精馏操作中的工艺指标调节与控制

kbbjq 2016-10-10

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引言

精馏是化工生产中常用的传质单元操作，常用于产品的分离和提纯。它是利用液体混合物在一定压力下各组分挥发度不同的性质，在塔内经过多次部分汽化与多次部分冷凝，使各组分得以较全分离的过程。对精馏工艺指标进行调控对于合格产品的获得具有重要意义。

图1 工业精馏装置

1.精馏中需要控制的工艺指标

图2 连续精馏实验装置

图2为连续精馏实验装置，进料位置为塔中段。以此为例对精馏操作中需要控制的指标进行论述。实际实验或生产中由于塔设备的不同，留给操作人员可以调控的参数也有所不同。总的来说，需要调控的工艺参数有：塔压、塔顶温度、塔釜温度、塔釜液位和回流比。

2.调控的主要手段

2.1塔压的调节

影响塔压力变化的因素是多方面的，例如：塔顶温度、塔釜温度、进料组成、进料流量、进料温度、回流量、冷剂量、冷剂压力等的变化以及仪表故障，设备管线堵冻等，都可以引起塔压的变化。例如，釜温突然升高、冷剂量减少、进料中轻组分含量增加或进料量加大、采出管线堵塞都会引起塔压升高。另外，塔顶调节阀失灵也会引起塔压波动。

图3 塔顶压力监控

在生产过程中当上述因素发生变化时，塔压发生变化，控制塔压的调节机构就会自动动作，使塔压恢复正常。塔压发生变化时，首先要判断引起压力变化的原因，而不是简单的只从调节上使塔的压力恢复正常，要从根本上消除变化的因素，才能不破坏塔的操作。例如，当冷剂量不足或塔顶冷凝器设备出现故障时引起塔压升高时，若不提高冷剂量，而只是加大塔顶采出量来恢复正常的塔压，就有可能使重组份带到精馏段，造成塔顶产品质量不合格；又如，釜温过低引起塔压下降，若不提釜温，而是单靠通过减少塔顶采出量来恢复正常塔压，将造成釜液中轻组分大量增加，使塔底产品不合格。当釜温突然升高，引起塔压上升时，重要的是恢复塔釜正常的温度，而不是单靠增加冷剂量和加大塔顶采出量来降低塔压；否则将容易产生液泛，破坏塔的正常操作。精馏操作中，要针对引起塔压变化的原因相应的进行调节，常用的方法有三种。

①进料量不变的情况下，用塔顶的液相采出量来调节塔压。产品采出多，则塔内上升蒸汽的流速减小，塔压下降；采出量减少，塔内上升蒸汽的流速增大，塔压上升。

②在采出量不变的情况下，用进料量调节塔压。进料量加大、塔压上升；进料量减小、塔压下降。

图4 进料对塔内气液流量的影响

③在工艺指标允许的范围内，可以通过釜温的变化来调节塔压。提高釜温，塔压上升；降级釜温，塔压下降。

由于设备原因而影响了塔压的正常调节时，应当考虑改变其他操作因素以维持生产，严重时则要停工检修。

2.2塔釜温度的调节

在精馏过程中，当塔压一定时，被分离的液体混合物，其气化程度决定于温度，而温度由再沸器的蒸气量控制。只有保持一定的釜温，才能保证一定的残液组成，因此釜温是精馏操作重要的一个控制指标。其釜温波动往往有多种因素引起的：

（1）进料组成变化会引起釜温波动。

（2）调节回流比也会引起釜温变化，如回流比加大(塔顶采出量减少)则轻组分压入塔釜，使其温度下降。

（3）精馏塔压力波动，也会引起釜温变化。

当釜温变化时，通常是用调节再沸器加热量来使釜温调节正常，当然釜温变化还可能是其它原因，如：

①再沸器疏水不畅，再沸器积水，传热面积减少，釜温下降。

②釜温循环量小，再沸器部分干管，传热效果下降，釜温下降。

③釜液位太高，使再沸器出口受阻，釜温下降。

因此，在釜温波动时，除了分析加热器的蒸气量和蒸气压力的变化外，还应考虑其他因素的影响。例如，塔压的升高或降低，也能引起塔釜温度的变化，当塔压突然升高，虽然釜温随之升高，但上升蒸气量却下降，使塔釜轻组分变多，此时，要分析压力升高的原因并予以排除。如果塔压突然下降，上升蒸气量却增加，塔釜液可能被蒸空，重组分会带到塔顶。

2.3回流比的调节

精馏塔的能量消耗随回流比几乎成正比关系增加，所以选择最佳回流比是精馏装置节能的一项重要措施。决定回流比的大小首先当然是原料的性质和产品的要求，其次也应考虑设备投资和能源消耗。操作中，回流量是直接影响产品质量和塔的分离效果的重要因素。当操作过程中，塔顶温度升高，塔釜温度降低，塔顶、塔釜产品质量均不符合要求，是因塔的分离能力所致。通常采用的方法是在加大回流比的同时增加塔釜加热蒸汽量。之所以这样做，是因为在进料量、进料组成及产品质量要求固定的情况下，由物料衡算可知，塔顶、塔底产品的产量已确定。此时主要是靠增加上升蒸汽量来增加回流量，而不是通过减少塔顶产品量来增加回流量。增加塔釜加热量同时也要增加冷却水量。减小回流比运转费用（主要是塔釜加热量和塔顶冷量）将减少，但塔板数要增多，塔的投资要增加，因此可看出选择回流比可直接影响企业的经济效益。

2.4塔顶温度的调节

在精馏过程中，塔顶压力一定时，塔顶温度高低就反映了塔顶产品组成，只有保持一定的塔顶温度才能保证一定的馏出液组成，因此精馏操作中塔顶温度也是重要控制条件。塔顶温度随进料量状况、操作压力及塔釜温度的变化而变化，塔顶温度的调节主要是调节回流量来控制。塔顶温度低时，应适当减少回流量，具体操作应提高塔顶采出量；塔顶温度高时应适当加大回流量，减少塔顶采出量。塔顶温度的变化因素很多，而且塔顶温度和塔釜温度是密切联系的，有时是由于釜温控制不当引起全塔的温度变化，这时应控制釜温来恢复塔顶温度，而不能去调节回流量来控制塔顶温度。

2.5塔釜液位的调节

塔釜液面的稳定是保证精馏塔的平稳操作的重要条件之一。只有塔釜液面稳定时，才能保证塔釜传热稳定以及由此决定的塔釜温度、塔内的上升蒸气流量、塔釜液组成稳定等的稳定，从而确保塔的正常生产。