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)營的基本質(zhì)量，需要在生產(chǎn)過程中多加注重影響精餾塔工藝的各種因素。本文將簡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，以期為增強精餾塔工藝生產(chǎn)效益提出一些建議。

關鍵詞：精餾塔;工藝操作;影響因素

引言：在實際的精餾塔操作過程中會受到多種因素的影響，導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，需要對精餾塔工藝操作影響因素進行研究，采取保障精餾塔工藝操作高效運行的措施。

1精餾塔工藝操作原理

在石油化工生產(chǎn)中精餾塔的應用較為常見，其工藝原理是將部分液體混合物進行汽化，之后將產(chǎn)生出的一部分蒸汽進行冷凝操作，在塔內(nèi)反復進行汽化和冷凝的過程，使混合物中的組分相繼分離。其本質(zhì)是利用物質(zhì)沸點的不同，在汽化過重中升高溫度，低沸點的物質(zhì)就會提前汽化，而在冷凝過程中，高沸點的物質(zhì)則會提前冷凝，通過這樣的工藝原理來使物質(zhì)進行初步分離，反復操作就可以達到對烴類混合物的分離提純。精餾塔工作原理是通過兩塔蒸餾甲醇水后，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)過程中會受到物料平衡關系、回流比因素、進料工況等幾點因素的影響。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，是從宏觀層面上進行調(diào)節(jié)物料平衡的。在工藝操作過程中是無法隨意改變進塔的原料流量、塔頂餾的出流量以及塔釜殘液流量，否則將會改變精餾塔進出組分量的平衡，致使精餾塔內(nèi)平衡出現(xiàn)變化，從而造成操作波動，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)表示進塔原料的流量;D表示塔頂餾出液流量;W表示塔釜殘存液流量。從式1）可得，針對定量的原液料，在確定F和XF量的基礎上，只需要確認XP和XW便可計算出塔頂頂部餾出液液量，也可以計算出W的數(shù)值，計算公式如下：

式中XF表示進料內(nèi)輕組分所具有的摩爾分數(shù);XD表示塔頂部餾液中輕組分所具有的摩爾分數(shù);XW表示塔釜內(nèi)輕組分所具有的摩爾分數(shù)。根據(jù)式3）和4）可以證明上述工藝操作中是無法對精餾塔材料總量增加或減少分析是正確的，F(xiàn)、D、W三個數(shù)值的變化將會導致塔內(nèi)進出流量出現(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，操作人員可以通過實時監(jiān)測塔底液位進行控制來實現(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，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)過程中，經(jīng)常會遇到為了滿足產(chǎn)品的質(zhì)量要求，需要在操作中對回流比大小進行調(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，可以通過加大回流比來實現(xiàn)，確保生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量。

可以說回流比對精餾生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量是可以進行調(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系，其關系式如下：

三個公式可以進行整理，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數(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數(shù)，另外x和y也可以表達質(zhì)量分數(shù);R則代表回流比。

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

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行強制回流，可以將回流量暫時加大而提高回流比，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，還會使蒸發(fā)量和冷凝量加大，這需要操作人員注意[2]。

2.3進料量

進料量的多少自然也會影響精餾塔工藝操作。當進料量增加時，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。而超過液泛限制就會導致精餾塔無法進行正常的工作。當進料量減少時，塔內(nèi)的蒸汽上升速度自然也會變緩，影響傳質(zhì)效果，如果進料量過低將可能導致漏液現(xiàn)象。在實際生產(chǎn)過程中，進料量出現(xiàn)變化，相應的冷凝劑和加熱劑的流量也需要隨之調(diào)節(jié)，進料量的變化對于塔頂和塔釜的溫度影響較小。需要注意的是進料量變化范圍超過塔頂冷凝器的塔釜再沸器的負荷時，將會影響精餾塔頂和塔底的氣液平衡，嚴重影響產(chǎn)品質(zhì)量，必須要嚴格管控進料量，杜絕此種情況的發(fā)生。

2.4進料狀態(tài)

精餾塔進料狀態(tài)包括飽和氣、飽和液、過熱氣、冷進料以及氣液混合物五種情況。在固定進料塔中進料狀態(tài)的改變將會對產(chǎn)品質(zhì)量造成影響，可能會引發(fā)餾出液與釜殘液組成的改變。需要及時進行調(diào)節(jié)，可以通過改變進料位置適當調(diào)節(jié)回流比。在精餾塔中也會設置多個進料位置，來適應不同進料狀態(tài)的需求。

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

2.5進料溫度

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

式中xF表示進料中輕組分的摩爾分數(shù)或質(zhì)量分數(shù);q代表精餾段和提溜段操作線交點的位移。在q出現(xiàn)變化后，精餾塔的塔板位置也會隨之發(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，進料溫度的變化將會導致產(chǎn)品質(zhì)量的改變。與控制進料狀態(tài)相同，在精餾塔上增加多處進料位置是應對生產(chǎn)過程總出現(xiàn)各類情況的有效方法，能夠保障產(chǎn)品的質(zhì)量[3]。

結論：精餾塔工藝操作對生產(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)定運行，分析精餾塔工藝操作中的物料平衡、回流比、進流量、進流狀態(tài)、進流溫度，對其中各類影響因素進行科學管控，合理設置進料位置，能夠保障精餾塔工藝操作的高效運行。

參考文獻：

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

[2]蔡功勛.精餾塔工藝操作影響因素分析[J].化工設計通訊，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].科學技術創(chuàng)新，2020（12）：37-38.