精馏塔日常控制几个要点

刘洪福

1、填料塔性能

   填料塔的流体力学性能主要包括填料层的持液量、填料层的压降、液泛、填料表面的润湿及返混等。

► 填料层的持液量

   填料层的持液量是指在一定操作条件下，在单位体积填料层内所积存的液体体积，以(m3液体)/(m3填料)表示。持液量可分为静持液量Hs、动持液量Ho和总持液量Ht。静持液量是指当填料被充分润湿后，停止气液两相进料，并经排液至无滴液流出时存留于填料层中的液体量，其取决于填料和流体的特性，与气液负荷无关。

► 填料层的压降

    在逆流操作的填料塔中，从塔顶喷淋下来的液体，依靠重力在填料表面成膜状向下流动，上升气体与下降液膜的摩擦阻力形成了填料层的压降。填料层压降与液体喷淋量及气速有关，在一定的气速下，液体喷淋量越大，压降越大；在一定的液体喷淋量下，气速越大，压降也越大。

► 液泛

     在泛点气速下，持液量的增多使液相由分散相变为连续相，而气相则由连续相变为分散相，此时气体呈气泡形式通过液层，气流出现脉动，液体被大量带出塔顶，塔的操作极不稳定，甚至会被破坏，此种情况称为淹塔或液泛。影响液泛的因素很多，如填料的特性、流体的物性及操作的液气比等。填料特性的影响集中体现在填料因子上。填料因子F值越小，越不易发生液泛现象。

    操作的液气比愈大，则在一定气速下液体喷淋量愈大，填料层的持液量增加而空隙率减小，故泛点气速愈小。

► 液体喷淋密度和填料表面的润湿

    填料塔中气液两相间的传质主要是在填料表面流动的液膜上进行的。要形成液膜，填料表面必须被液体充分润湿，而填料表面的润湿状况取决于塔内的液体喷淋密度及填料材质的表面润湿性能。

    液体喷淋密度是指单位塔截面积上，单位时间内喷淋的液体体积，以U表示，单位为m3/（m2·h）。为保证填料层的充分润湿，必须保证液体喷淋密度大于某一极限值，该极限值称为最小喷淋密度，以Umin表示。

► 返混

    在填料塔内，气液两相的逆流并不呈理想的活塞流状态，而是存在着不同程度的返混。造成返混现象的原因很多，如：填料层内的气液分布不均；气体和液体在填料层内的沟流；液体喷淋密度过大时所造成的气体局部向下运动；塔内气液的湍流脉动使气液微团停留时间不一致等。填料塔内流体的返混使得传质平均推动力变小，传质效率降低。

    因此，按理想的活塞流设计的填料层高度，因返混的影响需适当加高，以保证预期的分离效果。

2、影响精馏操作的工艺因素

► 塔釜温度

   在操作压力不变的情况下，提高塔釜温度，则使塔内液相中的易挥发组分减少，同时并使上升蒸汽的速度增大，有利于提高传质效率。

   如果由塔顶得到产品，则塔釜排出难挥发物中，易挥发组分减少，可减少工艺损失；如果塔釜排出物为产品，则可以提高产品质量，但塔顶排出的易挥发组分中夹带的难挥发组分增多，从而增大工艺损失。因此在提高温度时，既要考虑到产品质量，又要考虑到工艺损失。

   在平稳操作过程中，釜温突然升高，来不及调节相应的压力和塔釜温度时，必然导致塔釜液被蒸空，压力升高。这时重组分（难挥发组分）易被蒸到塔顶，使塔顶产品不合格。

► 操作压力

    在一定操作温度的情况下，提高操作压力，可以相应地提高塔的生产能力。但是在塔釜难挥发产品中，易挥发组分含量增加。如果从塔顶得到产品，则可以提高产品的质量和易挥发组分的浓度。

► 加料温度

   常见的进料情况有沸点进料、冷液进料、饱和蒸气进料、气液混合进料和过热蒸气进料。

   如果是冷液进料，且进料温度低于加料板上的温度，那么加入的物料全部进入提馏段，使提馏塔负荷增加，塔釜消耗蒸汽量增加，塔顶难挥发组分降低。若塔顶为产品，则会提高产品质量。

   如果是饱和蒸气进料，则进料温度高于加料板上的温度，所进物料全部进入精馏段，精馏段的负荷增加，会使塔顶产品质量降低，甚至不合格。精馏塔较为理想的进料情况是沸点进料，它较为经济和最为常用。

► 加料量

   在允许负荷范围内，提高加料量，对提高产品的产量有益。如果超出允许负荷，提高加料量，会产生夹带，甚至液泛；如果加料量过低，塔的平衡操作不好维持，特别是浮阀塔、筛板塔等。由于负荷减低，蒸汽速度减小，塔板容易漏液，精馏效率降低。

► 回流

   在精馏操作中，回流是维持全塔正常操作的必要条件。

   一般，提高回流比，可以提高产品质量。但是回流比过大，塔内的内循环增加，使水、电和气的消耗量增加，操作费用相应提高。当塔顶采出量变大，回流比减小时，塔内气液接触不好使平衡受到破坏，因而传质效率下降。同时，操作压力下降，难挥发组分易被带到塔顶，导致精馏效率下降，塔顶产品质量不合格。

3、精馏塔工艺操作指标调节

► 塔压的调节

    正常操作中，如果加料量、釜温以及塔顶冷凝器的冷剂量等条件都不变化，则塔压将随采出量的多少而发生变化。采出量太少，塔压升高。反之，采出量太大，塔压下降。

   操作时，釜温、加料量以及塔顶采出量都未发生变化，塔压却升高。可能是冷凝剂的冷剂量不足或冷剂温度升高，抑或冷剂压力下降。   

   这时应尽快联系供冷单位予以调节，如果冷剂一时不能恢复到正常情况，则应在允许的条件下，塔压可维持高一点或增加塔顶采出，并降低釜温，以保证不超压。

    一定温度有相应的压力。在其他操作条件不变的条件下，塔顶或塔釜温度的波动，会引起塔压的相应波动，这是正常现象。但是当塔温度突然升高，必然会导致塔压升高。这时除了调节塔顶冷凝器的冷剂和加大采出量之外，更重要的是恢复塔的温度。如果处理不当易使塔顶产品不合格和液泛的发生。

► 塔温的调节

    在一定的压力下，被分离的液体混合物，气化程度决定于温度，而温度由塔釜加热器的蒸汽用量来控制。塔釜温度波动时，除了分析加热器的蒸汽量和蒸汽压力的变动之外，还要考虑其他因素的影响。例如，塔压的升高或降低，也能引起釜温的变化。当塔压突然升高时，虽然釜温随之升高，但上升蒸气却在下降，使塔釜轻组分变多,要分析原因予以排除。

   在正常操作中，有时釜温会随着加料量或回流量的 改变而改变。因此在调节加料量或回流量时，要相应地调节塔釜温度和塔顶采出量，使塔釜温度和操作压力平稳。

► 回流量的调节

    回流量是直接影响产品质量和塔的分离效果的重要因素。回流量的增加，塔压差明显增大，塔顶产品纯度会提高；回流量减少，塔压差变小，塔顶产品纯度变差（重组分含量增加），在操作中，一般依据这两方面的因素来调节回流比。

► 塔压差的调节

    塔压差是判断精馏塔操作加料、取料是否均衡的重要标志之一。在加料、取料保持平衡和回流量保持稳定的情况下，塔压差基本不变。

   如果塔压差增大，必然引起塔身个板温度的变化，这可能是塔板堵塞，或是采出量太少，塔内回流量太大所致，此时应提高采出量来平衡操作。否则，塔压差逐渐增大，将引起液泛。当塔压差小时，釜温不大好控制，这可能是塔内物料太少，精馏段处于干板操作，不起分离作用，必然导致产品质量下降。此时应及时减少塔顶采出量，加大回流量，使塔压差保持稳定。

► 塔顶温度的调节

    在精馏塔中，塔顶温度由回流温度来控制，但不是以回流量来控制。

    在正常操作中，若加料量、回流量、釜温及操作压力都不变，则塔顶温度处于稳定正常状态。当操作压力提高时，塔顶温度就会下降。遇到这种情况，则必须恢复正常的操作压力。另外在操作压力正常的情况下，塔顶温度随塔釜温度升高而升高，下降而下降。若遇到这样情况，此时可适当调节釜温，恢复塔顶温度。否则，会因塔顶温度的波动而影响塔顶或塔釜的产品质量。

► 塔釜液面的调节

    无论哪一种精馏操作，严格控制塔釜液面都是很重要的。控制塔釜的液面至一定高度，一方面起到塔釜液封的作用，使被蒸发的轻组分蒸气，不致于从塔釜排料管跑掉；另一方面，使被蒸发的液体混合物在釜内有一定的液面高度和塔釜蒸发空间以及使塔釜混合液体在蒸发器内的蒸发面与塔釜液面有一个温差高度，以保证液体因静压作用而不断循环去蒸发器内进行蒸发。

    塔釜的液面一般以塔釜排出量来控制。