影响蒸馏操作过程的十个方面是什么?
精馏操作过程受以下因素的影响:进料位置、塔温、塔压、进料状态、进料量、进料成分、进料温度、塔内上升蒸汽速度、再沸器加热、回流速度、塔顶冷剂、塔顶提取、塔底提取等。塔的运行就是根据塔顶和塔底产品成分的要求来调节这些影响因素。
1、进料板位置对蒸馏操作的影响
最合适的进料板位置是在相同理论板数和相同操作条件下,具有最大分离能力的进料板位置或在相同操作条件下要求理论板数最少的进料板位置。在化工行业,大多数精馏塔都配有两个以上的进料板,调整进料板位置的依据是进料组分的变化。当进料组分中的轻组分低于正常操作时,进料板的位置应向下移动,以增加精馏段的板数,从而提高精馏段的分离能力。反之,进料板位置上移,以增加蒸馏段的板数,从而提高蒸馏段的分离能力。总之,进料板上的进料组分中轻组分的含量应小于蒸馏段最低板上轻组分的含量,而大于蒸馏段最上层板上轻组分的含量。这样可以使进料不破坏塔内各层板上的物料成分,从而保持平稳运行。
2、饲料成分的变化对蒸馏操作的影响
进料成分的变化,直接影响精馏操作,当进料中重组分浓度增加时,精馏段的负荷增加,对于固定精馏段塔板数的塔板,会造成重组分带到塔顶,使塔顶产品质量不合格。如果进料中轻组分的浓度增加,精馏段的负荷增加,对于固定精馏段的塔板数,会造成精馏段中轻组分蒸发不完全,釜液中轻组分的损耗增加。进料成分的变化也会引起塔内物料平衡和工艺条件的变化。组分变轻,顶部馏分增加,釜液排量减少。同时,整个塔的温度降低,塔压升高。组分变重则相反。进料成分发生变化时,可采取以下措施。1) 调整进料口。当组分变重时,进料口下移;当组分变轻时,进料口上移。2) 改变回流比。当组分变重时,增大回流比;当组分变轻时,减小回流比。3) 调整塔顶和釜的温度。根据组分变化情况,相应调整塔顶和釜内温度,通过对回流液、气体回流温度或回流流速的调整,保持塔顶、釜内产品质量不变。加大釜内加热剂量,可以提高釜内温度,釜内产品轻组分含量降低,重组分含量降低,但可能导致塔顶产品重组分增加,这时,需要降低塔内回流液温度,或提高回流流速,以保持塔顶产品的质量。
3、进料温度变化对蒸馏操作的影响
进料温度的变化对精馏操作的影响很大。一般来说,进料温度降低,会增加蒸发釜底部的热负荷,减少塔顶冷凝器的冷负荷;进料温度升高,会增加塔顶冷凝器的冷负荷,减少塔底蒸发釜的热负荷。当进料温度变化幅度过大时,通常会影响整个塔的温度,从而改变汽液平衡组成。如果进料温度过低,而塔釜内加热蒸汽不丰富,则会增加塔底馏分中轻组分的含量。例如,设计为泡点进料的塔,当改为冷液进料时,蒸馏段的板数过多,蒸馏段的板数不足,其结果是塔顶产品质量可能提高,而釜液中轻组分蒸发不完全。如果改为气液混合进料或饱和蒸汽、过热蒸汽进料,则蒸馏段的板数不够,蒸馏段的板数过多,其结果是塔顶产品中重组分含量超过规定,釜液中轻组分含量低于规定值,同时增加塔顶冷凝器的制冷剂消耗,降低塔釜的热剂消耗。进料温度的变化意味着进料状态的变化,而进料状态的变化会影响精馏段,精馏段负荷发生变化,进而产品质量、物料平衡都会发生变化,因此,进料温度是影响精馏塔操作的重要因素之一。比较理想的进料状态是泡点进料,这也是最常用的进料状态。
4、蒸馏塔操作压力的变化对蒸馏操作的影响
精馏塔的设计和操作都是建立在一定的塔压基础上的,因此一般精馏塔总是首先要保持恒定的压力。塔压波动会对塔的操作产生以下影响:1)影响产品质量和物料平衡。改变操作压力会改变每个塔板上的气液平衡组成。釜内压力升高,则气相中重组分减少,气相中轻组分浓度相应增加,液相中轻组分含量较之前增加,同时也改变了气液相的重量比,使液相量增加,气相量减少。总的结果是:塔顶馏分中轻组分的浓度增加,但数量相对减少;釜液中轻组分的浓度增加,釜液量也同时增加。同样,釜压降低,塔顶馏分的量增加,轻组分的浓度降低;釜液的量减少,轻组分的浓度降低。在正常操作中,应保持恒定的压力。但如果操作不正常,造成塔顶产品中重组分浓度增加时,可采用适当增加压力,使产品质量合格,但此时釜液中轻组分损失增加。2)改变各组分的相对挥发度。反应釜压力增加,组分间的相对挥发度降低,分离效率降低;反之,组分间的相对挥发度增加,分离效率增加。3) 改变塔的容量。反应釜压力增加,组分的重量增加,塔的容量也随之增加。塔压的波动会造成反应釜温度与组分对应关系的混乱。在操作中温度常被作为间接衡量产品质量的标准,但这只是在塔压不变的前提下才是正确的。当塔压发生变化时,混合料的气泡点、露点发生变化,引起整个塔的温度发生变化,温度与产品质量的对应关系也会发生变化。从以上分析可以看出,改变操作压力,会改变整个塔的操作,所以在正常操作时应保持恒定的压力(工艺指标),只有在塔的正常操作受到破坏时,才能根据以上分析,在工艺指标允许的范围内对塔的压力做出适当的调整。需要注意的是,在精馏操作中,进料量、进料成分和进料温度的变化,塔釜加热蒸汽量的变化,回流量、回流温度和制冷剂压力(就回流塔而言)的变化,以及塔的堵塞等,都可能引起塔压的波动,此时应首先分析塔压波动的原因,并及时处理,使操作恢复正常。
5、塔上升蒸汽速度和蒸发釜加热波动对蒸馏操作的影响
塔内上升蒸汽速度的大小,直接影响传质效果。一般来说,塔内上升蒸汽的最大速度应小于液泛速度。工艺上通常选择最大允许孔速为 80% 所产生的液泛速度。速度过低会使塔板效率明显下降。影响塔内蒸汽上升速度的主要因素是再沸器的热量。在釜温保持稳定的情况下,加热量增加,塔内蒸汽上升速率增加;加热量减少,塔内蒸汽上升速率减少。需要注意的是,加热量调节范围过大、过猛,都可能造成液泛或泄漏。
6、回流比的大小对蒸馏操作的影响
操作中改变回流比大小,保证产品质量。当塔顶馏分重组分含量增加时,常采用加大回流比的方法将重组分压下,使产品质量合格。当轻质馏分降到精馏段造成精馏塔温度降低时,可采用适当降低回流比的方法以提高塔下温度。增大回流比,从塔顶得到产品的精馏塔,可以提高产品质量,但要降低塔的生产能力,增加水、电、汽的消耗。回流比过大,会造成塔内物料循环过多,甚至会导致液泛,破坏塔的正常运行。
7、塔顶冷剂量的大小对蒸馏操作的影响
采用内回流操作的塔,冷剂量的大小,对精馏操作的影响较为显著;同时也是影响回流量波动的主要因素。对于采用外回流的塔,精馏塔的操作也会不同程度地受到冷剂量波动的影响。例如,冷量的减少,会使冷凝器的作用变差,冷凝液量减少,而在塔顶产品的液相萃取量为固定值的调节下,回流量必然减少。如果冷凝器还具有过冷作用(即俗称的冷凝冷却器),则冷量减少的同时,还会造成回流液温度升高。这些都会使精馏塔的塔顶温度升高,塔顶产品中的重组分含量增加,质量下降。
8、塔顶提取物的大小对蒸馏操作的影响
塔顶的大小与塔内进料量的大小有互为因果的关系,进料量增大,萃取量也要增大。众所周知,萃取量只有随进料量的变化而变化,才能保持塔内固定的回流比,维持塔的正常运行,否则就会破坏塔内的气液平衡。例如,当进料量不变时,塔内采用内回流,如果塔顶萃取量增加,回流比必然降低,造成塔板回流量减少,气液接触不好,传质效率下降;同时,操作压力也会下降,塔板上的气液相组成发生变化。其结果是,重组分被带到塔顶,塔顶产品质量不合格。在强制回流操作中,如果进料量不变,而顶部萃取量突然增大,很容易造成回流液槽被抽空。回流液中断,顶部温度升高,也会影响顶部产品质量下降。如果进料量增加,但塔顶萃取量不变,后果是回流比增大,塔内物料增加,上升蒸汽速度增大,塔顶与塔釜压差增大,严重时会造成液泛。
9、塔底提取物的大小对蒸馏操作的影响
在精馏塔的操作中,需要保持塔顶和釜内产品的稳定,保持精馏单元的物料平衡是精馏塔稳态运行的必要条件,通常由釜内液位来控制精馏塔的物料平衡。塔釜保持稳定的液位,是保持釜温恒定的首要条件。反应釜液位的变化,主要由塔底抽提量的大小决定。当塔底抽取量过大时,会造成釜内液位降低或抽空,从而使通过再沸器的釜液循环量减少,造成传热不良,轻组分得不到蒸发,塔顶、塔底产品不合格。如果采用柱管再沸器,由于循环液量太少,使釜液通过柱管上半部时形成过热气体,表现为挥发管内的气体温度较高,而釜内温度较低。如果塔底抽气量过小,会造成塔内釜液面过高(严重时会超过挥发管甚至淹塔),增大釜液循环阻力,也会造成传热不良,釜温下降。特别需要指出的是,对于容易聚合的物料,釜液位过高或过低,都会造成停留时间延长,增加聚合的可能性。此外,保持一定的釜液液位还能起到液体密封的作用,确保安全生产。
10、辅助设备对蒸馏操作的影响
精馏操作离不开塔底再沸器、塔顶冷凝器和输送泵。在正常生产中这些设备的操作条件应满足精馏塔的操作要求,否则精馏塔的能力就会受到限制,严重时会使整个工艺流程无法进行下去。例如,再沸器在生产过程中,可能由于某些不饱和碳氢化合物的聚合,而堵塞管路,使传热面积减小,导致塔的生产能力下降甚至被迫停车。塔顶的冷凝器也可能因水质不良、管子结垢而降低冷凝效率,使塔的生产能力下降,无法实施正常的工艺工况。当正常生产工艺受到破坏时,不仅要从精馏塔工艺上查找原因,还应该考虑到辅助设备的状况。