影響精餾塔工藝操作的因素

李玉璽

摘 要：在化工產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步發(fā)展中，精餾塔作為化工生產(chǎn)的重要組成部分，其工藝操作決定著生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的基本質(zhì)量，需要在生產(chǎn)過(guò)程中多加注重影響精餾塔工藝的各種因素。本文將簡(jiǎn)要概述精餾塔工藝操作原理，并以此分析影響精餾塔工藝操作的幾方面因素，以期為增強(qiáng)精餾塔工藝生產(chǎn)效益提出一些建議。

關(guān)鍵詞：精餾塔;工藝操作;影響因素

引言：在實(shí)際的精餾塔操作過(guò)程中會(huì)受到多種因素的影響，導(dǎo)致精餾塔工藝的操作效率和穩(wěn)定性下降，影響到精餾塔工藝的質(zhì)量，需要對(duì)精餾塔工藝操作影響因素進(jìn)行研究，采取保障精餾塔工藝操作高效運(yùn)行的措施。

1精餾塔工藝操作原理

在石油化工生產(chǎn)中精餾塔的應(yīng)用較為常見(jiàn)，其工藝原理是將部分液體混合物進(jìn)行汽化，之后將產(chǎn)生出的一部分蒸汽進(jìn)行冷凝操作，在塔內(nèi)反復(fù)進(jìn)行汽化和冷凝的過(guò)程，使混合物中的組分相繼分離。其本質(zhì)是利用物質(zhì)沸點(diǎn)的不同，在汽化過(guò)重中升高溫度，低沸點(diǎn)的物質(zhì)就會(huì)提前汽化，而在冷凝過(guò)程中，高沸點(diǎn)的物質(zhì)則會(huì)提前冷凝，通過(guò)這樣的工藝原理來(lái)使物質(zhì)進(jìn)行初步分離，反復(fù)操作就可以達(dá)到對(duì)烴類(lèi)混合物的分離提純。精餾塔工作原理是通過(guò)兩塔蒸餾甲醇水后，不斷提高其濃度，將諸多雜質(zhì)排除出去，在加熱蒸發(fā)、冷凝和回流后，就能得到濃度更高的甲醇。

2精餾塔工藝操作影響因素

在精餾塔工藝操作中，生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)受到物料平衡關(guān)系、回流比因素、進(jìn)料工況等幾點(diǎn)因素的影響。這些因素都可能使精餾塔工藝的效率降低，產(chǎn)品質(zhì)量下降，需要著重進(jìn)行分析和探討。

2.1物料平衡

在精餾塔工藝操作中，物料平衡是影響整個(gè)系統(tǒng)平衡的重要因素之一，也是精餾塔工藝三大平衡之一，是從宏觀層面上進(jìn)行調(diào)節(jié)物料平衡的。在工藝操作過(guò)程中是無(wú)法隨意改變進(jìn)塔的原料流量、塔頂餾的出流量以及塔釜?dú)堃毫髁浚駝t將會(huì)改變精餾塔進(jìn)出組分量的平衡，致使精餾塔內(nèi)平衡出現(xiàn)變化，從而造成操作波動(dòng)，影響最終的分離效果。

精餾塔系統(tǒng)中物料平衡公式如下：

其中在式1）表示的是總物料平衡;式2）表示的是輕組分。式中，F(xiàn)表示進(jìn)塔原料的流量;D表示塔頂餾出液流量;W表示塔釜?dú)埓嬉毫髁俊氖?）可得，針對(duì)定量的原液料，在確定F和XF量的基礎(chǔ)上，只需要確認(rèn)XP和XW便可計(jì)算出塔頂頂部餾出液液量，也可以計(jì)算出W的數(shù)值，計(jì)算公式如下：

式中XF表示進(jìn)料內(nèi)輕組分所具有的摩爾分?jǐn)?shù);XD表示塔頂部餾液中輕組分所具有的摩爾分?jǐn)?shù);XW表示塔釜內(nèi)輕組分所具有的摩爾分?jǐn)?shù)。根據(jù)式3）和4）可以證明上述工藝操作中是無(wú)法對(duì)精餾塔材料總量增加或減少分析是正確的，F(xiàn)、D、W三個(gè)數(shù)值的變化將會(huì)導(dǎo)致塔內(nèi)進(jìn)出流量出現(xiàn)不平衡的現(xiàn)象，最終影響分離效果。為了保持精餾塔內(nèi)的物料平衡，操作人員可以通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)塔底液位進(jìn)行控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，保持精餾塔內(nèi)物料平衡是精餾塔穩(wěn)態(tài)操作的基礎(chǔ)，確保塔頂和塔底產(chǎn)品的穩(wěn)定性[1]。

2.2回流比

精餾塔生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遇到為了滿(mǎn)足產(chǎn)品的質(zhì)量要求，需要在操作中對(duì)回流比大小進(jìn)行調(diào)整。在加大塔頂餾份重組份含量的情況下，需要將重組分占比降低，可以通過(guò)加大回流比來(lái)實(shí)現(xiàn)，確保生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量。

可以說(shuō)回流比對(duì)精餾生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量是可以進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制的，回流比的產(chǎn)品質(zhì)量與精餾效率有著一定關(guān)系，其關(guān)系式如下：

三個(gè)公式可以進(jìn)行整理，得到：

式中V代表精餾段內(nèi)上升蒸汽的流量;L代表精餾段內(nèi)回流液流量;yn+1表示自從n+1板上升到第n板的蒸汽中輕組分的摩爾分?jǐn)?shù);xn代表自從n+1板回流到第n板的液體中輕組分的摩爾分?jǐn)?shù)，另外x和y也可以表達(dá)質(zhì)量分?jǐn)?shù);R則代表回流比。

根據(jù)公式計(jì)算和分析，可以清楚得到當(dāng)回流比減小時(shí)，所需的板數(shù)就會(huì)增加;當(dāng)回流比增大時(shí)，所需的板數(shù)就會(huì)減少，精餾的產(chǎn)品質(zhì)量能夠得到有效控制，不過(guò)當(dāng)回流量增大時(shí)，塔內(nèi)壓會(huì)發(fā)生明顯的增加，精餾產(chǎn)品的純度有所增加，而當(dāng)回流量減小時(shí)，塔內(nèi)壓會(huì)明顯降低，反而會(huì)使精餾產(chǎn)品的純度變低。當(dāng)xD的數(shù)值減小、xW的數(shù)值就會(huì)相應(yīng)的增加，這些數(shù)值的變化表明精餾塔穩(wěn)定性不足，可能會(huì)導(dǎo)致分離效果變差。另外回流量增大會(huì)使塔內(nèi)的汽循環(huán)量增大，會(huì)加大塔內(nèi)物料循環(huán)量，使加熱蒸汽量與冷劑量投入加大，若回流量過(guò)大，也可能發(fā)生液泛、淹塔現(xiàn)象，導(dǎo)致精餾塔無(wú)法進(jìn)行正常的工作。

回流比的調(diào)節(jié)控制可以采取三種措施。第一種是減少塔頂采出量，加大回流比。第二種方法是在回流貯槽中進(jìn)行強(qiáng)制回流，可以將回流量暫時(shí)加大而提高回流比，但不能抽空回流貯槽。第三種，若塔頂使用分凝器，則可以將其冷劑用量加大，從而增加凝液量，致使回流比加大。不過(guò)在餾出液采出率有規(guī)定條件的情況下，只是增加回流比并不一定能夠有效降低塔頂采出量，還會(huì)使蒸發(fā)量和冷凝量加大，這需要操作人員注意[2]。

2.3進(jìn)料量

進(jìn)料量的多少自然也會(huì)影響精餾塔工藝操作。當(dāng)進(jìn)料量增加時(shí)，塔內(nèi)的蒸汽上升速度接近液泛時(shí)，此時(shí)的傳質(zhì)效果最佳。而超過(guò)液泛限制就會(huì)導(dǎo)致精餾塔無(wú)法進(jìn)行正常的工作。當(dāng)進(jìn)料量減少時(shí)，塔內(nèi)的蒸汽上升速度自然也會(huì)變緩，影響傳質(zhì)效果，如果進(jìn)料量過(guò)低將可能導(dǎo)致漏液現(xiàn)象。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，進(jìn)料量出現(xiàn)變化，相應(yīng)的冷凝劑和加熱劑的流量也需要隨之調(diào)節(jié)，進(jìn)料量的變化對(duì)于塔頂和塔釜的溫度影響較小。需要注意的是進(jìn)料量變化范圍超過(guò)塔頂冷凝器的塔釜再沸器的負(fù)荷時(shí)，將會(huì)影響精餾塔頂和塔底的氣液平衡，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量，必須要嚴(yán)格管控進(jìn)料量，杜絕此種情況的發(fā)生。

2.4進(jìn)料狀態(tài)

精餾塔進(jìn)料狀態(tài)包括飽和氣、飽和液、過(guò)熱氣、冷進(jìn)料以及氣液混合物五種情況。在固定進(jìn)料塔中進(jìn)料狀態(tài)的改變將會(huì)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量造成影響，可能會(huì)引發(fā)餾出液與釜?dú)堃航M成的改變。需要及時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以通過(guò)改變進(jìn)料位置適當(dāng)調(diào)節(jié)回流比。在精餾塔中也會(huì)設(shè)置多個(gè)進(jìn)料位置，來(lái)適應(yīng)不同進(jìn)料狀態(tài)的需求。

進(jìn)料狀態(tài)也包括進(jìn)料的組分形式，比如進(jìn)料中易蒸發(fā)組分的增加，也需增加提餾段的塔板數(shù)量進(jìn)行應(yīng)對(duì)。若進(jìn)料中難蒸發(fā)的組分增加了，就需要適當(dāng)減少提餾段的塔板數(shù)量。進(jìn)料組分的差異一般也會(huì)采用改變進(jìn)料位置的方法進(jìn)行，或是通過(guò)調(diào)整熱源與冷凝劑劑量來(lái)保持產(chǎn)品質(zhì)量。

2.5進(jìn)料溫度

進(jìn)料溫度發(fā)生變化會(huì)在很大程度上影響精餾工藝操作，進(jìn)料溫度較低將會(huì)加大加熱釜熱負(fù)荷，從而降低塔頂冷凝器冷負(fù)荷。而進(jìn)料溫度較高，則會(huì)降低加熱釜熱負(fù)荷，加大冷凝器冷負(fù)荷。進(jìn)料溫度在工藝生產(chǎn)中可能會(huì)出現(xiàn)較大波動(dòng)，從而對(duì)整個(gè)塔的溫度產(chǎn)生影響，改變氣液平衡甚至影響到進(jìn)料狀態(tài)，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和物料平衡造成嚴(yán)重影響。因此，需要對(duì)進(jìn)料溫度進(jìn)行管控，通常情況下將飽和液在精餾段和提餾段的位置表示為1，而飽和氣的進(jìn)料位置表示為0。在生產(chǎn)過(guò)程中，若只有進(jìn)料溫度發(fā)生變化，便會(huì)引起精餾段和提餾段操作點(diǎn)的位移變化，可得到公式如下：

式中xF表示進(jìn)料中輕組分的摩爾分?jǐn)?shù)或質(zhì)量分?jǐn)?shù);q代表精餾段和提溜段操作線交點(diǎn)的位移。在q出現(xiàn)變化后，精餾塔的塔板位置也會(huì)隨之發(fā)生變化，塔板數(shù)量也就需要改變。在塔板位置固定的情況下，進(jìn)料溫度的變化將會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量的改變。與控制進(jìn)料狀態(tài)相同，在精餾塔上增加多處進(jìn)料位置是應(yīng)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程總出現(xiàn)各類(lèi)情況的有效方法，能夠保障產(chǎn)品的質(zhì)量[3]。

結(jié)論：精餾塔工藝操作對(duì)生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量和效率有著較大影響，而影響精餾塔工藝操作的因素也有很多，為保證工藝生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行，分析精餾塔工藝操作中的物料平衡、回流比、進(jìn)流量、進(jìn)流狀態(tài)、進(jìn)流溫度，對(duì)其中各類(lèi)影響因素進(jìn)行科學(xué)管控，合理設(shè)置進(jìn)料位置，能夠保障精餾塔工藝操作的高效運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]余濤.甲醇精餾工藝參數(shù)的優(yōu)化探究[J].中國(guó)設(shè)備工程，2021（01）：156-157.

[2]蔡功勛.精餾塔工藝操作影響因素分析[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2020，46（11）：43-44.

[3]陳環(huán)琴，廖江芬.探討精餾塔工藝操作影響因素[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2020（12）：37-38.