精餾塔的安全運行分析

1、精餾塔的安全運行分析 精餾是氣液兩相間的熱量傳遞過程，與相平衡密切相關(guān)，而對于雙組分兩相體系，操作溫度、操作壓力可以獨立變化，所以當(dāng)要求獲得指定組成的蒸餾產(chǎn)品時，操作溫度與操作壓力也就確定了。因此，工業(yè)精餾常通過控制溫度和壓力來控制蒸餾過程。一、 靈敏板的確定在總壓一定的條件下，精餾塔內(nèi)務(wù)塊板上的物料組成與溫度一一對應(yīng)。當(dāng)板上的物料組成發(fā)生變化時，其溫度也就隨之起變化。當(dāng)精餾過程受到外界干擾(或承受調(diào)節(jié)作用)時，塔內(nèi)不同塔板處的物料組成將發(fā)生變化，其相應(yīng)的溫度亦將改變。其中，塔內(nèi)某些塔板處的溫度對外界干擾的反應(yīng)特別明顯，即當(dāng)操作條件發(fā)生變化時，這些塔板上的溫度將發(fā)生顯著變化，這種塔板稱之為靈敏

2、板，一般取溫度變化最大的那塊板為靈敏板。精餾生產(chǎn)中由于物料不平衡或是塔的分離能力不夠等原因造成的產(chǎn)品不合格現(xiàn)象，都可及早通過靈敏板溫度變化情況得到預(yù)測，從而可及早發(fā)出信號使調(diào)節(jié)系統(tǒng)能及時加以調(diào)節(jié)，以保證精餾產(chǎn)品的合格。二、 精餾塔的溫度控制精餾塔通過靈敏板進(jìn)行溫度控制的方法大致有以下幾種。(1)精餾段溫控 靈敏板取在精餾段的某層塔板處，稱為精餾段溫控。適用于對塔頂產(chǎn)品質(zhì)量要求高或是氣相進(jìn)料的場合。調(diào)節(jié)手段是根據(jù)靈敏板溫度，適當(dāng)調(diào)節(jié)回流比。例如，靈敏板溫度升高時，則反映塔頂產(chǎn)品組成tn下降，故此時發(fā)出信號適當(dāng)增大回流比，使xd上升至合格值時，靈敏板溫度降至規(guī)定值。(2)提餾段溫控 靈敏板取在提餾

3、段的某層塔板處，稱為提餾段溫控。適用于對塔底產(chǎn)品要求高的場合或是液相進(jìn)料時，其采用的調(diào)節(jié)手段是根據(jù)靈敏板溫度，適當(dāng)調(diào)節(jié)再沸器加熱量。例如，當(dāng)靈敏板溫度下降時，則反映釜底液相組成xw變大，釜底產(chǎn)品不合格，故發(fā)出信號適當(dāng)增大再沸器的加熱量，使釜溫上升，以便保持xw的規(guī)定值。(3)溫差控制 當(dāng)原料液中各組成的沸點相近，而對產(chǎn)品的純度要求又較高時，不宜采用一般的溫控方法，而應(yīng)采用溫差控制方法。溫差控制是根據(jù)兩板的溫度變化總是比單一板上的溫度變化范圍要相對大得多的原理來設(shè)計的，采用此法易于保證產(chǎn)品純度，又利于儀表的選擇和使用。三、 精餾塔的壓力控制壓力也是影響精餾操作的重要因素。精餾塔的操作壓力是由設(shè)計

4、者根據(jù)工藝要求，經(jīng)濟(jì)效益等綜合論證后確定的，生產(chǎn)運行中不能隨意變動。塔內(nèi)壓力波動對精餾操作主要影響如下。(1)操作壓力波動，將使每塊塔板上氣液平衡關(guān)系發(fā)生變化。壓力升高，氣相中難揮發(fā)組分減少，易揮發(fā)組分濃度增加，液相中易揮發(fā)組分濃度也增加；同時，壓力升高后汽化困難，液相量增加，氣相量減少，塔內(nèi)氣、液相負(fù)荷發(fā)生了變化。其總的結(jié)果是，塔頂餾出液中易揮發(fā)組分濃度增加，但產(chǎn)量減少；釜液中易揮發(fā)組分濃度增加，釜液量也增加。嚴(yán)重時會造成塔內(nèi)的物料平衡被破壞，影響精餾的正常進(jìn)行。(2)操作壓力增加，組分間的相對揮發(fā)度降低，塔板提濃能力下降，分離效率下降。但壓力增加，組分的密度增加，塔的處理能力增加。(3)塔

5、壓的波動還將引起溫度和組成間對應(yīng)關(guān)系的變化?？梢?，塔的操作壓力變化將改變整個塔的操作狀況。因此，生產(chǎn)運行中應(yīng)盡量維持操作壓力基本恒定。四、 精餾過程的熱平衡控制石油和化學(xué)工業(yè)中能耗最大者為分離操作，其中又以精餾的能耗居首位，精餾又是化工生產(chǎn)中廣泛使用的單元操作。精餾裝置的能耗主要由塔底再沸器中的加熱劑和塔頂冷凝器中冷卻介質(zhì)的消耗量所決定，兩者用量可以通過對精餾塔進(jìn)行熱量衡算得出。按圖108的虛線范圍內(nèi)以單位時間為基準(zhǔn)，作全塔熱量衡算。(1)加熱蒸汽帶人的熱量qh，kjhqhwh(ji)式中 wh加熱蒸汽消耗量，kgl；j加熱蒸汽的焓，kjh；i冷凝水的焓，kjh。(2)原料帶入的焓qf，kjh

6、引項焓值與進(jìn)料熱狀況有關(guān)。如，原料為液體(q1)時，qffcftf式中 f-原料液的質(zhì)量流量，kgh；cf原料液的比熱容，kj(kg)；tf原料液的溫度，。(3)回流液帶人的焓qr，kjhqr=drcrtr式中 d餾出液的質(zhì)量流量，kgh；r 回流比；cr回流液的比熱容，kj(kg)；tr回流液的溫度，。(4)塔頂蒸汽帶出的焓qv，kjhqvd(r+1)iv式中 iv塔頂上升蒸汽的焓，kjkgo(5)再沸器內(nèi)殘液帶出的焓qw，kjhqw=wcwtw式中 w殘液的質(zhì)量流量，kgh；cw殘液的比熱容，kj(kg)；tw殘液的溫度，。(6)損失于周圍的熱量q，kjh由式(1013)可見，若原料液經(jīng)過

7、預(yù)熱后使其帶人的熱量增加，則再沸器內(nèi)加熱劑的消耗量將減少。至于塔頂冷凝器中冷卻介質(zhì)的用量可通過對冷凝器的熱量衡算出。精餾過程中，除再沸器和冷凝器應(yīng)嚴(yán)格符合熱量平衡外，還必須注意整as個精餾系統(tǒng)的熱量平衡，即由精餾塔與這些換熱器等組成的精餾系統(tǒng)是一個有機結(jié)合的整體。因此，塔內(nèi)某個參數(shù)的變化必然會反映到再沸器和冷凝器中。(1)中間冷凝器和中間再沸器 普通精餾塔只在塔頂和塔底對塔內(nèi)物料進(jìn)行冷凝和蒸發(fā)，在一座精餾塔內(nèi)溫度自塔頂向塔底是逐漸升高的。對于頂溫低于環(huán)境溫度、底溫高于環(huán)境溫度，而且頂、底溫差較大的精餾塔，如能在精餾段設(shè)置中間冷凝器就可用此塔頂冷凝器溫度稍高而價格較高的低溫制冷劑來提供冷量，從而

8、節(jié)省有效能，如圖109所示。同理，如果在提餾段設(shè)置中間再沸器，就可用溫度比塔底再沸器稍低而價格較廉的熱劑為熱源，達(dá)到節(jié)能的目的。在深冷分離塔中，則可以回收溫位較低的冷量。(2)多效精餾 多效精餾是仿照多效蒸發(fā)的原理，如圖1010所示。把一個精餾塔分成壓力不同的多個塔，每個塔稱為一效，前一效的壓力高于后一效，并且維持相鄰兩效之間的壓力差，足以使前一效塔頂蒸汽冷凝溫度略高于后一效塔釜液體的沸騰溫度。各效分別進(jìn)料。第一效精餾塔用外來熱劑或水蒸氣加熱，而第一效的塔頂蒸汽進(jìn)入第二效的塔釜作為熱劑并同時冷凝成塔頂產(chǎn)品dl。同理，在其他各效中均用前一效塔頂蒸汽加熱后一效塔釜液體，并在后一效塔釜液體吸熱沸騰的

9、同時，又使前一效塔頂蒸汽冷凝為產(chǎn)品直到最后一效，塔頂蒸汽才需要用外來冷劑進(jìn)行冷凝成產(chǎn)品。(3)熱泵精餾 熱泵系統(tǒng)實質(zhì)上是一個制冷系統(tǒng)，主要設(shè)備為壓縮機和膨脹器。熱泵精餾流程見圖1011。圖中所示熱泵系統(tǒng)的工作原理為：工作介質(zhì)經(jīng)壓縮后在較高露點下冷凝，放出的熱量供再沸器中的物料汽化；被液化的工作介質(zhì)經(jīng)過膨脹，在低壓下汽化，汽化時需要吸收熱量將塔頂冷凝器的熱量移去。通過壓縮機和膨脹閥的作用致使工質(zhì)冷凝和汽化，將塔頂?shù)牡蜏匚粺崴偷剿赘邷匚惶幚?，整個系統(tǒng)因而得名熱泵。熱泵系統(tǒng)中壓縮機消耗的能量，是惟一由外界提供的能量，它比再沸器直接加熱所消耗的能量少得多，一般只相當(dāng)于后者的2040。如果被分離的物料本身可以作為熱泵的工作介質(zhì)，可進(jìn)一步提高熱泵精餾的效益，如圖1012和圖1013所示的兩種流程。圖1012為再沸液閃蒸的熱泵系統(tǒng)，此系統(tǒng)中省去了再沸器，從塔底出來的液體經(jīng)節(jié)流減壓在塔頂冷凝器中汽化，再經(jīng)壓縮升溫作為塔底上升蒸汽使用。圖1013為蒸汽再壓縮的熱泵系統(tǒng)，此系統(tǒng)省去了塔頂冷凝器，塔頂蒸汽經(jīng)壓縮后在再沸器中冷凝，冷凝液經(jīng)節(jié)流降溫再回流到塔內(nèi)。由于壓縮機、電能等的限制以及具體工藝條件的不同，致使不同物系采用熱泵精餾的效益差別甚大，所以并非任何精餾過程都能采用