精餾塔操作及其安全運行影響因素分析

張林林　王勇

摘 要：考慮精餾塔在組分提純中的關鍵作用，基于前人對精餾塔操作影響因素及結合實際生產時異常工況的分析，本文首先對精餾塔的作用及設備進行了簡要介紹，其次從影響精餾塔安全運行方面出發，對精餾塔的操作影響因素進行了深入綜合分析，以期為精餾塔的安全穩定運行提供指導。

關鍵詞：精餾塔;操作因素;異常工況;安全運行

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重要的作用。目前，關于精餾塔的操作規范及安全影響因素已有不少研究，陳環琴和廖江芬從物料平衡關系、回流比、進料工況三個方面對精餾塔工藝操作影響因素進行了分析[1];段正剛對精餾塔操作主要參數進行了分析，主要包括：操作壓力、回流比、進料量、進料組分、塔釜熱源和塔頂塔底采出[2];魏文博對精餾高效節能技術從分級換熱技術、塔系熱集成技術、多效精餾技術作了介紹分析[3];在甲醇生產過程中，針對精餾時常壓塔產品中乙醇超標的原因張洪偉從甲醇合成反應的工藝條件、常壓塔側線采出位置、精餾系統操作條件和工藝指標控制不當進行了分析，并提出了相應的改善措施[4];王延召對雙塔精餾制氮工藝在運行過程中發生多次次工況波動的問題，通過深入分析排查，最終排除了故障，保證了制氮工藝的正常運行[5]。本文結合前人對精餾塔的操作影響因素的分析結合自身工作實踐，對精餾塔操作及其安全運行影響因素進行綜合深入的分析。

1 精餾塔概述

精餾塔作為化工精餾的重要設備，該塔式裝置可以實現氣液接觸分離。其工作原理是利用原料液中各組分揮發度的差異及蒸氣壓不同這一性質，將原料液中的輕組分轉移到氣相中，而將氣相中的重組分冷凝到液相中，從而實現不同組分分離的目的。關于蒸餾，其可以對一些組份進行簡單的分離，但并不能分離出高純度的產品。在化學工業生產中常常需要獲得純度較高的產品或中間品，精餾過程可以幫助人們獲取這種高純度的產品或中間品。用于精細分離的精餾塔，從塔內建結構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備。將進料從某段塔板上送入塔內時這塊塔板稱為進料板。其將精餾塔分為兩段，進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間內進塔的物料量應等于離開塔的諸物料量之和。物料平衡主要依靠精餾塔中的進料量和塔頂、塔底出料量來調節的。物料平衡體現了精餾塔的生產能力。當操作不符合物料平衡時，最先給出指示的是塔壓差的變化。當進得少，出得多時，塔壓差會有明顯的下降。如果精餾塔壓差太小，會導致塔內蒸氣上升的速度過小，使得氣液兩相在塔板上的傳質效果降低，嚴重的會發生漏液現象，降低了塔板精餾分離的效率;如果精餾塔壓差過大，精餾時塔內部蒸氣上升的速度就會變大，導致明顯的霧沫夾帶，更嚴重的會發生液泛而使得正常的操作不能順利進行;保持物料平衡是精餾塔操作中的關鍵。如果物料平衡被打破，則塔內的分離將處于混亂狀態，同時也將影響另外兩個平衡：熱平衡需重新調整，氣液相平衡達不到預期的效果。

2.2 氣液相平衡

氣液相平衡主要是靠調節分餾塔內的溫度、壓力及塔板上氣液接觸的情況來實現的，反映了產品的質量及損失情況。只有當分餾塔內溫度、壓力固定時，才有確定的氣液相平衡形成，當分餾塔內溫度、壓力發生變化后，氣液相平衡所決定的組成隨之發生變化，最終導致產品質量和損失情況也發生變化。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，則在塔內上升蒸氣的速度也就合適，進而會使得氣液接觸良好，最終保持傳熱傳質的高效率運行。當然物料平衡的變化也會影響塔內溫度、壓力的改變。

2.3 熱量平衡

熱量平衡具體反應在塔頂溫度上，是指進入塔內的熱量與出塔的熱量相平衡。在精餾過程中其作為物料平衡和氣液相平衡實現的基礎，又依附于它們。如果整個操作中沒有熱的氣相和冷的回流，則塔內整個精餾過程也就無法實現;而精餾塔氣液相平衡組成改變即操作壓力、溫度的改變，則會引起塔板上液體汽化的吸熱量與氣相冷凝的放熱量發生改變，表現出塔頂取熱和進料供熱的變化。

2.4 操作壓力

精餾時，如何保持精餾塔的操作壓力恒定，是整個精餾操作的基礎。壓力升高，會使得各組分揮發度降低，造成塔釜液位增高，即塔釜輕組份超標，影響分離效果;反之，壓力降低，會使得塔底重組份揮發，造成塔頂重組份超標，如壓力下降過快，甚至會造成沖塔等嚴重后果。

2.5 回流比

精餾塔工藝操作過程中回流比是其中的主要因素?；亓鞅却笮〉恼{節是化工企業生產過程中保障產品質量的主要措施，其自身的大小調節不合理都會對產品質量造成嚴重的影響。如果回流比不合理化的上升，精餾塔內部蒸汽與液體量都會隨著回流比增加，從而使精餾塔內部的氣液量超出所承受的標準，最終引發精餾塔的塔板工作效率降低。相反，如果回流比逐漸降低，導致其他因素也隨之降低，無法發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產品質量的關鍵因素。

2.6 進料量及溫度

進料量大小對精餾操作影響主要有兩方面，一是進料量波動范圍沒有超過塔頂冷凝器、加熱釜負荷，在調節適當情況下，不會引發頂溫和釜溫變化，而會影響到塔內上升蒸汽速度;二是進料量變化超過了加熱負荷和塔頂冷凝器范圍，這不僅會影響塔內蒸汽上升速度，也會影響到塔內溫度的分布，如塔頂和塔釜溫度，使得塔板上氣液平衡組成發生變化，塔頂產品質量降低，也會導致塔釜損失。因此合理的進料對于精餾是至關重要的。

在進料溫度發生變化情況下，會在很大程度上影響精餾操作;如果進料溫度較低，會加大加熱釜熱負荷，而降低塔頂冷凝器冷負荷;進料溫度較高，則會降低加熱釜熱負荷，而加大冷凝器冷負荷。在進料溫度出現較大變化時，對整個塔溫度會產生影響，而改變其氣液平衡與進料狀態，引發精餾段和提餾段負荷，對產品質量、物料平衡產生不良影響。要保證溫度條件合理，需對其進行計算。

2.7 進料組分

進料組成的變化直接對精餾塔工藝的操作過程造成嚴重的影響。首先是關于進料組成中重組分的影響，進料中重組分的增加會影響精餾塔塔頂的操作，通過對塔頂不斷增加重組分使塔頂操作的產品質量出現問題。其次是關于進料組成中輕組分的影響，如果在操作過程中進料的輕組分不斷增加，會導致塔釜內部的輕組分嚴重破損，從而使精餾塔工藝整體操作過程受影響。

2.8 塔釜熱源

塔釜熱源是塔進行塔分離的直接要素之一，塔釜溫度由塔釜再沸器經熱源加熱塔釜物料獲得，一般由塔底泵或者熱虹吸原理進行循環。塔釜熱源的變化直接影響到塔內上升蒸汽的速率及塔釜溫度控制指標，若在保證塔壓前提下，塔釜溫度在控制指標之下，會造成塔釜輕組分揮發不完全，造成塔釜輕組分超標;當塔釜溫度在控制指標時，此時加大熱源，會增大塔內蒸汽上升速率，熱源的調整要平穩上升或下降，并與回流的調整同時進行，否則會破壞傳質傳熱，嚴重的甚至會造成沖塔。

3 結論

精餾塔工藝操作對化工生產質量和效率有很大影響，要保證生產過程順利進行，就要掌握其操作工藝，根據其中影響因素來合理控制，這不僅能保證分離提純產品的質量，還能使得精餾塔安全穩定運行，對化工企業的安全發展是至關重要的。

參考文獻：

[1]陳環琴，廖江芬.探討精餾塔工藝操作影響因素[J].科學技術創新，2020（12）：37-38.

[2]段正剛.精餾塔操作主要參數分析[J].石化技術， 2020，27 （06）：68-69.

[3]魏文博.化工精餾高效節能技術開發及應用[J].石化技術， 2020，27（01）：23-24.

[4]張洪偉.精餾常壓塔產品中乙醇超標原因分析及解決辦法[J].化工管理，2020（05）：46-47.

[5]王延召.精餾Ⅱ塔波動原因及分析處理[J].低溫與特氣，2018，36（06）：20-22.