预精馏塔

预精馏塔（精选七篇）

预精馏塔 篇1

1 腐蚀原因

在甲醇合成过程中,会产生很多的有机杂质,包括微量的甲酸和少量的甲酸甲脂。在低温和含量较低的情况下,甲酸腐蚀性较弱,不会对设备造成腐蚀。当系统存在水时,甲酸形成水溶液。在温度升高到一定程度时,甲酸的腐蚀性将增强。因此,精馏系统常采用加碱中和或将设备材质更换为耐腐蚀材料的方法。一般情况下,为了控制投资成本,精馏系统的较大设备均采用加碱中和的措施,这同时也控制了成品甲醇的酸度。本公司26万t/a甲醇装置和原6万t/a甲醇装置均采用加碱液中和的防腐蚀措施,并且采用节能型三塔精馏工艺。两套装置预塔主工艺流程见图1、图2。

从图1、图2看出,这两套装置的工艺几乎完全一致,其中碱液加入位置亦完全一致。6万t/a甲醇装置没有发生腐蚀,而26万t/a甲醇装置(煤代气技改工程)的精馏预塔回流槽却发生了腐蚀。为此,对两套装置的预塔回流槽数据进行了对比,详见表1。

注:*数据由云南水富云天化有限公司甲醇车间提供,**6万t/a甲醇装置预精馏塔回流槽没有分析数据,由物料平衡数据替代。

从表1可知,原6万t/a甲醇装置的预精馏塔回流槽中没有甲酸,含水量也很微少,而煤代气装置的预精馏塔回流槽内含水量较高,且含有0.08%的甲酸,p H值仅为4.5。分析工艺流程后发现,煤代气甲醇装置的预精馏塔中的粗甲醇是从C15501的第二层填料顶部进入塔内,传质后,甲酸甲脂、甲酸、不凝性气体等轻组分向上移动富集,最终,以气体的形式出塔,并经塔顶水冷器(E15503)冷凝后进入预塔回流槽T15501;而水等重组分向下移动富集,然后,在第一层填料顶部加碱中和后向下进入塔釜。

预精馏塔系统的碱液加入有两个位置,若碱液全部直接从精馏塔第二段填料顶部加入,则粗甲醇的进料处位于碱液加入处的上部。这样,甲酸及甲酸甲脂等轻组分进入预精馏塔后,进料中的甲酸就不可能与加入塔内的碱液发生酸碱中和反应,而是作为轻组分向上富集到预精馏塔顶,然后进入预精馏塔回流槽。预精馏塔回流槽(T15501)中,为了萃取轻馏分已加入了脱盐水。这样,回流槽在富集大量甲酸,并加入了大量水的情况下,使得预塔回流槽内形成甲酸水溶液,也就是形成了较强的腐蚀环境,所以产生了腐蚀。

进一步分析认为,虽然,从粗甲醇预热器中加入碱液,可以中和粗甲醇中的酸类物质。但是,作为轻组分的甲酸甲脂,进入塔后会向上富集并从预塔顶部出来。然后,经冷凝后进入预塔回流槽(T15501)。预塔回流槽(T15501)加入软水后,预塔回流液具有较高含量的水,使得预塔顶部气相内也有较高含量的水。若预塔顶出来的物质在冷凝器(E15503)中冷凝,水与甲酸甲脂就会发生水解反应。反应式如下:

甲酸甲脂的水解反应是一个自催化反应,随着甲酸的生成,酸性环境下进一步加速反应。生成的甲酸与水形成甲酸水溶液,酸性腐蚀环境也就形成。

2 对策

针对腐蚀产生的原因,只要保证加碱液的中和,就可避免精馏系统腐蚀的发生。具体方法为:

1)控制好粗甲醇预热器(E15501)入口的加碱量,确保及时中和粗甲醇中的酸性物质。

预精馏塔 篇2

关键词：石油化工,精馏,处理措施

随着人们生活水平的提高,人们对石油化工产品质量的要求不断提高,这就要求石油化工企业不断提高生产技术,满足市场需求。在石油化工产品生产过程中,精馏效果直接影响石油化工产品质量,更影响石油化工企业的生产效率。鉴于此,为保证产品质量,提高生产效率,石油化工企业必须不断提高精馏效果。

1 精馏及精馏塔概述

精馏的工作原理是利用溶液中成分的分蒸汽压的差异性,溶液中的不同成分即便在同一温度、同一压力条件下,其发挥度、沸点也存在一定的差异性[1]。如甲醇,与水相比其沸点较低,但其发挥度较高,因此极易从液体中汽化出来。再将汽化的蒸汽进行冷凝处理,便可得到由甲醇组成的合成品,多次的液化和冷凝之后,就可实现甲醇和水的分离。在多次汽化和冷凝的过程中,可从汽相中获得纯较高的易挥发组分,从液相中获得纯度较高的难挥发组分,这个过程就是精馏。

在精馏过程中,精馏塔的作用就是集中发挥程度不同的组分构成的混合物,根据不同组分的发挥程度进而控制温度,对部分组分进行汽化和冷凝,保证混合物的分离,最终获得纯度较高的产品。

在整个精馏过程中,精馏设备一般包括三种:精馏塔、冷凝器和再沸器[2]。精馏塔是保证汽相和液相两种不同的物质的接触;冷凝器一般位于精馏塔顶部,可以对蒸汽进行部分冷凝,冷凝后的液体回流塔底,未能进行冷凝处理的馏出的液体则是塔顶产品;再沸器位于蒸馏塔底部,可将流回塔底的液体进行部分汽化,汽化后进入蒸馏塔内部,余下的未进行汽化的液体则是塔底产品。

2 精馏塔蒸馏效果的影响因素

2.1 进料温度

在整个精馏过程中,精馏效果在很大程度上受精馏塔内部原料温度的影响,因此,要想保证精馏效果及精馏效率,必须严格控制进料温度。通常情况下,精馏塔的进料分为五种:冷进料;气液混合物;饱和液;饱和气;过热器。由于进料温度不同,精馏过程中的回流量及气液平衡均会受到影响[3]。

2.2 物料平衡

为保证精馏效果,应当保证精馏塔液面的稳定性。在精馏过程中,如精馏塔塔顶和塔底有液体流出,会导致精馏塔液面的不稳定。如果液体采集量过大,将会导致液面下降,降低再沸器内的循环量,降低产品质量;如果液体采集量过低,将会导致液面上升,增加反应液循环的阻力,可能造成重大安全事故。

2.3 回流比

精馏效果受回流比影响最大,精馏产品的质量一般都是通过回流比进行控制的。如果回流比增加,会增加蒸馏塔内的上升汽量,下降的液体量也会随之增加,精馏品的质量也会随之增加。在操作过程中改变回流比可以满足产品对于质量的要求,当塔顶增加馏分重组份含量时,通常加大回流比是重组份降低,保证产品质量符合需要标准。当精馏段当中的轻组份下到提馏段时,造成塔下温度下降,能够通过采用适当降低回流比方式提升塔釜温度。

回流比增减,对于精馏过程十分重要,为提升产品质量,改变回流比效果较好,但需要改变塔的精馏生产能力,并增大消耗,回流比过大又会导致塔内物料出现大量循环情况,容易造成液泛,对塔的工作造成破坏,因此需要谨慎处理。

2.4 反应温度

要想提高精馏产品的质量,必须保证反应温度的稳定性。随着反应温度的提高,精馏塔反应液中的易挥发物质减少,蒸汽的产生速度会明显增加,塔顶产品量会明显增加。如果想要获得塔底产品,则进入塔顶的蒸汽会明显增多,尽管塔底产品量会降低,但产品的纯度较高;如果想得到塔顶产品,尽管产品数量较多,但产品纯度相对较低。因此,在整个精馏过程中,应当考虑反应温度对产品数量和纯度的影响,提高企业经济效益。

2.5 反应压力

如果精馏塔内的反应压力增加,则会导致精馏塔内蒸汽量的减少,蒸汽中难发挥物质的浓度也会随之降低;如果精馏塔内的反应压力降低,精馏塔内的蒸汽量就会增加,蒸汽中的成分也会随之增多。与反应温度的影响相一致,反应压力的不同会导致产品产出部位的不同,进而导致产品质量和数量的变化。

3 提高精馏塔精馏效果的处理措施

3.1 调整进料量,控制温度

严格控制进料量,不能超过精馏塔冷凝器及再沸器的负荷能力,并进行适当的调节,避免对产品质量及产品数量造成过大的影响。需要注意的是,如果调节范围过大,则会影响物质的反应平衡,导致产品质量不合格。因此,必须保证进料及温度的平衡,保证物质反应顺利进行。

3.2 控制物料平衡

为保证精馏塔塔顶及塔底产品质量,应当保证精馏塔内物料处于一种平衡状态。在控制物料平衡中,主要通过控制精馏塔底部液面高度来实现。

3.3 控制回流比

回流比是影响产品质量和产品数量的主要因素,通常情况下采用三种方法控制回流比:降低塔顶产品采出量,增加冷凝回流液体,进而增加回流比;增加塔顶冷凝剂的含量,提高液体凝结速率,进而增加回流比;适当打开回流液贮槽,增加回流量,进而增加回流比。

3.4 控制反应温度

反应温度会对产品质量和数量有重要的影响,因此在实际的生产过程中,可以适当改变一下温度,以产品数量的适当损失来增加产品的质量。

3.5 控制反应压力

在提高反应压力的情况下,精馏塔塔底产品的产量会有所提高,但纯度则会下降;同样情况下,如果精馏塔塔顶产品的产量会有所下降,但纯度会有所提高。在实际精馏过程中,可设置与大气相通的管道,保证精馏塔反应器的气压与大气压接近;另外,还可以通过调整加热的蒸汽量来控制反应压力。

4 结论

精馏塔的精馏效果可以明显提高石油化工产品的产品质量和产品数量,保证石油化工产品满足市场需求。提高精馏效果,还可以提高企业的产品的生产效率,提高企业经济效益,有利于企业的可持续发展。

参考文献

[1]张磊磊.萃取精馏塔开裂的影响因素与处理措施探究[J].中国化工贸易,2015,5(10):65~68.

[2]王伟,王成学.影响精馏塔精馏效果的因素及处理措施[J].硅谷,2014,8(8):191~192.

精馏塔自动控制系统研究 篇3

一、精馏原理概述

精馏技术就是将需要进行组份分离的混合溶液利用特定的输入装置输入到精馏装置内如精馏塔。在精馏塔内, 混合物受到一定的压力、温度等的影响出现组份的分离, 进而在精馏塔顶和精馏塔底分别出现含有不同组份的分离物, 对塔底的分离物排出或利用回流泵让其重新回到蒸馏塔中进行组份分离、对塔顶的分离物冷凝等操作即可获得相应的生产产品。在石油化工生产中精馏过程需要使用到精馏塔、再沸器、冷凝器、回流泵和回流罐等器材和设备。

用于对混合物进行精馏的精馏塔可以按照如下几种规则进行分类。若根据塔的组成结构对现有精馏塔进行分类可以将其分为板式精馏塔和填充材料塔两种;若根据塔的功能实现对现有精馏塔进行分类可以将其分为二元精馏塔馏塔和多元精馏塔;若根据原料添加方式对现有精馏塔进行分类可以将其分为连续式精馏塔和间歇性精馏塔;若根据可精馏原料对现有精馏塔进行分类可以将其分为一般精馏塔和特殊精馏塔;若根据精馏塔工作压力对现有精馏塔进行分类可以将其分为负压精馏塔、常压精馏塔、高压精馏塔三种。

本文主要研究板式精馏塔工作中不同参数如进料方式、精馏压力、塔釜温度等对精馏操作和控制的要求和影响。

二、板式精馏塔工作约束条件分析

2.1、塔釜温度

通常情况下, 当操作压力一定时, 提升塔釜温度可以有效提升气化物质的上升速度, 进而提高物质传输效率。对塔釜温度控制的操作主要集中在平衡操作方面, 无论所获得的产品由塔顶气体冷凝获得, 还是由塔釜排出物获得, 都应该尽量保证塔釜排出物中易挥发组份维持在较低水平, 也就是保证精馏精度, 减少物质损失。特别是在塔釜温度的平衡操作过程中若突然出现温度升高等突变情况, 而相应的压力未得到及时调整很容易导致塔釜液被蒸空, 出现气液组份的变化, 致使产品精度变差甚至不合格。

2.2、操作压力

塔釜压力和温度是一对相互关联量, 在操作温度确定时, 适当的提升塔釜内压力可以有效促进混合物中易挥发物的挥发, 进而提高精馏塔的生产效率。但是需要注意的是, 在精馏塔的操作过程中应该保证塔釜的压力与温度处于相对稳定的状态, 避免出现对操作压力或操作温度额破坏, 消除化工生产产品不合格情况的出现。

2.3、加料温度

在对精馏塔进行加料时存在两种情况, 分别为冷液进料和饱和蒸汽进料。其中, 冷液进料过程中由于加料温度低于加料板温度, 一旦物料进入精馏塔便立即进入提馏段, 使得提馏段内的负荷增加。饱和蒸汽进料过程中加料温度高于加料板温度, 一旦物料进入精馏塔便立即进入精馏段, 使得精馏段的负荷增加。在进行产品生产中需要根据生产要求选择和控制适当的加料温度。

2.4、加料量与组份变化

影响精馏塔内蒸气压力、气化水平的另一个关键因素是精馏塔加料量。加料量的不同会直接影响精馏塔内蒸气的含量。若加料量过低, 则会降低塔内蒸气速度, 提升对塔釜操作的要求精度, 操作不当容易使精馏效率下降, 这种情况下为保证塔釜工作在正常状态, 可适当增大回流比。

加料中的各组份的占比对精馏塔的操作方式以及产品质量同样具有重要影响。若加料中重组份的浓度较高则会对精馏段带来较大的负荷, 若加料中易挥发组份浓度较高则会对提馏段带来较大的负荷, 在实际操作过程中需要根据各成分的占比制定适当的操作内容, 如加料口调整, 塔釜温度与压力调整等, 保证精馏操作的稳定。

三、精馏塔的操作控制

3.1、变量控制

在精馏塔的操作过程中涉及的变量可被分为操纵变量、被控变量以及干扰变量。其中, 操纵变量包含塔底排出物流量、塔顶冷凝液流量、回流量、塔釜加热蒸汽量、冷却量等;被控变量包含塔底液位与产品浓度、塔顶蒸气浓度、塔内压力、贮罐液位等;干扰变量由可控的进料流量、温度与不可控的进料成分、大气压力、环境温度等构成。

三种变量的关系为:操纵变量与被控变量是主从关系, 但是两者之间又是相互影响, 相互作用的, 可通过调节各变量因素使精馏塔处于适当的工作状态。干扰变量则是上述两种变量的一种外部干扰因素, 需要通过优化操作控制方式等降低其对整个精馏过程的影响, 保证精馏控制系统处于最佳工作状态。

3.2、平衡控制

在精馏过程中需要严格控制精馏塔的物料与能量的平衡, 一方面通过控制物料的平衡促进进料中需要分离的产品按照要求得到分离, 同时减少塔底排出物中含有需分离产品的浓度;另一方面通过不断调整和干预塔釜内不同参数的状态来解决精馏塔操作过程中积累的多种问题或对塔内状态进行整定。

这种平衡控制通常是由自动控制系统完成的。

3.3、产品成分控制

精馏塔工作效果的最主要衡量指标就是产品的纯度。为保证各产品的纯度必须要通过自动控制系统对精馏过程中的产品流量、回流量、蒸发量等进行监测和控制。常用的产品成分控制方法有温度控制法、分析仪器法和软测量推断控制法。鉴于现代化信息技术在工业控制中得到了广泛应用, 且其控制精度较高, 实现成本较低, 故软测量推断控制法得到了广泛的关注和应用。

3.4、冷凝器与精馏塔压力控制

对于常压塔或负压塔, 塔顶冷凝器有气体排出即可保证塔内压力与大气压相同状态或低于大气压, 进而使混合物分离。但是对于高压塔, 需要设计和使用压力联锁控制回路来控制冷凝器降低精馏塔塔内压力, 实现混合物的分离。

4、精馏塔节能优化与控制优化发展方向分析

板式精馏塔虽然装置较为简单, 但是在使用生产过程中的能量损耗较大, 需要投入的精力和成本较高, 不同变量之间存在复杂的相互关系, 故必须考虑如何对板式精馏塔进行节能优化和控制优化, 在保证产品质量的前提下降低生产运行成本提升经济效益。

在精馏塔的节能和控制优化研究方面, 人们主要在工艺流程和操作参数两方面进行了研究。在工艺流程优化方面有:使用高效规整填料替换普通板式填料;优化进料位置;改善冷凝器和再沸器工作状态和工作精度;使用特殊精馏或多效精馏技术替代传统精馏技术等。在操作参数优化方面通常会根据实际精馏系统建立控制模型, 进而制定多种离线优化算法对装置进行性能优化。但是对于操作参数的优化复杂度较高, 在线优化深度不够, 考虑变量较少, 优化效果有限。

综合来看, 上述优化方案中大部分仍处于实验室或理论分析阶段, 还未获得实质性的应用实践。而工程实践中可应用的, 对精馏塔的优化主要集中在如何降低精馏塔的能源消耗, 提升控制精度和控制效果等内容。如 (1) 根据实际工作环境和工作状态更加精确的对冷凝器与再沸器的换热效果进行制定, 提升产品纯度和品质; (2) 优化现有精馏工艺和精馏流程, 添加更多更高效的技术到精馏塔精馏过程中; (3) 分析板式塔在原料填充方面存在的缺陷和不足, 使用更加高效的填充材料对其进行替换; (4) 应用计算机技术和传感器技术对精馏塔进行自动化控制, 提升各项操作和各平衡节点的精度, 全面消除人为操作存在的误差影响。

总结

市场竞争的加剧与现代信息技术特别是集成控制系统的发展使得石油化工生产过程中的精馏塔操作和控制过程引入了先进的计算机控制系统, 现代化工业生产控制系统如DCS系统等可以有效提升精馏生产设备的工作效率, 降低生产过程所需的能源消耗, 控制产品精度和产品质量, 推动先进精馏技术在化工精馏中得到应用, 促使化工企业向更好更好的方向发展, 实现经济效益的持久性提高。

参考文献

[1]吴昌祥.板式精馏塔的操作[J].化学工程师, 2007 (9)

[2]杨宇, 张斌.在线板式精馏塔设计软件的开发[J].荆门职业技术学院学报, 2008, 23 (3)

[3]薛美盛, 祁飞, 吴刚, 孙德敏.精馏塔控制与节能优化研究综述[J].化工自动化及仪表, 2006, 33 (6)

[4]董强.浅谈精馏塔控制系统及优化[J].中国石油和化工标准与质量, 2012, 33 (9)

催化精馏塔的制造、安装 篇4

1 设备技术特性及结构特点

精馏塔的技术特性见表一。

2 制造控制节点

2.1 圆筒体下料

圆筒体展开是矩形, 其矩形的精确度越高, 卷制成型的正圆度越圆, 直线度越直, 采用高效精确的号矩形板—对角线法。

2.2 分段塔体的制造

该塔直线度≤20mm, 垂直度≤33mm, 任意4m内的直线度偏差≤3mm。对口错边量≤2mm, 间隙≤1.5mm, 棱角度≤3mm, 圆度偏差为±10mm, 筒节坡口均采用机械加工。每段筒体全部组焊检验合格后, 在筒体内、外划出0°、90°、180°、270°4条中心线。以筒体下端面为基准, 距端面100mm处的内表面划一条基准环线, 以中心线和基准环线为基准, 划塔内件的位置线。

2.3 裙座的制造

该裙座为正锥台, 展开采用精准的计算法, 根据材料规格, 经计算出每带板上下口展开料的弦长、弦高、及弦心距, 作等距离垂线量取计算的数据, 圆滑划出大小口的下料线。

2.4 塔内件组焊

该塔为塔盘、受液盘、降液板、支撑圈结构, 降液板与支承圈 (受液盘) 间均采用焊接形式, 在同塔壁连接处采用了两面连续焊接的形式来进行焊接, 保障了各部分与塔体之间连接牢靠。而塔的其他部分则采用了单面连续焊的方式进行焊接, 兼顾了其连接的牢靠以及性能的稳定。

⑴定位:按中心线及基准环线找好塔内件的方位及标高。

⑵划线:按方位和尺寸位置, 划出每一层的水平线、层高间距, 防止误差累积、避免超差。

⑶焊接:先焊两侧支承圈, 然后焊降液板, 中间支承圈、联接板, 此部分焊接验收合格后。再焊接两侧受液盘、支承板以及中间降液板。支承板同受液盘之间的焊接非常容易变形, 因此, 在焊接的过程中, 需要先进行固定, 然后再采用连续焊的方法进行焊接。在进行塔体焊接时, 可以采用分段焊接的方法, 将固定调校好的各层进行焊接, 以保障焊接的整体质量。

3 现场组装

3.1 现场组对

3段塔体运至现场经复检合格, 点焊定位工艺板。采用2道合拢环缝从下至上, 依次立式组焊方案。检验基础合格, 地脚螺栓两侧放好平、斜铁组合, 将裙座吊装到位 (按图纸开口方向) , 调水平、用经纬仪测垂直度, 检验合格后, 把紧地脚螺栓, 点焊端板、斜铁组合。再吊装塔体下段到裙座, 用同样的方法找正, 检验合格后点焊塔体下段与裙座。然后将预制好的空中组对平台吊装到安装位置, 约在筒体焊缝下侧1m位置, 距筒壁600mm-800mm, 平台满足4名焊工操作, 并搭设内部脚手架。起吊塔体上段与下段立式组装, 将塔体置于制定位置之后, 采用设备校正与人工校正相结合的方法来完整找正工作。在筒体外侧焊缝上1.5m范围内搭建防风、防雨设施, 以保证焊接工作环境良好。

3.2 现场焊接

现场组对后, 合拢缝为横焊缝, 接头坡口如图所示。

焊前预热150℃, 应距焊缝中心线50mm对称测量, 测温度点不少于6对。施焊时必须采用多层、多道、不摆动快速焊接的方法, 确保较小的焊接线能量 (≤25k J/cm) , 接头内外交错, 以控制焊接变形和应力。焊后立即进行300℃-350℃/2h的消氢处理, 预热及消氢均采用电加热, 合拢缝100%无损检测合格。

4 结语

4.1 塔的直线度及椭圆度取决于单节筒节的椭圆度, 必须从开始控制好每个筒节的下料尺寸及卷板后的椭圆度、纵缝间隙、两端面的平行度。

4.2 塔内件的组装, 必须考虑焊接变形, 调整好各零件的间隙 (塔盘的水平度不能超差) 。

4.3 塔内件焊接严格按焊接规范, 防变形很重要。

摘要：以制造安装的催化精馏塔为例, 对大型塔的制造及现场立式组装工艺加以论述, 以作为同类产品制造安装的参考。

关键词：催化精馏塔,制造,现场组装

参考文献

[1]翟洪绪编著《实用铆工手册》, 北京, 化学工业出版社, 1998.4.

精馏塔的控制方法浅析 篇5

1 精馏操作中塔压的控制调节方法

塔的压力是精馏塔主要的控制指标之一。任何一个精馏塔的操作,都应当把塔压控制在规定的指标内,以相应地调节其它参数。塔内压力较大的波动,将会破坏全塔的物料和气液平衡,产品质量难以满足要求。所以,许多精馏塔都有其具体的措施,确保塔压稳定在适宜范围内。

对于加压塔的塔压,主要有以下三种调节方法:

( 1) 塔顶为分冷凝器时,塔顶压力通常通过控制气相采出量来调节的,如图1 所示。在其它条件不变的情况下,气相采出量与塔压成反比,采出量增大,塔压下降,采出量减小,塔压上升。

比如在MTBE装置中脱异丁烷塔顶压力通过塔顶气相压力变送器控制塔顶气相出口调节阀,调节出口气量,达到塔顶压力,如图2 所示。与图1 不同的是,出口调节阀在冷凝器之前,通过控制进入冷凝器的进气量调节塔顶压力[4]。

( 2) 塔顶冷凝器为全凝器时,塔顶压力通常依靠冷剂量的大小来调节,本质是通过改变回流液温度达到调节目的,如图3 所示。在其它条件不变的前提下,增加冷剂量,则回流液的出口温度降低,导致塔压降低; 相反,若减少冷剂量,回流液出口温度上升,进一步导致塔压上升。

( 3) 热旁通( 浸没式) 法调节塔压。

对于常压塔的压力控制,主要有以下三种方法:

( 1) 对塔顶压力在稳定性要求不严格的话,可以不安装压力调节系统,一般在相应的精馏设备上安装一个通大气的管道,使得塔内压力与大气压一致。

( 2) 当塔顶压力需要严格的稳定或者塔顶物料与大气接触影响产品质量时,塔顶压力一般采用加压塔塔压的控制方法,如图1、图3。

( 3) 塔釜的气相压力一般用控制塔釜加热蒸汽量的方法来调节,如图4 所示。

2 精馏操作中塔釜温的控制调节方法

塔釜温度是由塔釜压力和物料成分决定的。精馏过程中,只有保持规定的釜温,才能分理出需要的产品。塔釜温度是精馏操作中重要的控制指标之一。

一般通过调节进入塔釜的蒸汽进气量调节塔釜温度的波动,使釜温稳定,见图5、图6。

当釜温比规定值高时,通过调节阀减少蒸汽用量,使得塔釜液体减少汽化量,使釜液中轻组分的含量相对增加,泡点降低,釜温降低。当釜温比规定值低时,通过调节阀增加蒸汽尽量,提高釜液的汽化量,使釜液中重组分的含量相对增加,泡点提高,釜温提高[5]。其它的釜温控制方法分别见图7、图8。

除了塔釜温度控制蒸汽进气量调节塔釜温度外,塔顶气相压力在压力高高的时候也可以调节蒸汽进气量维持塔顶压力稳定同时,也调节塔釜温度,一般压力高高的调节通过安全仪表系统( SIS系统) 直接切断蒸汽进气量保护设备安全。比如惠炼二期MTBE项目脱异丁烷塔、丁烯- 1 塔顶压力在高高报警的同时触发SIS系统,直接切断蒸汽进气阀保护设备,避免压力过高对设备造成伤害。

3 精馏操作中塔顶温的控制调节方法

塔顶温度在控制产品质量方面具有重要作用。塔压不变的前提下,塔顶温度升高,会引起塔顶重组分含量增加,导致产品质量不能满足要求。

塔顶温度通过以下两种方法进行调节: 一是稳定回流温度,控制回流量; 二是稳定回流量,控制回流温度。通常为了维护生产的稳定性,大部分装置通过调节回流量的方式进行调节。具体的调节方法如下:

( 1) 调节回流大小,进行塔顶温度控制,见图9。增加回流量,塔顶温度降低,此种做法多在塔顶为全凝器时采用。

( 2) 当塔顶的冷剂在冷却传热过程中存在相变化时,可以通过冷剂的气相压力和塔顶温度串级控制顶温,见图10。当气相压力降低,与气相平衡对应的温度同时降低。这种方法在塔顶冷凝器为分凝器时可以改变回流量; 在塔顶冷凝器有过冷作用时,又可以用来改变回流温度。

当塔顶的冷剂在传热过程中不存在相变化时,可通过冷剂的流量和塔顶温度串级调节塔顶温度,见图11。如增加流量,降低塔顶温度。这种方法既可改变回流量,又可改变回流温度。

( 4) 通过控制塔顶冷凝器的换热面积对塔顶温度的调节也是常用方法之一,一般通过提高冷剂液面,使得液相接触的换热面积增加达到降低塔顶温度的效果,这种方法既可改变回流量,又可改变回流温度,见图12。

( 5) 一般精馏段的浓度较高时,可以通过调节某两板间的温差来调节塔顶温度,温差变大,回流液量也加大,降低塔顶温度。

4 精馏操作中釜液面的控制调节方法

维持塔釜液面的稳定是保证精馏塔平稳操作的重要手段。塔釜液面稳定,是塔釜的传热是否平稳,由此决定塔釜的上升蒸汽量、塔釜温度、塔釜液成分是否稳定。

釜液液位的调节,多数是通过塔釜出口液排放量进行控制。釜液面增高,控制出口调节阀,加大排液量; 釜液液位降低,控制出口调节阀,减少排出量,如图14 所示。也有用加热釜的热剂量来控制釜液面的,见图14,釜液面增高,热剂量加大。

5 结语

塔的控制系统还需要满足一定的约束条件,以保证塔能正常操作、精馏过程平稳运行。如: 塔内汽液两相流速在一定范围内,不能过高,引起泛液; 也不能过低,引起塔板漏液、板效率大幅度下降; 塔的操作压力、再沸器加热温差、加热蒸汽冷凝量和冷凝器冷却温差等,都有一定的限制。

参考文献

[1]王丹.精馏塔的控制探讨[J].石化技术,2015(4):39-40.

[2]李红海,姜奕.精馏塔设备的设计与节能研究进展[J].化工进展,2014,33(1):14-18.

[3]李克景.浅谈精馏塔的工艺控制方案设计[J].石油化工应用,2013,33(3):119-124.

[4]陆帅君,徐国峰.MTBE/丁烯-1装置精馏塔冷凝方式研究[J].山东化工,2015,44(8):125-127.

预精馏塔 篇6

关键词：精馏,全塔效率,板效率

精馏是在汽液两相逐级(或连续)流动和接触时进行穿越界面的质量和热量传递，并实现混合物分离纯化的化工单元操作过程。精馏技术广泛应用于各类精细化学品的生产中，它不仅用于最终产品的精制，还用于原料的提纯、所用溶媒(剂)和废料的回收等各方面，而且在某些精细化学品的生产中，还直接参与反应过程。一般而言，精馏作为常用的分离方法，占整个化工生产能耗的大部分，有的比例超过了80%以上[1]。在精细化工生产中，选用最合理的精馏条件，提高精馏水平，对于降低化工过程的能耗，提高生产效率有重要意义。本研究是在不改变实验设备并且不增加投入的情况下，仅改变精馏浓度和精馏时间，以获得最佳精馏条件，为降低能耗提供理论保障。

1 实验试剂与实验仪器

乙醇：天津天大化学试剂厂，配制成5%、10%、15%、20%、25%、30%的乙醇溶液各12 L；阿贝折射仪，上海光学仪器五厂；SLT-2型筛板式精馏塔：四川大学化工原理实验室研制Ф50筛板塔，全塔共15级实际塔板，热源采用2KW电阻加热，精馏原料是水—乙醇溶液，塔顶采用全凝器。

2 实验数据计算及分析

2.1 全塔效率计算[2]

由于众多复杂因素的影响，精馏塔内各板和板上各点的效率不尽相同，工程上有实际意义的是在全回流条件下测定全塔效率。

全塔效率的定义如下

其中NT———全回流下的理论板数(包括塔釜的贡献)；

N———精馏塔的实际塔板数。

只要在全回流条件下测得塔顶和塔底目的组分的浓度XD和XW，即可根据全回流状态下的公式：

精馏1.3 h后，精馏状态趋于稳定，此时开始取样，然后每隔20 min取样一次，利用阿贝折射仪测得塔顶与塔顶数据，并通过上面两个公式进行计算得出全塔效率见表1。

根据表1中的数据绘图见图1。

2.2 全塔效率结论分析

根据所查文献，随着精馏时间的增加和精馏浓度的不同其塔顶和塔顶馏分所处的物系有所改变。精馏塔中塔板的材料和几何结构提供了流体的特殊张力特点和流体的动力学通道，是随精馏塔确定而恒定不变的因素；精馏时流体的粘度、密度、导热系数等物性参数是影响板式精馏塔全塔效率的内在原因[2]；精馏浓度、精馏时间等动力学参数是体系中可以调节、易操作的参数。

本实验通过改变精馏浓度和精馏时间，分析计算出的全塔效率。在精馏浓度不变的情况下，随着精馏时间的增加全塔效率随之提高，1.7 h达到最大值。对于本精馏塔而言，在1.7 h前塔釜中的乙醇没有完全蒸发为蒸汽，1.7 h后塔釜中的乙醇浓度明显下降。在相同的精馏时间下，比较不同精馏浓度的全塔效率，可以看出在5%～15%精馏浓度下其全塔效率没有明显改变；在15%～30%精馏浓度全塔效率（除1.7 h时）均低于5%～15%时的浓度；但在1.7 h时，五种浓度的全塔效率几乎相等，并没有随着精馏浓度的增高而增大。这说明，在精馏操作中，提高塔釜浓度并不能使全塔效率得以提高。

2.3 板效率计算

与高含量气体吸收过程一样，为对塔板上所发生的两相传递过程进行完整的数学描述，除必须进行物料衡算和热量衡算之外，还必须写出表征过程特征的传质速率方程式与传热速率方程式，但是，塔板上所发生的传递过程十分复杂的，它涉及到进入塔板的气、液两相的流量、组成、两相接触面积及混合情况等许多因素。也就是说，塔板上两相的传质与传热速率不仅取决于物系的性质、塔板上的操作条件，而且与塔板的结构有关，很难用简单的方程加以表示。[3]

为避免这一困难，引入理论板的概念。所谓理论板是一个气、液两相皆充分混合而且传质与传热过程的阻力皆为零的的理想化塔板。因此，不论进入理论塔板的气、液两相组成如何，在塔板上充分混合并进行传质与传热的最终结果总是使离开塔板的气、液两相在传质与传热两个方面都达到平衡状态：两相温度相同，组成互成平衡。

当然，一个实际塔板不同于一个理论板。为表达实际塔板与理论板的差异，引入板效率的概念。每块实际塔板，气液接触面积和接触时间都是有限的，因而离开实际塔板的气液两相并不能达到平衡。这就是说，一块实际板起不了一块理论板的作用。[2]

气液经过一块理论板的提浓是y*-y，而经过一块实际板的提浓是y′-y

因此气相的默弗里板效率：

yn*———与离开第n板液相组成xn成平衡的气相组成；

η′———气相的默弗里板效率。

以下是从开始精馏1.3h后，开始取样，然后每隔20 min取样一次，利用阿贝折射仪测得塔板数据。由于实验室精馏是在全回流状态下进行，故xn=yn，并根据上述公式计算出板效率见表2。

2.4 板效率结论分析

精馏塔板效率最高可达到96.8%，从物系分析来看，乙醇精馏操作压力高，意味着操作温度高，液相粘度和相对挥发度较小，对提高塔板效率有利，但板效率没有一个准确的规律。从表2的数据可以看出，并不是精馏浓度越大其板效率就越高，而是在5%精馏浓度下，经过1.7 h精馏时的板效率最大。

3 结论

对本精馏塔而言，通过实验测算，得出如下结论：

(1）在全回流状态下，全塔效率有明显的发展趋势，在1.7小时时效率最高，但全塔效率不随着塔釜浓度的升高而增大。

(2）在全回流状态下，板效率没有明显的发展趋势。实验数据表明在1.7 h、塔釜浓度为15%时板效率最高。

(3）总体而言在15%浓度下精馏1.7 h可以获得最佳全塔效率和板效率。

参考文献

[1]王梦华.精馏过程节能技术探讨[J].齐鲁石油化工,2003,31(4):324-326.

[2]史贤林,田恒水,张平.化工原理实验[M].华东理工大学出版社,2005.

精馏塔设备的发展及相关问题研究 篇7

该阶段时间为20世纪初期至20世纪50年代。随着20世纪初期炼油工业的不断发展, 精馏塔设备的应用也逐渐广泛, 1904年炼油工业开始建造填料塔, 1912年穿流塔也开始出现于炼油工业中。随着Rachig环在1914年的问世, 第一代乱堆填料也相应产生, 虽然实际效果却并不理想, 但人类开始了解填料塔的实际操作受到企业分布性能的影响。1920年泡罩塔板也开始运用于炼油工业生产当中, 也代表了经历塔设备开始进入现代化。依照精馏塔设备的典型技术发展历程, 可将现代塔设备技术的发展以及应用总结为如下4个阶段, 具体如图1所示。

1920年至1950年, 该期间内, 人们仅仅对平衡量、传质系数以及塔板效率等有关概念有初步的了解。故而, 基于上述概念所设计的精馏塔设计水平相对较低, 较为简单。此时, 虽然小型精馏塔设备当中开始使用乱堆填料, 但泡罩塔板依旧属于工业生产当中必不可少的塔内件之一, 被所有企业认定为不可代替的设备之一。该阶段中, 关于精馏塔设备的研究与开发工作也自实验室规模逐渐转向行为实验工厂规模。

2 第二阶段

该阶段时间为20世纪50年代至同世纪70年代。精馏塔设备在工业中的应用前景良好, 具有极大的开发潜力。主要集中于以下几方面:

2.1 浮阀塔板的成功研发

1951年, Koch公司员工Nutter提出了关于浮阀塔板的概念, 并以这一概念为基础研发了浮阀塔板。与泡罩塔板相比, 浮阀塔板压降值更大, 操作效率也随之提高, 操作弹性增强。不仅如此, 该内件液面落差较低, 且制作成本低廉, 可用于脏、粘等体系, 使用寿命长, 所以成为精馏塔的主要内件, 上市一段时间之后, 便替代了原有泡罩塔板。时至今日, 大部分精馏塔所用塔板依旧以浮阀塔板为主。

2.2 FRI的建立

因为放大效应的存在, 精馏塔设计人员在实际工作中可能出现放大失败的现象, 给企业造成较为严重的经济损失。通过上述问题, 人们开始发现有意识地对精馏塔当中传热、流动力学以及传质进行研究, 并认识到该研究需要进行规模相同或是相近的热膜探究工作。1952年, 美国多家石油企业以及化学公司开始组建专门用以研究精馏实验的大规模基地, 即FRI。实验使用了如下三个标准体系:邻二甲苯、C6/C7以及i C4/n C4和对。同时建造了两座工业试验塔, 其中一座塔直径为2 400mm, 另外一座塔为1 200mm, 专门用以对蒸馏塔应用基础以及生产相关问题进行研究。该实验基地的建立, 极大程度促进了当时精馏塔设计水平的提高。

2.3 AICh E放大效应的研究工作

放大效应的存在往往容易令精馏塔设备设计工作出现问题, 进而失败。20世纪50年代, 美国AICh E联合了三所大学开始实施AICh E精馏以及吸收板效率的研究工作, 并制定了对应的五年研究计划, 进一步研究塔设备放大效应形成的原因以及控制措施, 希望构建完整且使用范围较广的精馏塔工作效率测量理论以及放大的具体措施。然而, 由于当时实验设备规模以及实验体系不足以支持研究的完成, 研究所得结果在之后的实际中的应用效果并不佳。但是AICh E塔板效率理论内容及其所提出的预估方式已然成为版效率估算的常用方式。至60年代, 大孔筛板开始应用于实际工作当中。

3 第三阶段与第四阶段

第三阶段时自70年代至90年代, 该阶段国外部分精馏塔设备生产商以及大学均开始对填料塔进行研究, 至70年代末期, 填料塔放大这一问题得到基本解决。填料塔应用于大量新减压塔设备当中且获得成功, 代表了精馏塔塔内件的革新, 也有效提高了企业与社会的经济效益。

第四阶段。该阶段炼油工业以及石油工业的发展趋向于精细化以及大型化。如今, 随着计算机、工艺模拟等技术在工业生产中的应用愈发广泛, 应用经验也愈加丰富, 塔设备开始向提高效率、降低能耗、减少成本与提高经济效益发展。此外, 填料在减压塔中的运用更为广泛, 使得部分常压塔或是加压塔的产能得到提高。而高效率、高处理能力的板式塔也开始广泛应用于实际生产当中, 且取得了较大的成功。

4 结束语

精馏塔设备的发展历程同人类文明进步之间的关系较为机密, 随着历史的不断发展, 企业对精馏塔内部构建的要求也各不相同。精馏塔设备急速的发展能够有效促进化学工业的发展与进步。

摘要：精馏塔设备的相关研究以及应用属于化学工程研究工作中较为典型的开发过程。从4个阶段对精馏塔设备发展历程做了简要的叙述, 通过对该过程的分析可以了解化学工程研究工作自经验转化为科学化的内在规律。

关键词：精馏塔设备,发展,问题来解决方法

参考文献