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影响精馏操作的一些因素

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发表于 2021-10-26 16:05:18 | 显示全部楼层 |阅读模式
除了设备问题以外,精馏过程的影响因素主要有以下几个方面:塔的温度和压力(包括塔顶、塔釜和某些具有特殊意义的塔板)、进料状态、进料量、进料组成、进料温度、塔内上升蒸气速度和蒸发釜的加热量、回流量、塔顶冷剂量、塔顶采出量和塔底采出量。塔的操作就是按照塔顶产品和塔底产品的组成要求来对这几个影响因素进行调节的。
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1、精馏塔操作压力变化对精馏操作的影响

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塔的设计和操作都是基于一定的压力下进行的,因袭一般的精馏塔总是先要保证压力恒定。塔压的波动对塔的操作影响是很大的。塔压的波动将产生如下的影响。 0 @! U( W. i7 ^/ y6 I
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① 影响产品质量和物料平衡

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改变操作压力,将使每块塔板上的气液相平衡的组成发生改变,塔压升高,则气相中的重组分减少,相应的提高了气相中的轻组分的浓度;液相的轻组分含量增加,同时改变了气液相的比重,使液相增加,气相减少。

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总的结果是:塔顶中的轻组分浓度增加,但数量减少;塔釜中的重组分浓度增加,釜液量增加。同理,压力降低,塔顶馏分的数量增加,轻组分浓度减少;釜液量减少,轻组分浓度减少。

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正常操作中应保持恒定的压力,但若操作不正常时,引起塔顶中的重组分浓度增加,则可适当的增加操作压力的办法,使塔顶产品合格,但此时,液相中的轻组分损失增加。

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② 改变组分间的相对挥发度
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压力增大,组分间的相对挥发度降低,分离效果下降,反之亦然。

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③ 改变塔的生产能力

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压力增大,组分的重度增大,塔的处理能力增大。

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④ 塔压的波动

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这将引起温度和组成间对应关系的混乱。我们在操作中经常以温度作为衡量产品质量的间接标准,但这只是在压力恒定的情况下才是正确的。当塔压改变时,混合物的露点、泡点都会发生改变,引起全塔的温度分布发生改变,温度和产品质量对应关系也将发生改变。

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从以上分析来看,改变操作压力,将改变整个塔的工作状态,因此在正常操作中必须维持塔压恒定,只有在塔的正常操作受到破坏时,才能上述分析,在工艺指标允许的范围内,对塔的压力进行适当的调节。

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在精馏操作中,进料量,进料组成和进料温度的改变,塔釜加热蒸汽的改变、回流量、回流温度、塔顶冷剂量的改变以及塔板堵塞等,都可能引起塔压的波动,此时我们应先分析是什么原因引起的塔压波动,再及时处理,是操作恢复正常。
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2、 进料量的大小对精馏操作的影响

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进料量的大小对精馏操作的影响可分为下述两种情况来讨论。  Z+ R) F: K/ }3 O, ]- W* V0 q* ]* a

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①第一种情况

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进料量的变化范围不超过塔顶冷凝器和塔底再沸器的负荷范围时,只要调节及时得当,对顶温和釜温不会有太大的影响的,而只影响塔内上升蒸汽速度的变化。
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进料量增加,蒸汽上升速度增加,一般对传质是有利的,在蒸汽上升速度接近液泛速度时,传质效果为最好。若进料量再增加,蒸汽上升速度超过了液泛速度时,则严重的雾沫夹带会影响塔的正常操作。

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进料量减少,蒸汽的上升速度降低,对传质是不利的,蒸汽速度降低容易造成漏液,降低精馏效果。因此低负荷操作时,应适当增加回流比,提高塔内上升蒸气的速度,以提高传质的效果。应该说明的是,上述结论是以进料量发生变化时,塔顶冷剂量和塔底热剂量均能作用相应的调节为前提的。
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② 第二种情况
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进料量的变化范围超出了塔顶冷凝器和塔底再沸器的负荷时,不仅塔内上升蒸气的速度改变而且塔顶温度改变、塔釜温度改变,使得塔板上的气液相平衡组成改变,塔顶和塔底馏分组成改变。

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例如,液相进料时,若进料量过大,则引起提馏段的回流也会很快增加,在热剂不够的前提下,将引起提馏段温度降低,釜温中的轻组分浓度增加,釜液的流量增加,这同时也会引起上升蒸气中轻组分量增加,致使全塔温度下降,顶部溜出物中的轻组分纯度提高。

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当气液两相混合进料时,若进料量突然增加过快,将使精馏段内蒸汽量突然增加,同时使提馏段内回流液量也突然增加,在冷剂和热剂不够的前提下,前者是精馏段的温度上升,后者是提馏段的温度下降;前者引起塔顶馏分中重组分浓度增加,使产品质量不合格,后者引起塔釜馏分中的轻组分浓度增加,损失过大。

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当全部为气相进料,进料量突然增加,首先应考虑到精馏段上升蒸汽量突然增加,随之而来的是塔顶的气相溜出物增加,回流比减少,塔顶温度上升,提馏段温度上升。前者引起塔顶产品中重组分含量增加,塔内回流中的重组分也增加,后者使塔釜产品中的重组分浓度增加。
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综上所述,不管进料状况如何,进料量过大的波动,将会破坏塔内正常的物料平衡和工艺条件,造成塔顶、塔釜产品质量不合格或者物料损失增加。因此,应尽量保持平衡的进料量,即使需要调节时,也应该缓慢的进行。
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3、 进料组成的变化对精馏操作的影响
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进料组成的变化,直接影响精馏操作,当进料中重组分的浓度增加时,精馏段负荷增加。对于固定了精馏段塔板数的塔来说,将造成重组分被带到塔顶,使塔顶产品质量不合格。
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若进料中轻组分浓度增加时,提馏段负荷增加。对于固定了提馏段塔板数的塔来说,将造成提馏段内的轻组分不能全部被蒸出来,釜液中的轻组分的损失增加。

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同时,进料组成的变化将会引起全塔的物料平衡和工艺条件的变化。组分变轻,则塔顶馏分增加,釜液量减少。同时,全塔的温度下降,压力升高。组分变重,则塔顶馏分减少,釜液量增加。同时,全塔的温度上升,压力下降。 进料组成变化时,可采取如下措施。
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① 该进料口。组分变重时,进料口往下移;组分变轻时,进料口往上移。

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② 改变回流比。组分变重时,加大回流比;组分变轻时,减少回流比。
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③ 调节冷剂和热剂的量,根据组分变动的情况,相应的调节塔顶冷剂量和塔釜热剂量,维持塔顶、塔底的产品合格,质量不发生改变。
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4、进料温度的变化对精馏操作的影响
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进料温度的变化对精馏操作的影响很大的。总的来讲,进料温度

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降低,将增加塔底蒸发釜的负荷,减少塔顶冷却器的负荷。进料温度增加时,则减少塔底蒸发釜的负荷,增加塔顶冷却器的负荷。

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5、回流比的大小对精馏操作的影响

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操作中改变回流比的大小,以满足产品的质量要求是经常遇到的问题。当塔顶馏分中重组分浓度增加时,常采用加大回流比的方法将重组分压下去,以使产品质量合格。当精馏段的轻组分下到提馏段造成塔下部温度降低时,可以用减少回流比的方法以使釜温升起来。

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增加回流比,对从塔顶得到产品的精馏塔来说,可以提高产品质量,但是却要降低塔的生产能力,增加水、电、气的消耗。回流比过大,将会造成塔内物料的循环量过大,甚至导致液泛,破坏塔的正常操作。# E2 z, J" H& R& _6 w
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6、塔顶冷剂量的大小对精馏操作的影响
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塔的回流,主要由于冷剂量的波动,在不同程度上影响精馏塔的操作。

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例如:冷剂量减少,将会使冷却器的作用变差,冷凝液量减少,而在塔顶产品的液相采出作定值调解时,回流量势必减少。* m( ^9 Z4 ^# f/ M# P$ _
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7、塔顶采出量对精馏操作的影响

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精馏塔塔顶采出量的大小与该塔进料量的大小是有着相互对应的关系,进料量增加,采出量也应增加。采出量只有随进料量变化时,才能保持塔内固定的回流比,维持塔的正常操作,否则将会破坏塔内的气液相平衡。
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在强制回流操作中,如果进料量不变,塔顶采出量突然增大,则会易造成回流液罐抽空。回流液一旦中断,塔顶温度上升,同样也会影响塔顶产品的质量。

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如果进料量增加,塔顶采出量不变,其后果是塔顶回流量增加,塔内的物料增多,上升蒸汽速度增大,塔顶和塔釜的压差增大,严重时会导致液泛。

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8、塔底采出量的大小对精馏操作的影响
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塔釜保持稳定的液面,是维持塔釜温度恒定首要的条件。塔釜液面的变化,又主要取决于塔底采出量的多少。

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当塔底采出量过大时,会造成塔釜液面降低或抽空。这将会导致蒸发釜的釜液循环量减少,从而使得传热不好,轻组分不能全部蒸出,塔顶、塔釜的产品均不合格。
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