏塔中直接影响产品质量和塔分离效果的重要因素,改变回流量是精馏塔操作中重要的和有效的操作手段。精馏段操作存在以下关系式[3]:

V=L+D                           (5)


(6)

R=L/D                           (7)

式中,

V—精馏段内上升蒸汽的流量,kmol/h或kg/h;

L—精馏段内下降液体的流量,kmol/h或kg/h;

 yn+1—自第n+1板上升到第n板的蒸汽中轻组分的摩尔分数或质量分数;

Xn—自第n板回流到第n+1板的液体中轻组分的摩尔分数或质量分数;

R—回流比。

由(6)与(7)式得出:

(8)

由此可以得出以下结论:

(1)当回流比增大时,所需理论板数减少,对于已确定的精馏塔,产品质量提高;

(2)当回流比减小时,所需理论板数增加,对于已确定精馏塔,XD减小而XW增大,使分离效果变差;

(3)回流量增加,塔压差明显增大,塔顶产品纯度会提高;回流量减少,塔压差变小,塔顶产品纯度变差;

(4)回流比增大,造成塔内汽液循环量增大,冷剂量和加热蒸汽量增大;而回流比过大,则会造成淹塔,破坏塔的正常操作。

日常操作调节回流比的方法主要有三种:

(1)减少塔顶采出量以增大回流比;

(2)塔顶冷凝器为分凝器时,可增加塔顶冷剂的用量,以提高凝液量,增大回流比;

(3)有回流液中间贮槽的强制回流,可暂时加大回流量,以提高回流比,但不得将回流贮槽抽空。

注意在馏出液采出率D/F规定的条件下,增加回流比R以提高XD的方法并非总是有效。加大操作回流比意味着加大蒸发量与冷凝量,这些数值还将受到塔釜及冷凝器传热面的限制。

4 进料的影响

4.1 进料量的影响

当进料量发生变化时,加热剂和冷凝剂均需做相应的调整,对塔顶温度和塔釜温度不会有显著的影响,只影响塔内蒸汽上升的速度。

(1)进料量增大,上升气速接近液泛时,传质效果最好;超过液泛速度时会破坏塔的正常操作;

(2)进料量降低,气速降低,对传质不利,严重时易造成漏液,分离效率降低。

若进料量的变化范围超过塔釜再沸器和塔顶冷凝器的负荷,温度的变化引起气液平衡组成的变化,将造成塔顶与塔底产品质量不合格,且使物料的损失增大。

4.2 进料组成的影响

(1)原料中易挥发组分含量增大,提馏段所需要塔板增多。对固定板数的精馏塔而言,提馏段的负荷加重,釜液中易挥发组分含量升高,使损失加大,同时引起全塔物料平衡的变化,塔温下降,塔压升高;

(2)原料中难挥发组分含量增大,则情况相反;

(3)进料组分变化,采取以下措施:改变进料口,组成变轻,进料口上移;改变回流比,组成变轻,减小回流比;调整加热源和冷凝剂的量,维持产品质量不变。

4.3 进料热状态的影响

精、提馏段操作线的交点可联立精、提馏段操作线方程得到:


(9)

表1 进料热状况对q线的影响

生产中若R一定,仅进料热状态发生变化,引起q值改变,是精、提馏段两操作线的交点位移,从而引起加料板位置的变化,则会引起两段塔板数的变化。对于固定板进料位置的塔,进料热状态的变化,则会引起产品质量的变化。

当进料状况(XF和q)发生变化时,应适当改变进料位置,并及时调节回流比R。一般精馏塔常设几个进料位置,以适应生产中不同进料状况,保证在精馏塔的适宜位置进料。若进料状况改变而进料位置不变,必然引起馏出液和釜残液组成的变化。

进料情况对精馏操作有着重要意义。常见的进料状况有五种,不同的进料状况,都显著地直接影响提馏段的回流量和塔内的汽液平衡。精馏塔较为理想的进料状况是泡点进料,它较为经济和最为常用。

5 塔釜温度的影响

釜温是由釜压和物料组成决定的。精馏过程中,只有保持规定的釜温,才能确保产品质量。因此釜温是精馏操作中重要的控制指标之一。

提高塔釜温度时,塔内液相中易挥发组分减少,同时,上升蒸汽的速度增大,有利于提高传质效率。如果由塔顶得到产品,则塔釜排出难挥发物中,易挥发组分减少,损失减少;如果塔釜排出物为产品,则可提高产品质量,但塔顶排出的易挥发组分中夹带的难挥发组分增多,从而增大损失。

在提高温度的时候,既要考虑到产品的质量,又要考虑到工艺损失。一般情况下习惯于调节温度来提高产品质量,降低工艺损失。当釜温变化时,通常是用改变蒸发釜的加热蒸汽量,将釜温调节至正常:

(1)釜温低于规定值时,应加大蒸汽用量,以提高釜液的汽化量,使釜液中重组分的含量相对增加,泡点提高,釜温升高;

(2)当釜温高于规定值时,应减少蒸汽用量,以减少釜液的汽化量,使釜液中轻组分的含量相对增加,泡点降低,釜温降低。

6 塔压的影响

6.1影响相平衡关系

相平衡关系式:y=αx/[1+(α-1)x]   (10)

相对挥发度

改变操作压力,将使气液相平衡关系发生变化。压力增加,组分间的相对挥发度降低,平衡线向对角线靠近,分离效率将下降,反之亦然。

6.2 影响产品质量和数量

压力升高,气相中难挥发组分减少,同时改变气液的密度比,使气相量降低。其结果是流出物中易挥发组分浓度增大,所需产品产量相对减少。由于残液中易挥发组分增加,残液量增加。此外,由于气相量减少,冷剂量减少,全塔温度升高。

6.3 影响操作温度

温度与气液相的组成有严格的对应关系,生产中常以温度作为衡量产品质量的标准。当塔压发生改变时,混合物的泡露点发生变化,引起全塔温度的改变。

6.4 改变生产能力

塔压增加,气相密度增大,但气相量减少,可以提高塔的处理量。

7 结论

通过上述对精馏塔工艺操作影响因素的分析,不但为精馏塔日常工艺操作提供了坚实的技术支持,而且为精馏塔设计选型提供了参考资料,精馏塔工艺操作的影响因素不仅限于此,随着DCS控制技术、模拟软件的开发,许多微观的问题将得到有效解决,精馏操作技术将不断提高。


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