精餾塔日?？刂茖?shí)用接地氣要點(diǎn)

一、日?？刂埔c(diǎn)

1、板上氣液接觸狀態(tài)

塔板上氣液兩相的接觸狀態(tài)是決定板上兩相流流體力學(xué)及傳質(zhì)和傳熱規(guī)律的重要因素。當(dāng)液體流量一定時(shí)，隨著氣速的增加，可以出現(xiàn)四種不同的接觸狀態(tài)。

2、氣液接觸狀態(tài)

泡沫接觸狀態(tài)和噴射狀態(tài)均是優(yōu)良的塔板接觸狀態(tài)。因噴射接觸狀態(tài)的氣速高于泡沫接觸狀態(tài)，故噴射接觸狀態(tài)有較大的生產(chǎn)能力，但噴射狀態(tài)液沫夾帶較多，若控制不好，會(huì)破壞傳質(zhì)過程，所以多數(shù)塔均控制在泡沫接觸狀態(tài)下工作。

3、板式塔不正常操作現(xiàn)象

塔內(nèi)氣體兩相的非理想流動(dòng)包括漏液、液泛和液沫夾帶等，是使塔板效率降低甚至使操作無法進(jìn)行的重要因素，因此，應(yīng)盡量避免這些異常操作現(xiàn)象的出現(xiàn)。

? 漏液

在正常操作的塔板上，液體橫向流過塔板，然后經(jīng)降液管流下。當(dāng)氣體通過塔板的速度較小時(shí)，氣體通過升氣孔道的動(dòng)壓不足以阻止板上液體經(jīng)孔道流下時(shí)，便會(huì)出現(xiàn)漏液現(xiàn)象。

漏液的發(fā)生導(dǎo)致氣液的兩相在塔板上的接觸時(shí)間減少，塔板效率下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使塔板不能積液而無法正常操作。

通常，為保證塔的正常操作，漏液量應(yīng)不大于液體流量的10%。漏液量達(dá)到10%的氣體速度稱為漏液速度，它是板式塔操作氣速的下限。

造成漏液的主要原因是氣速太小和板面上液面落差所引起的氣流分布不均勻。在塔板液體入口處，液層較厚，往往出現(xiàn)漏液，為此常在塔板液體入口處留出一條不開孔的區(qū)域，稱為安定區(qū)。

? 液沫夾帶

上升氣流穿過塔板上液層時(shí)，必然將部分液體分散成微小液滴，氣體夾帶著這些液滴在板間的空間上升，如液滴來不及沉降分離，則將隨氣體進(jìn)入上層塔板，這種現(xiàn)象稱為液沫夾帶。

液滴的生成雖然可增大氣液兩相的接觸面積，有利于傳質(zhì)和傳熱，但過量的液沫夾帶常造成液相在塔板間的返混，進(jìn)而導(dǎo)致板效率嚴(yán)重下降。為維持正常操作，需將液沫夾帶限制在一定范圍，一般允許的液沫夾帶量為<0.1kg（液）/ kg（氣）。

影響液沫夾帶量的因素很多，*主要的是空塔氣速和塔板間距。空塔氣速減小及塔板間距增大，可使液沫夾帶量減小。

? 液泛（淹塔）

塔板正常操作時(shí)，在板上維持一定厚度的液層，以和氣體進(jìn)行接觸傳質(zhì)。如果由于某種原因，導(dǎo)致液體充滿塔板之間的空間，使塔的正常操作受到破壞，這種現(xiàn)象稱為液泛。

當(dāng)塔板上液體流量很大，上升氣體的速度很高時(shí)，液體被氣體夾帶到上一層塔板上的量劇增，使塔板間充滿氣液混合物，*終使整個(gè)塔內(nèi)都充滿液體，這種由于液沫夾帶量過大引起的液泛稱為夾帶液泛。

當(dāng)降液管內(nèi)液體不能順利向下流動(dòng)時(shí)，管內(nèi)液體必然積累，致使管內(nèi)液位增高而越過溢流堰頂部，兩板間液體相連，塔板產(chǎn)生積液，并依次上升，*終導(dǎo)致塔內(nèi)充滿液體，這種由于降液管內(nèi)充滿液體而引起的液泛稱為降液管液泛。

液泛的形成與氣液兩相的流量相關(guān)。對(duì)一定的液體流量，氣速過大會(huì)形成液泛；反之，對(duì)一定的氣體流量，液量過大也可能發(fā)生液泛。液泛時(shí)的氣速稱為泛點(diǎn)氣速，正常操作氣速應(yīng)控制在泛點(diǎn)氣速之下。

影響液泛的因素除氣液流量外，還與塔板的結(jié)構(gòu)，特別是塔板間距等參數(shù)有關(guān)，設(shè)計(jì)中采用較大的板間距，可提高泛點(diǎn)氣速。

4、填料塔性能

填料塔的流體力學(xué)性能主要包括填料層的持液量、填料層的壓降、液泛、填料表面的潤濕及返混等。

? 填料層的持液量

填料層的持液量是指在一定操作條件下，在單位體積填料層內(nèi)所積存的液體體積，以(m3液體)/(m3填料)表示。持液量可分為靜持液量Hs、動(dòng)持液量Ho和總持液量Ht。靜持液量是指當(dāng)填料被充分潤濕后，停止氣液兩相進(jìn)料，并經(jīng)排液至無滴液流出時(shí)存留于填料層中的液體量，其取決于填料和流體的特性，與氣液負(fù)荷無關(guān)。

? 填料層的壓降

在逆流操作的填料塔中，從塔頂噴淋下來的液體，依靠重力在填料表面成膜狀向下流動(dòng)，上升氣體與下降液膜的摩擦阻力形成了填料層的壓降。填料層壓降與液體噴淋量及氣速有關(guān)，在一定的氣速下，液體噴淋量越大，壓降越大；在一定的液體噴淋量下，氣速越大，壓降也越大。

? 液泛

在泛點(diǎn)氣速下，持液量的增多使液相由分散相變?yōu)檫B續(xù)相，而氣相則由連續(xù)相變?yōu)榉稚⑾啵藭r(shí)氣體呈氣泡形式通過液層，氣流出現(xiàn)脈動(dòng)，液體被大量帶出塔頂，塔的操作極不穩(wěn)定，甚至?xí)黄茐?，此種情況稱為淹塔或液泛。影響液泛的因素很多，如填料的特性、流體的物性及操作的液氣比等。填料特性的影響集中體現(xiàn)在填料因子上。填料因子F值越小，越不易發(fā)生液泛現(xiàn)象。

操作的液氣比愈大，則在一定氣速下液體噴淋量愈大，填料層的持液量增加而空隙率減小，故泛點(diǎn)氣速愈小。

? 液體噴淋密度和填料表面的潤濕

填料塔中氣液兩相間的傳質(zhì)主要是在填料表面流動(dòng)的液膜上進(jìn)行的。要形成液膜，填料表面必須被液體充分潤濕，而填料表面的潤濕狀況取決于塔內(nèi)的液體噴淋密度及填料材質(zhì)的表面潤濕性能。

液體噴淋密度是指單位塔截面積上，單位時(shí)間內(nèi)噴淋的液體體積，以U表示，單位為m3/（m2·h）。為保證填料層的充分潤濕，必須保證液體噴淋密度大于某一極限值，該極限值稱為*小噴淋密度，以Umin表示。

? 返混

在填料塔內(nèi)，氣液兩相的逆流并不呈理想的活塞流狀態(tài)，而是存在著不同程度的返混。造成返混現(xiàn)象的原因很多，如：填料層內(nèi)的氣液分布不均；氣體和液體在填料層內(nèi)的溝流；液體噴淋密度過大時(shí)所造成的氣體局部向下運(yùn)動(dòng)；塔內(nèi)氣液的湍流脈動(dòng)使氣液微團(tuán)停留時(shí)間不一致等。填料塔內(nèi)流體的返混使得傳質(zhì)平均推動(dòng)力變小，傳質(zhì)效率降低。

因此，按理想的活塞流設(shè)計(jì)的填料層高度，因返混的影響需適當(dāng)加高，以保證預(yù)期的分離效果。

5、影響精餾操作的工藝因素

? 塔釜溫度

在操作壓力不變的情況下，提高塔釜溫度，則使塔內(nèi)液相中的易揮發(fā)組分減少，同時(shí)并使上升蒸汽的速度增大，有利于提高傳質(zhì)效率。

如果由塔頂?shù)玫疆a(chǎn)品，則塔釜排出難揮發(fā)物中，易揮發(fā)組分減少，可減少工藝損失；如果塔釜排出物為產(chǎn)品，則可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，但塔頂排出的易揮發(fā)組分中夾帶的難揮發(fā)組分增多，從而增大工藝損失。因此在提高溫度時(shí)，既要考慮到產(chǎn)品質(zhì)量，又要考慮到工藝損失。

在平穩(wěn)操作過程中，釜溫突然升高，來不及調(diào)節(jié)相應(yīng)的壓力和塔釜溫度時(shí)，必然導(dǎo)致塔釜液被蒸空，壓力升高。這時(shí)重組分（難揮發(fā)組分）易被蒸到塔頂，使塔頂產(chǎn)品不合格。

? 操作壓力

在一定操作溫度的情況下，提高操作壓力，可以相應(yīng)地提高塔的生產(chǎn)能力。但是在塔釜難揮發(fā)產(chǎn)品中，易揮發(fā)組分含量增加。如果從塔頂?shù)玫疆a(chǎn)品，則可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量和易揮發(fā)組分的濃度。

? 加料溫度

常見的進(jìn)料情況有沸點(diǎn)進(jìn)料、冷液進(jìn)料、飽和蒸氣進(jìn)料、氣液混合進(jìn)料和過熱蒸氣進(jìn)料。

如果是冷液進(jìn)料，且進(jìn)料溫度低于加料板上的溫度，那么加入的物料全部進(jìn)入提餾段，使提餾塔負(fù)荷增加，塔釜消耗蒸汽量增加，塔頂難揮發(fā)組分降低。若塔頂為產(chǎn)品，則會(huì)提高產(chǎn)品質(zhì)量。

如果是飽和蒸氣進(jìn)料，則進(jìn)料溫度高于加料板上的溫度，所進(jìn)物料全部進(jìn)入精餾段，精餾段的負(fù)荷增加，會(huì)使塔頂產(chǎn)品質(zhì)量降低，甚至不合格。精餾塔較為理想的進(jìn)料情況是沸點(diǎn)進(jìn)料，它較為經(jīng)濟(jì)和*為常用。

? 加料量

在允許負(fù)荷范圍內(nèi)，提高加料量，對(duì)提高產(chǎn)品的產(chǎn)量有益。如果超出允許負(fù)荷，提高加料量，會(huì)產(chǎn)生夾帶，甚至液泛；如果加料量過低，塔的平衡操作不好維持，特別是浮閥塔、篩板塔等。由于負(fù)荷減低，蒸汽速度減小，塔板容易漏液，精餾效率降低。

? 回流

在精餾操作中，回流是維持全塔正常操作的必要條件。

一般，提高回流比，可以提高產(chǎn)品質(zhì)量。但是回流比過大，塔內(nèi)的內(nèi)循環(huán)增加，使水、電和氣的消耗量增加，操作費(fèi)用相應(yīng)提高。當(dāng)塔頂采出量變大，回流比減小時(shí)，塔內(nèi)氣液接觸不好使平衡受到破壞，因而傳質(zhì)效率下降。同時(shí)，操作壓力下降，難揮發(fā)組分易被帶到塔頂，導(dǎo)致精餾效率下降，塔頂產(chǎn)品質(zhì)量不合格。

6、精餾塔工藝操作指標(biāo)調(diào)節(jié)

? 塔壓的調(diào)節(jié)

正常操作中，如果加料量、釜溫以及塔頂冷凝器的冷劑量等條件都不變化，則塔壓將隨采出量的多少而發(fā)生變化。采出量太少，塔壓升高。反之，采出量太大，塔壓下降。

操作時(shí)，釜溫、加料量以及塔頂采出量都未發(fā)生變化，塔壓卻升高。可能是冷凝劑的冷劑量不足或冷劑溫度升高，抑或冷劑壓力下降。

這時(shí)應(yīng)盡快聯(lián)系供冷單位予以調(diào)節(jié)，如果冷劑一時(shí)不能恢復(fù)到正常情況，則應(yīng)在允許的條件下，塔壓可維持高一點(diǎn)或增加塔頂采出，并降低釜溫，以保證不超壓。

一定溫度有相應(yīng)的壓力。在其他操作條件不變的條件下，塔頂或塔釜溫度的波動(dòng)，會(huì)引起塔壓的相應(yīng)波動(dòng)，這是正常現(xiàn)象。但是當(dāng)塔溫度突然升高，必然會(huì)導(dǎo)致塔壓升高。這時(shí)除了調(diào)節(jié)塔頂冷凝器的冷劑和加大采出量之外，更重要的是恢復(fù)塔的溫度。如果處理不當(dāng)易使塔頂產(chǎn)品不合格和液泛的發(fā)生。

? 塔溫的調(diào)節(jié)

在一定的壓力下，被分離的液體混合物，氣化程度決定于溫度，而溫度由塔釜加熱器的蒸汽用量來控制。塔釜溫度波動(dòng)時(shí)，除了分析加熱器的蒸汽量和蒸汽壓力的變動(dòng)之外，還要考慮其他因素的影響。例如，塔壓的升高或降低，也能引起釜溫的變化。當(dāng)塔壓突然升高時(shí)，雖然釜溫隨之升高，但上升蒸氣卻在下降，使塔釜輕組分變多,要分析原因予以排除。

在正常操作中，有時(shí)釜溫會(huì)隨著加料量或回流量的 改變而改變。因此在調(diào)節(jié)加料量或回流量時(shí)，要相應(yīng)地調(diào)節(jié)塔釜溫度和塔頂采出量，使塔釜溫度和操作壓力平穩(wěn)。

? 回流量的調(diào)節(jié)

回流量是直接影響產(chǎn)品質(zhì)量和塔的分離效果的重要因素?；亓髁康脑黾?，塔壓差明顯增大，塔頂產(chǎn)品純度會(huì)提高；回流量減少，塔壓差變小，塔頂產(chǎn)品純度變差（重組分含量增加），在操作中，一般依據(jù)這兩方面的因素來調(diào)節(jié)回流比。

? 塔壓差的調(diào)節(jié)

塔壓差是判斷精餾塔操作加料、取料是否均衡的重要標(biāo)志之一。在加料、取料保持平衡和回流量保持穩(wěn)定的情況下，塔壓差基本不變。

如果塔壓差增大，必然引起塔身個(gè)板溫度的變化，這可能是塔板堵塞，或是采出量太少，塔內(nèi)回流量太大所致，此時(shí)應(yīng)提高采出量來平衡操作。否則，塔壓差逐漸增大，將引起液泛。當(dāng)塔壓差小時(shí)，釜溫不大好控制，這可能是塔內(nèi)物料太少，精餾段處于干板操作，不起分離作用，必然導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量下降。此時(shí)應(yīng)及時(shí)減少塔頂采出量，加大回流量，使塔壓差保持穩(wěn)定。

? 塔頂溫度的調(diào)節(jié)

在精餾塔中，塔頂溫度由回流溫度來控制，但不是以回流量來控制。

在正常操作中，若加料量、回流量、釜溫及操作壓力都不變，則塔頂溫度處于穩(wěn)定正常狀態(tài)。當(dāng)操作壓力提高時(shí)，塔頂溫度就會(huì)下降。遇到這種情況，則必須恢復(fù)正常的操作壓力。另外在操作壓力正常的情況下，塔頂溫度隨塔釜溫度升高而升高，下降而下降。若遇到這樣情況，此時(shí)可適當(dāng)調(diào)節(jié)釜溫，恢復(fù)塔頂溫度。否則，會(huì)因塔頂溫度的波動(dòng)而影響塔頂或塔釜的產(chǎn)品質(zhì)量。

? 塔釜液面的調(diào)節(jié)

無論哪一種精餾操作，嚴(yán)格控制塔釜液面都是很重要的?？刂扑囊好嬷烈欢ǜ叨?，一方面起到塔釜液封的作用，使被蒸發(fā)的輕組分蒸氣，不致于從塔釜排料管跑掉；另一方面，使被蒸發(fā)的液體混合物在釜內(nèi)有一定的液面高度和塔釜蒸發(fā)空間以及使塔釜混合液體在蒸發(fā)器內(nèi)的蒸發(fā)面與塔釜液面有一個(gè)溫差高度，以保證液體因靜壓作用而不斷循環(huán)去蒸發(fā)器內(nèi)進(jìn)行蒸發(fā)。

塔釜的液面一般以塔釜排出量來控制。

二、異常分析及處理