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精馏塔的应用及操作(液泛、淹塔、回流比)



精馏塔,精馏塔设计,蒸馏塔

工业生产中常常要求将混合物中各组分进行分离,其方法是利用混合物中各组分的挥发度不同,将它们进行分离,并达到规定的纯度要求。

精馏塔,精馏塔设计,蒸馏塔


精馏过程的实质就是利用混合物各组分具有不同的挥发度,使液相中的轻组分转移到气相中,而气相中的重组分转移到液相中,从而实现分离的目的。完成这一过程的工艺设备是精馏塔

精馏塔是石油化工、医药等领域常见的生产过程装备,是较为典型的单元生产过程,精馏塔的过程变量多,各变量之间关系复杂。

精馏塔,精馏塔设计,蒸馏塔

精馏塔的组成示意图如图1所示。

精馏塔进料入口以下至塔底部分称为提馏段,进料口以上至塔顶称为精馏段。塔内有若干层塔板,每块塔板上有适当高度的液层,回流液经溢流管由上一级塔板流到下一级塔板,蒸汽则由底部上升,通过塔板上的小孔由下一塔板进入上一塔板,与塔板上的液体接触。在每一块塔板上同时发生上升蒸汽部分冷凝和回流液体部分汽化的转热过程,更重要的是还同时发生易挥发组分不断汽化,从液相转入汽相,难挥发组分不断冷凝,由汽相转入液相的传质过程。整个塔内,易挥发组分浓度由下而上逐渐增加,而难挥发组分浓度则由上而下逐渐增加。适当控制好塔内的温度和压力,则可在塔顶或塔底获取人们所期望的物质成分。

1. 液泛现象

 塔板正常操作时,在板上维持一定厚度的液层,以和气体进行接触传质。如果由于某种原因造成液相堆积超过其所处空间范围,导致液体充满塔板之间的空间,使塔的正常操作受到破坏,这种现象称为液泛。

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液泛形成

液泛可分为降液管液泛、雾沫夹带液泛等。

1) 降液管液泛是指降液管内的液相堆积至上一层塔板。

2) 雾沫夹带液泛是指塔板上开孔空间的气相流速达到一定速度,使得塔板上的液相伴随着上升的气相进入上一层塔板。

影响雾沫夹带量的因素很多,诸如塔板间距、空塔速度、堰高、液流速度及物料的物理化学性质等。同时还必须指出:雾沫夹带量与捕集装置的结构也有很大的关系。虽然影响雾沫夹带量的因素很多,但最主要的影响因素是空塔速度和两块塔板之间的气液分离空间。对于固定的塔来说,雾沫夹带量主要随空塔速度的增大而增大。但是,如果增大塔板间的距离,扩大分离空间,则相应提高空塔速度

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液泛点

产生液泛时的操作状态称为液泛点。在设计精馏塔时,必须控制维持液泛率在一定的范围内以保证精馏塔的稳定运行。液泛开始时,塔的压降急剧上升,效率急剧下降。随后塔的操作遭到破坏。

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液泛成因

1)降液管内液体倒流回上层板。

由于塔板对上升的气流有阻力,下层板上方的压力比上层板上方的压力大,降液管内泡沫液高度所相当的静压头能够克服这一压力差时,液体才能往下流。

当液体流量不变而气体流量加大,下层板与上层板间的压力差亦随着增加,降液管内的液面随之升高.若气体流量加大到使得降液管内的液体升高到堰顶,管内的液体便不仅不能往下流,反而开始倒流回上层板,板上便开始积液;加以操作时不断有液体从塔外送入,最后会使全塔充满液体。就形成了液泛。

若气体流量一定而液体流量加大,液体通过降液管的阻力增加,以及板上液层加厚,使板上下的压力差加大,都会使降液管内液面升高,从而导致液泛。

2)过量液沫夹带到上层板

气流夹带到上一层板的液沫,可使板上液层加厚,正常增加到一定程度,液层的加厚便显着起来(板上液体量增多,气泡加多、加大)。气流通过加厚的液层所带出的液沫又进一步加多。这种过量液沫夹带使泡沫层顶与上一层板底的距离缩小,液沫夹带持续地有增无减,大液滴易直接喷射到上一层板,泡沫也可冒到上一层板,终至全塔被液体充满。

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液泛后果

1、塔底与塔顶的压差增加;

2、塔底与塔顶的温差减小;

3、塔顶回流罐的液位降低;

4、塔底的产品产量减少;

5、塔顶和塔底的产品质量均不合格。

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液泛处理

     1、整改降液板底隙;

     2、降低上升蒸汽量;

     3、减少进料量;

     4、降低蒸汽量、回流量(回流也属于进料量的一种)。

注意:以上两种促成液泛的原因中,比较常见的是过量液沫夹带。

2.淹塔

液泛时间长了,由于液体负荷过大,液体充满了整个降液管,而使上下塔板,液体连成一体,淹塔,分离效果完全被破坏。

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淹塔原因

导致淹塔发生的原因有以下几种:

1、沉降管堵死,回流液无法下流。

开工时铁屑、焊渣等杂物,正常生产中设备腐蚀物的沉积,或者液体中的固体析出,溶液的自聚物,都易引起降液管堵塞。


2、液体量太大,使降液管超负荷。

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淹塔处理

处理方法有这两项(如同液泛现象):

       1)适当降低进料量和回流量。 

       2)如设备故障,则停工处理。

3. 冲塔

精馏塔正常操作中,气液相负荷相对稳定。当气液相负荷都过大时,气体通过塔板压降增大,会使降液管中液面高度增加;液相负荷增加时,出口堰上液面高度增加。当液体充满整个降液管时,上下塔板连成一片,分馏完全被破坏,就会出现冲塔。


 冲塔的原因是:凡是形成塔内气液相负荷过大的因素都可引起冲塔,如原油的处理量、原料性质过轻、原油进塔含水量、塔底吹汽量、进料温度过高、回流中断或分布不均等。


现象:发生冲塔时,因塔内分馏效果变坏,破坏正常的传质传热,致使塔顶温度、压力、侧线馏出口温度、回流温度均上升,塔低液位突然下降,馏出油颜色变黑。


处理的原则是降低汽液负荷,即降低回流量和塔底加热蒸汽量,如果因为处理量过大,可降低进料量。必要时可中断进料、关闭塔底加热蒸汽,待各层塔盘温度回落到正常值以下后,再重新加热、进料。

4. 回流比

精馏操作中,由精馏塔塔顶返回塔内的回流液流量L与塔顶产品流量D的比值,即R=L/D。回流比的大小,对精馏过程的分离效果和经济性有着重要的影响。因此,在精馏设计时,回流比是一个需认真选定的参数。

回流比是根据对原料的分离要求确定的。回流比过大或过小,都会影响精馏操作的经济性和产品的质量。

加大回流比,可使塔顶产品中的轻组分浓度增加,但是,却减小了塔的生产能力,也使塔顶冷量、塔釜热量的消耗增大。


在正常操作中应保持适宜的回流比,在保证产品质量的前提下,争取最好的经济效果。只有在塔的正常生产条件受到破坏或产品质量不合格时,才能调节回流比。


例如,塔顶产品中重组分含量增加,质量下降,要适当增大回流比。塔的负荷(进料量)过低,为了保证塔内一定的上升蒸汽速度,也要适当增大回流比。


对于大型的生产装置,当不同类型的塔板结构与上升蒸汽速度的要求及仪表的设计工作范围与实际生产量的大小产生矛盾时,可以相应地适当改变回流比。


又如浮阀塔板,如果处理能力只有设计能力的50-60%时,为了使浮阀在适宜范围内工作,为了让仪表的测量范围在适宜的工作范围内,应采取加大回流比来保证生产的稳定,这对大型生产装置维持必要的稳定生产是极为重要的。

上一信息:精馏塔的11类故障  

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