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精馏塔操作分析



1.    维持稳定精馏过程连续操作的条件

(1) 根据原料的进料量、组成以及对产品的分离要求,需严格维持体系的物料平衡。

a.  总物料平衡:在精馏塔操作时,物料的总进料量应恒等于总出料量,即

qn,f = qn,d + qn,w                               (1)

式中:qn,f-原料液进料流量(mol.s-1);

                     qn,d-塔顶产物流量(mol.s-1);

                      qn,w-塔底原料流量(mol.s-1)。

     在精馏操作时,无论进料量大于出料量还是出料量大于进料量,都会导致总物料量的不平衡。前者会引起液泛,而后者会引起塔釜的物料蒸干,最终都破坏了精馏塔的正常操作。

b.     各组分的物料平衡:在满足总物料平衡的情况下,还应同时满足下式:

            qn,f×xf = qn,d×xd + qn,w×xw                    (2)

式中:xf-原料液中易挥发组分的摩尔分数;

                     xd-塔顶馏出液中易挥发组分的摩尔分数;

                     xw-塔釜液中易挥发组分的摩尔分数。

     由式(1)和式(2)可以看出,在进料量qn.f,进料组成xf, 以及产品的分离要求xd,xw一定的情况下,应严格保证馏出液qn,d和釜液qn,w的采出率为:

           qn,d / qn,f = (xf-xw) / (xd-xw)                           (3)

           qn,w / qn,f = 1-qn,d /qn,f                             (4)

     若塔顶的采出率qn,d / qn,f取得过大,即使精馏塔有足够的分离能力,在塔顶仍不能获得合格的产品。

(2)  精馏塔应有足够的分离能力。

当塔板数一定时,正常的精馏操作过程要有足够的回流比,才能保证一定的分离效果,从而得到合格的产品。一般应根据设计的回流比R严格控制回流量,即回流量为Rqn,d。

(3)  精馏塔操作时,应有正常的气液负荷量,以避免发生严重的液沫夹带,严重的漏液及溢流、液泛等不正常的操作状况。

2.  产品不合格的原因及调节方法

(1)   精馏过程中由于物料不平衡而引起的不正常现象及其调节方法。

     在精馏操作过程中,要求维持总物料的平衡,即qn,f = qn,d + qn,w,是比较容易的,但要求在各组分物料平衡条件下操作则比较困难,过程往往处在不平衡的条件下,即

             qn,f×xf ≠ qn,d×xd + qn,w×xw                 (5)

在这种情况下,恢复正常操作的处理方法是:

a.     在qn,d×xd>qn,f×xf - qn,w×xw条件下操作

外观表现是:塔釜温度合格而塔顶温度逐步升高,塔顶产品不合格,严重时可明显观察到冷凝器视镜内液流减少。随着过程的进行,塔内轻组分会大量流失,而重组分则逐步积累,使操作过程渐趋恶化。

造成的原因:

1)塔釜产品与塔顶产品采出比例不当,即

         qn,d / qn,f >(xf - xw) / (xd - xw)                 (6)

2) 进料组成有变化,轻组分含量下降。

采取措施:

1) 可采用不改变加热功率,而减少塔顶采出量及加大塔釜出料量和进料量的办法,以补充塔内的易挥发组分量,待顶部温度逐步下降至规定值时,再调节操作参数使过程在qn,d×xd = qn,f×xf - qn,w×xw条件下进行。

2) 进料组成发生变化,但变化不大而造成此现象,调节方法同上;若进料组成变化较大时,尚需要调节进料口的位置,甚至改变回流量。

b.    在qn,d×xd < qn,f×xf - qn,w×xw条件下操作

外观表现是:塔顶温度合格而釜温下降,塔釜产品采出不合格。很显然,随着过程的进行,塔内难挥发组分会逐渐流失而易挥发组分会逐渐积累,同样会使操作过程趋于恶化。

造成这种情况的原因:

1) 塔底产品与塔顶产品采出比例不当,即:

          qn,d / qn,f < (xf - xw) / (xd - xw)                 (7)

2)进料组成有变化,易挥发组分含量升高。

采取措施:

1)可采用调大加热功率,同时不改变回流量而加大塔顶采出量的方法,使过程在qn,d×xd > qn,f×xf - qn,w×xw条件下操作;此外也可视具体情况适当减少进料量。待釜温升至正常值后,按qn,d×xd =qn,f×xf - qn,w×xw情况下的操作要求调整操作条件。

2)可按上述方法调节,并视具体情况而对进料口位置作适当调整。

(2)由于分离能力不够引起产品不合格的现象及调节方法。

外观表现是: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。

采取措施:

对于这种情况,一般是通过加大回流比来调节。但应注意,若在精馏塔的进料量qn,f及组成xf已定的条件下,且又规定了塔顶、塔底产品的组成,根据物料衡算,则塔顶和塔顶产品的出料量qn,d、qn,w亦已确定。所以,加大回流比的措施只能是增加上升蒸汽的量即增加塔底的加热速率及塔顶的冷凝量,这是以增加操作费用为代价的。

此外,由于回流比的增加,塔内上升蒸气量超过塔内允许的气液相负荷时,容易发生严重的液沫夹带或其它不正常现象。因此,不能盲目地增加回流比,必要时可以采取降低进料量qn,f的措施。

(3)精馏过程进料量变化对操作条件的影响及调节。

外观表现是:塔釜的液位不稳定(渐升或渐降)。

造成这种情况的原因:

1) 由外界条件的波动而引起的进料量的变化。

2) 因生产上需要使进料量改变。

采取措施:

1)操作上的疏忽,进料量已经发生变化,可以通过及时调节进料控制阀,使之恢复正常。而操作条件未作相应的调整,其结果必然使得过程处于物料不平衡的条件下操作。如在生产中塔釜的采出量使根据塔釜液位加以控制的,当进液减少时,塔顶采出仍维持原状不变,必然使塔釜采出量减少,导致过程处于qn,d×xd>qn,f×xf - qn,w×xw条件下操作;同理,当进料量增加时,则过程必然处于qn,d×xd < qn,f×xf - qn,w×xw条件下操作。

2) 因生产上需要使进料量改变,则以维持稳定的连续操作为条件进行调节。使过程仍然在qn,d×xd = qn,f×xf - qn,w×xw条件下操作。

上一信息:精馏塔压降的计算  

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