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在化工、原料药装置生产中,精馏塔是最常见的、典型的分离设备,任何从事化工、原料生产的人对精馏塔都不会陌生,但对精馏塔操作中常见的突出问题,比如:
液泛、淹塔、冲塔现象
,原因都不是很清楚,出现问题时对于塔的参数变化反应也不敏感,这样往往延迟了问题的解决时间,影响装置生产。
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、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。
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。
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。
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
。
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。
处理方法有这两项:
(1)适当降低进料量和回流量。
(2)如设备故障,则停工处理。
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
。
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。
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。
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。
(1)塔的分离效果已经变差,塔底产品纯度降低,导致加大蒸汽量的情况下灵敏板温度依然低于正常生产时的指标;
(2)塔顶压力不变的情况下,加大回流量,回流下塔盘温度依然高于正常指标值,说明塔顶产品纯度降低,分离效果变差;
(3)灵敏板(第3层塔盘)与第21层塔盘温差明显变小,说明下层塔盘轻组分增加,上层塔盘重组分增加,而塔底液位尚可正常控制,可判断塔出现了严重的液泛现象。若为冲塔则塔底液位将会迅速降低,这是冲塔与液泛的明显区别。
对于已经设计好并正常运行后的精馏塔来说,在原料组成变化不大的情况下,在产生冲塔或液泛现象时,
应主要从操作上进行分析
。
从稳定塔液泛时的对比数据可以看出,
稳定塔回流量与塔底加热蒸汽量均高于正常值
,这是导致出现液泛的最常见操作。
操作人员经验不丰富,对精馏塔操作理解不深,
当灵敏板温度低时,加大塔底加热蒸汽量,当塔顶温度高时又加大回流量
,如此反复,导致加热蒸汽量及回流量均过大,气液相负荷均大幅超过塔的设计负荷,导致出现液泛,塔内气液平衡受到破坏。
这个稳定塔出现液泛现象后,重新调整回流量及塔底蒸汽量,但经过16个小时稳定塔依然未达到正常的平衡状态。最后采取关闭加热蒸汽、停止进料、降低温度的措施,重新投入运行方调整正常。
小张刚到某化工厂精馏车间工作,看到有一个操作工老师傅,他就问老师傅:"你看,这个精馏塔,塔釜好容易把蒸汽蒸到塔顶,还让它流回来,多浪费啊。”瞬间,老师傅无言以对,这个问题怎么讲呢?
连续精馏工艺流程
1、提供塔板上的冷回流,取走塔内多余的热量,维持塔内的热量平衡;
2、提供塔板上的冷流体,气液两相在塔板上逆向接触,上行的气体中重组分冷凝,下行的液体中的轻组分吸热汽化,反复的冷凝汽化作用进一步增加产品分离的精度 。
回流液是精馏提纯必须的条件
按回流方式的不同,可以分为
自然回流和强制回流
。
回流冷凝器安装于塔顶,回流液借重力的作用回流到塔内,冷凝器距塔顶回流口的高度。
自然回流操作简单,不需要回流泵,节省动力消耗。但是回流量随塔压的变化而变化,回流比不严格,生产不正常时,调整起来较慢。自然回流一般用
于小型精馏装置。
强制回流的回流量稳定,容易调节,生产不正常时,调整起来较快。但是强制回流需要回流泵,动力消耗大,特别是对于低沸点物料容易造成泵不上量,影响操作。
按照塔顶冷凝器安装的位置的不同,可分为
内回流和外回流
。
3、内回流:
精馏中的内回流一般指
塔盘上的回流
,是由下降液体及上升气体冷凝后产生的液体构成。
精馏塔附属冷凝设备有
分凝器、全凝器、冷凝器
。塔顶可设计有分凝器,塔顶气相经分凝器冷凝一部分,直接回流到塔内,就是内回流,没有冷凝的剩余气相则进入到另外的冷凝器内进行冷凝。
塔顶也可设有全凝器,全凝器下设置受液盘,一部分采出,一部分回流,这部分也叫内回流。