探討精餾塔工藝操作影響因素

陳環(huán)琴 廖江芬

（杭州中泰深冷技術(shù)股份有限公司，浙江 杭州311402）

精餾塔在化工等產(chǎn)業(yè)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(guān)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(chǎn)品的質(zhì)量下降、產(chǎn)品純度降低及工藝操作的穩(wěn)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(guān)系的影響

物料平衡是精餾塔工藝三大平衡之一，具體的關(guān)系式如下：

物料平衡關(guān)系式為：F=D+W

輕組分關(guān)系式為：FxF=DxD+WxW

根據(jù)以上公式可知，即對于一定的原料液而言，當(dāng)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(shù)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(xiàn) 為進料原液流量，xF為進料內(nèi)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(nèi)輕組分的組成。

根據(jù)這兩個公式，我們又能夠得出這樣的結(jié)論：（1）不能夠隨意地增減F（原液流量）、D、W 的數(shù)值，如果隨意地增減了這三個量，那么將會導(dǎo)致塔內(nèi)的進出流量出現(xiàn)不平衡的現(xiàn)象，使塔內(nèi)的組成發(fā)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(chǎn)品的穩(wěn)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(guān)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(chǎn)品質(zhì)量進行調(diào)節(jié)以及控制的。因此可以這么說，回流比是影響精餾段產(chǎn)品質(zhì)量、精餾效率的重要影響因素。針對回流比存在這樣的關(guān)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(nèi)上升蒸汽的流量；L 代表精餾段內(nèi)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(shù)或質(zhì)量分數(shù)；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(shù)或質(zhì)量分數(shù)；R 代表回流比。

2.2 小結(jié)。（1）當(dāng)回流比增大時，所需的板數(shù)就會減少，從而精餾的產(chǎn)品質(zhì)量就會提升。（2）當(dāng)回流比減小時，所需的板數(shù)就會增加，xD的數(shù)值會相應(yīng)的減小、xW的數(shù)值會相應(yīng)的增加，這些數(shù)值的變化會導(dǎo)致分離效果變差。（3）當(dāng)回流量增大時，塔內(nèi)壓會發(fā)生明顯的增加，從而使精餾產(chǎn)品的純度增加；當(dāng)回流量減少時，塔內(nèi)壓會發(fā)生明顯的降低，從而使精餾產(chǎn)品的純度變差。（4）當(dāng)回流量增大時，會使塔內(nèi)的汽循環(huán)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(dǎo)致淹塔現(xiàn)象的發(fā)生，從而使精餾塔無法進行正常的工作。

2.3 回流比調(diào)節(jié)控制。綜上所述，我們發(fā)現(xiàn)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(diào)節(jié)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?shù)睦淠龜?shù)量來提高回流比。（3）當(dāng)回流液發(fā)生強制回流的現(xiàn)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(guī)定的條件下，通過增加回流比來提高xD的數(shù)值并不總是有效的，因此，當(dāng)操作人員向使用這個方法時，一定要考慮到其他數(shù)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(fā)生了變化，那么相應(yīng)的冷凝劑流量以及加熱劑流量也要進行調(diào)節(jié)，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(nèi)蒸汽上升的速度卻有著很大的影響。

（1）當(dāng)進料量增加時，塔內(nèi)的蒸汽上升速度接近液泛時，此時的傳質(zhì)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(nèi)的正常工作，使蒸餾塔的工作效率降低。（2）當(dāng)進料量減少時，塔內(nèi)的蒸汽上升速度會相應(yīng)地降低，從而影響傳質(zhì)的效果。與此同時，如果進料量過低時，將會有漏液的情況發(fā)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(dǎo)致精餾塔頂以及塔底的產(chǎn)品質(zhì)量發(fā)生嚴重地偏離，即產(chǎn)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(fā)生。

3.2 進料組成的影響。（1）如果進料中易蒸發(fā)的組分增加了，那么提餾段所需要的塔板數(shù)量也要相應(yīng)地增加。對于塔板數(shù)量固定的精餾塔而言，如果原料中易蒸發(fā)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(fā)釜液中易蒸發(fā)成分的增加，從而導(dǎo)致塔內(nèi)中產(chǎn)品的嚴重損失，與此同時也會使精餾塔內(nèi)的平衡發(fā)生變化，使塔壓增加。因此，在已知物料中易蒸發(fā)成分較多的情況下，一定要注意使用塔板數(shù)量可以增加的精餾塔，可通過增加入口來調(diào)節(jié)，否則將會給化工生產(chǎn)過程帶來巨大的損失。（2）如果進料中難揮發(fā)成分較多，那么相應(yīng)地就要減少提餾段所需要的塔板數(shù)量。（3）當(dāng)進料的組分發(fā)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(yīng)該適當(dāng)?shù)販p小回流比，如果組成變重，那么應(yīng)該適當(dāng)?shù)卦黾踊亓鞅?；可以通過調(diào)整熱源以及冷凝劑的流量，來維持產(chǎn)品質(zhì)量的不變。

3.3 進料熱狀態(tài)的影響。精、提餾段操作線交點可聯(lián)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(shù)或質(zhì)量分數(shù)；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(jié)論：

在化工生產(chǎn)的過程中，如果只有R 值不變，只有進料的熱狀況發(fā)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(fā)生變化就意味著精餾塔的塔板位置發(fā)生了變化，進而會引起所需塔板數(shù)量發(fā)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(tài)發(fā)生變化，那么就會引起產(chǎn)品質(zhì)量發(fā)生改變。

當(dāng)進料情況發(fā)生變化時，相應(yīng)地也要改變進料的位置，同時也要調(diào)整回流比。因此，在精餾塔上要所多設(shè)置幾處進料口，以適應(yīng)在化工生產(chǎn)過程中發(fā)生各種的進料情況，從而保證產(chǎn)品的質(zhì)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(nèi)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(nèi)容不但能夠給精餾塔日常工藝操作提供堅實的技術(shù)支持，而且為精餾塔設(shè)計選型提供了參考理論基礎(chǔ)。隨著化工行業(yè)的不斷發(fā)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(shù)也將不斷提高。