精馏工艺简介

David

, y8 J0 f9 G* y8 b$ R' P

一、原理及结构

       精馏，是利用混合液中各组分的沸点（或挥发性）差异，经过连续多次部分气化、多次部分冷凝，使轻、重组分相互较完全分离的单元操作。这里我们介绍下常见的精馏装置板式精馏塔，包括塔体、多块塔板、再沸器、冷凝器（全冷却器、部分冷凝器）等。

二、精馏过程

       原料通过进料口进入精馏塔，一般在上游配备有原料预热器，提高精馏的效率。

       再沸器对塔釜（精馏塔底部）加热至沸腾，提供一定流量的上升蒸气，同时部分釜液作为塔釜产品采出。

       塔顶冷凝器将进入塔顶的上升蒸气冷凝，冷凝液一部分流入塔内为回流液、一部分采出为塔顶产品。实际生产中，为了节能，当被冷凝的气相温度较高时，也可先与其它低温物料换热，这样气相被部分冷凝，再用循环水冷凝，也是一种分凝方法，可减少循环水用量。低温物料被预热，也可减少蒸汽耗量。

       塔板上液相和气相充分接触混合，进行传热传质。每一块塔板：气相液相双向传质。上升蒸气部分冷凝，下降回流液部分气化，逐级使轻、重组分进一步分离。每一块板相当于进行一次蒸馏。

三、常见板式塔

       常见板式塔包括筛板塔、泡罩塔、浮阀塔等，具体如下：

       （一）筛板塔

       结构特点：塔板上开有许多均匀小孔。孔径3-8mm（10-25mm）。筛孔呈正△排列。塔板上设溢流堰。操作：气体通过筛孔分散成细小气流，鼓泡通过液层。正常操作时，上升气流能阻止液体经筛孔向下漏液。

       优点：①结构简单、造价低；②塔板液面落差小，流动阻力小，气体压降低；③生产能力大、塔板效率高（与泡罩板比，气体分散好，气液接触充分）。缺点：①操作弹性小（气道面积固定，不能调节）；②筛孔易堵塞，不宜处理易结焦、粘度大的物料。

       （二）泡罩塔

       结构特点：升气管+泡罩（带齿缝）。操作时，液体横向流过塔板，溢流堰保持一定液层厚度。沿升气管上升气体折流经过齿缝进入液层，被分散成细小的气泡或流股，在板上形成鼓泡层和泡沫层。

       优点：①不易漏液，操作弹性大（维持塔板效率基本不变，气液负荷允许波动的范围，一般用气相表示Vs,max/Vs,min）；②塔板不易堵塞（齿孔较大）。缺点：①结构复杂、造价高；②塔板压降大，流体阻力大；雾沫夹带严重；③生产能力及塔板效率较低（气液接触越充分效率越高）。

       泡罩塔板已逐渐被筛板、浮阀塔板取代，已很少采用。

       （三）浮阀塔

       结构特点:开孔可浮动阀片；操作时由阀孔上升的气流经阀片与塔板间隙沿水平方向进入液层,增加气液接触时间,浮阀开度随气体负荷可变（2.5-8.5mm开度）。当气量低时，气体可通过静止开度的缝隙而鼓泡；高气量时，阀片浮起，开度增大。

       优点：①结构简单,造价低;②生产能力大（较大开孔率,大于泡罩20%-40%,接近筛板）；③操作弹性大（阀片可升降,容许的气速波动范围比泡罩或筛板要宽)；④塔板效率较高（气体水平吹入液层,气液接触时间长)；⑤气体压降及液面落差小（气、液经过阀片时阻力小)。缺点：①处理易结焦、高粘度的物料时，阀片易与塔板粘结；②操作时阀片易脱落或卡死（旋转、磨损坏）,造成塔板效率和操作弹性下降。

四、常见问题

       （一）液泛

在精馏塔中，由于各种原因造成液相堆积超过其所处空间范围，称为液泛。液泛可分为降液管液泛、雾沫夹带液泛等。降液管液泛是指降液管内的液相堆积至上一层塔板。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。

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。

       1、产生原因

       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。

       2、现象

       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。

   

       由上图数据可见，在精馏塔发生液泛时现象：a）灵敏板（3层塔盘）温度降低了4.6℃；b）灵敏板以上21层塔盘温度升高了3.1℃；c）塔上第30层塔盘温度升高了1.3℃；d）塔顶与塔底温差增加了3.8kpa；e）回流量增加了600kg/h；f）塔底加热蒸汽量增加了367kg/h。

       3、处理措施

       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。

       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。

       （二）淹塔

       在精馏过程中，自某块塔板往上液体逐渐积累，以至充满部分塔段，使上升气体受阻，气、液两相的传质传热过程不能正常进行，这就叫淹塔。

       淹塔的现象是：塔顶温度下降；回流罐液面下降；塔底液面和压力增高。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

       处理方法：1、适当降低进料量和回流量。2、如设备故障，则停工处理。

       （三）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。