精馏操作的影响因素

精馏操作的影响因素

摘要：精馏塔的操作就是按照塔顶和塔釜产品的组成要求来对这几个影响因素进行调节。精馏操作过程的影响因素有以下几方面：1.塔的温度和压力（包括塔顶、塔釜和某些有特殊意义塔板）；2.进料状态；3.进料量；4.进料组分；5.进料温度；6.塔内上升蒸汽速度和蒸发釜的加热量；7.回流量；8.塔顶冷剂量；9.塔顶采出量；10.塔底采出量。在精馏操作过程中要克服各种影响因素的变化，防止对塔顶、塔釜产品的数量和组成的影响。

关键词：精馏操作；回流比；进料温度；操作压力

1.精馏塔操作压力的变化对精馏操作有什么影响

塔的设计和操作都是基于一定的塔压下进行的，因此一般精馏塔总是首先要保持压力的恒定。塔压波动对塔的操作将产生如下的影响。

（1）影响产品质量和物料平衡

改变操作压力，将使每块塔板上汽液平衡的组成发生改变。压力升高，则气相中重组分减少，相应地提高了气相中轻组分的浓度；液相中轻组分含量较前增加，同时也改变了气液相的重量比，使液相量增加，气相量减少。总的结果是：塔顶馏分中轻组分浓度增加，但数量却相对减少；釜液中的轻组分浓度增加，釜液量增加。同理，压力降低，塔顶馏分的数量增加，轻组分浓度降低；釜液量减少，轻组分浓度减少。正常操作中，应保持恒定的压力，但若因操作不正常，引起塔顶产品中重组分浓度增加时，则可采用适当提高压力的办法，使产品质量合格，但此时釜液中的轻组分损失增加。

（2）改变组份间的相对挥发度

压力增加，组份间的相对挥发度降低，分离效率下降，反之，组份间的相对挥发度增加，分离效率提高。

（3）改变塔的生产能力

压力增加，组份的重度增大，塔的处理能力增大。

（4）塔压的波动

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，但这只有在塔压恒定的前提下才是正确的。当塔压改变时，混合物的泡点、露点发生变化，引起全塔的温度发生改变，温度和产品质量的对应关系也将发生改变。 从以上分析可看出，改变操作压力，将改变整个塔的操作情况，因此在正常操作中应维持恒定的压力（工艺指标），只有在塔的正常操作受到破坏时，才可根据以上的分析，在工艺指标允许的范围内，对塔的压力进行适当的调节。应该指出，在精馏操作过程中，进料量、进料组成和进料温度的改变，塔釜加热蒸汽量的改变，回流量、回流温度和冷剂压力（对内回流塔而言）的改变以及塔的堵塞等，都可能引起塔压的波动，此时应首先分析引起塔压波动的原因，及时处理，使操作恢复正常。

2.进料状态对精馏操作有什么影响

进料情况有五种：①冷进料；②泡点进料；③气液混合进料；④饱和蒸气进料；⑤过热蒸气进料。

在精馏塔内，进料口以上为精馏段，进料口以下为提馏段。精馏塔总的物料平衡是单位时间内进料量（F）等于单位时间内塔顶馏出液量（P）与单位时间内塔底残液量（W）之和。 F = P + W

精馏段的物料平衡是单位时间内上升到精馏段的蒸气量（V）等于单位时间内下降到提馏段的液量（L）与等于单位时间内塔顶馏出液量（P）之和。

V =L + P

提馏段的物料平衡是单位时间内下降到提馏段的液量（L′）等于上升到精馏段的蒸气量（V′）与单位时间内塔底残液量（W）之和。

L′= V′+ W

当进料量为F，则进料板上增添的液流为δF，下降到提馏段的液量应该是

L′= L +δF，

又因为 F = P + W、V =L + P 、 L′= V′+ W。

则 L′= V′+ W = V′+ F － P = V′+ F －（ V－L）= V′－ V+ F + L 又因为V′－ V+ F + L = L +δF

可得到V′= V+（δ－1）F

当回流比、塔顶馏出物的组成为规定值时，进料状况发生变化，δ值也将发生变化， 由于L′= L +δF，这直接影响到提馏段回流液量的改变，最终δ值的改变将引起理论塔板数和精馏段、提馏段的塔板数分配的改变，从而使进料塔板的位臵也随之改变。

例如，某塔设计为泡点进料，当改为冷液进料时，则精馏段塔板数过多，提馏段塔板数不足，结果是塔顶产品质量可能提高，而釜液中轻组分的蒸出则不完全。若改为

气液混合进料、或饱和蒸气、过热蒸气进料，则精馏段塔板数不足，提馏段塔板数过多，其结果是塔顶产品中重组分含量超过规定，而釜液轻组分含量比规定值低，同时增加了塔顶冷凝器的冷剂的消耗量，减少了塔釜的热剂消耗。

在精馏塔内，只有当进料为饱和蒸气时（δ=0），才能L′= L。同理，由V′= V+（δ－1）F可知，只有当进料为正在沸点的液体时（δ=1），才能V′= V。生产中多用泡点进料，此时，精馏段、提馏段上升蒸气的流量相等，故塔径一样，设计计算也比较方便。

3.进料组份的变化对精馏操作有什么影响

进料组份的变化直接影响精馏操作，当进料中重组份的浓度增加时，精馏段的负荷增加。对于固定了精馏段塔板数的塔来说，将造成重组份带到塔顶，使塔顶产品质量不合格。 若进料中轻组份的浓度增加时，此时精馏段的负荷增加。对于固定了提馏段塔板数的塔来说，将造成提馏段轻组份蒸出不完全，釜液中轻组份的损失加大。

同时，进料组成的变化还将引起全塔物料平衡和工艺条件的变化。组份变轻，则塔顶馏份增加，釜液排出量减少。此时，全塔温度下降，塔压升高。组成变重，情况相反。 进料组成变化时，可采取如下措施：

（1）改进料口 组成变重时，进料口往下改；组成变轻时，进料口往上改。

（2）改变回流比 组成变重时，加大回流比；组成变轻时，减少回流比。

（3）调节冷剂和热剂量 根据组成的变动情况，相应地调节塔顶冷凝器的冷剂和塔釜热剂量，维持塔顶及塔底产品质量不变。

4.进料温度的变化对精馏操作有什么影响

进料温度的变化对精馏操作的影响是很大的。总的来讲，进料温度降低，将增加塔底蒸发釜的热负荷，减少塔顶冷凝器的冷负荷；进料温度升高，则增加塔顶冷凝器的冷负荷，减少塔底蒸发釜的热负荷。当进料温度的变化幅度过大时，通常会影响整个塔身的温度，从而改变汽液平衡组成。例如：在进料温度过低，塔釜的加热蒸汽量没有富裕的情况下，将会使塔底馏分中轻组分含量增加。

进料温度的的改变，意味着进料状态的改变，而进料状态的改变将影响精馏段、提馏段负荷的改变，进而产品质量、物料平衡都将发生改变。因此，进料温度是影响精馏塔操作的重要因素之一。

5.塔内上升蒸汽的速度和蒸发釜加热量波动对精馏操作有什么影响

塔内上升蒸汽的速度大小，直接影响着传质效果。一般地说，塔内最大上升蒸汽的速度应比液泛速度小一些。工艺上常选择最大允许速度为液泛速度的80%。速度过低会使塔板效

率显著下降。

影响塔内上升蒸汽速度的主要因素是蒸发釜的加热量。在釜温保持稳定的情况下，加热量增加，内上升蒸汽的速度加大；加热量减少，内上升蒸汽的速度减少。应该注意，加热量调节范围过大、过猛，有可能造成液泛或泄漏。

6.回流比的大小对精馏操作有什么影响

操作中以改变回流比的大小来保证产品的质量。当塔顶馏分中重组份含量增加时，常采用加大回流比的方法将重组份压下去，以使产品质量合格。当精馏段的轻组份下到提馏段造成塔下部温度降低时，可以用适当减少回流比的办法以使塔下部温度提起来。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、汽的消耗。回流比过大，将会造成塔内物料的循环量过大，甚至能导致液泛，破坏塔的正常操作。

7.塔顶冷剂量的大小对精馏操作有什么影响

对采用内回流操作的塔，其冷剂量的大小，对精馏操作的影响比较显著；同时也是影响回流量波动的主要因素。

对于采用外回流的塔，同样会由于冷剂量的波动，在不同程度上影响精馏塔的操作。例如，冷剂量减少，将使冷凝器的作用变差，冷凝液量减少，而在塔顶产品的液相采出量作定值调节时，回流量势必减少。假如冷凝器还有过冷作用（即通常所称的冷凝冷却器）时，则冷剂量的减少，还会引起回流液温度的升高。这些都会使精馏塔的顶温升高，塔顶产品中重组份含量增多，质量下降。

8.塔顶采出量的大小对精馏操作有什么影响

塔顶采出量的大小和该塔进料量的大小有着相互对应关系，进料量增大，采出量应增大。 众所周知，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平衡。

例如，当进料量不变时，对采用内回流的塔，若塔顶采出量增大，则回流比势必减少，引起各板上的回流液量减少，气液接触不好，传质效率下降；同时操作压力也将下降，各板上的气液相组成发生变化。结果是重组分被带到塔顶，塔顶产品的质量不合格。

在强制回流的操作中，如果进料量不变，塔顶采出量突然增大，则易造成回流液槽抽空。回流液一中断，顶温就升高，这同样也会影响塔顶产品质量下降。如果进料量加大，但塔顶采出量不变，其后果是回流比增大，塔内物料增多，上升蒸汽速度增大，塔顶与塔釜的压差增大，严重时会引起液泛。

9.塔底采出量的大小对精馏操作有什么影响

塔釜保持稳定的液面，是维持釜温恒定的首要条件。塔釜液面的变化，又主要决定于塔底采出量的大小。

当塔底采出量过大时，会造成塔釜液面降低或抽空。这将使通过蒸发釜的釜液循环量减少，从而导致传热不好，轻组份蒸不出去，塔顶`、塔底的产品均不合格。如果是使用列管式蒸发釜，由于循环液量太小，使釜液经过上半部列管时形成过热气体，表现为挥发管的气体温度较高，而釜温却较低。如果塔底采出量过小，将会造成塔釜液面过高（严重时，会超过挥发管甚至于淹塔），增加了釜液循环的阻力，同样造成传热不好，釜温下降。

特别应指出，对于易聚合的物料，釜液面过高或过低，都会造成停留时间加长，增加聚合的可能性。另外，维持一定的釜液面还起着液封的作用，以确保安全生产。

10.辅助设备对精馏操作有什么影响

精馏操作离不开塔底蒸发釜、塔顶冷凝器和输送泵等。在正常生产中这些设备的运转状况均应满足精馏塔操作的要求，否则将使精馏塔的生产能力受到限制，严重时，会使整个操作过程无法进行下去。例如，蒸发釜在生产过程中，可能会因某些不饱和烃的聚合，而堵塞

列管，使传热面积减小，造成塔的生产能力下降甚至于被迫停车。塔顶冷凝器同样会由于使用的水质不好、列管结垢而降低冷凝效率，使塔的生产能力下降，无法执行正常的工艺条件。当正常的生产工艺受到破坏时，不仅要从精馏塔的工艺过程去找原因，也应把辅助设备的状况考虑进去。

11.塔的安装对精馏操作有什么影响

不同的物料和不同的工艺过程，对塔设备提出的要求是不同的。但是，一般总希望塔设备的适用能力高，生产能力大，操作稳定。对于一个定型的塔设备来说，由于安装的有问题，就可能会达不到以上的要求 。如塔身、塔板、溢流堰、降液管等，在安装时若不合乎要求，都可能对精馏操作带来影响。

（1）塔身

塔身要求垂直，一般倾斜不能超过千分之一，否则将会在塔板上造成死区。对于直径在600毫米以下的小型精馏塔，如果塔板的安装是先分节安装，然后再组装的话，则塔身的不垂直将直接影响全塔的所有塔板的水平度，使塔的效率降

（2）塔板

塔板要求水平，其水平度用水平仪测定不能超过国家标准或企业标准。如果塔板不水平，将造成板面上的液层高度不均，塔内上升蒸汽易从液层高度较小的浅处穿过，从而很难保证塔板的效率。这对筛板塔的影响尤为严重。

（3）溢流口

溢流口与下层塔板的距离，应根据生产能力和下层溢流堰的高度而定。但必须满足溢流口插入受液盘的液体之中，以封住上升蒸汽。如果溢流口与下层塔板的距离过近，则可能造成上层塔板的回流因为液体不能顺利地流入下层塔板，使上层塔板的液层增高，下层塔板的压力增大，严重时造成液泛。溢流口过高，超过溢流堰高度时，上升蒸汽“走短路”，从溢流管直接上升到上层塔板，起不到液封作用，影响塔板的效率。安装时，对于各种具体的板型都有不同程度的要求，如果不按要求去安装，将可能使塔的生产效果大大下降。

此外，在萃取精馏和共沸精馏的操作过程中，萃取剂，共沸剂的加入温度、纯度及加入量的变化，也是影响操作的因素。精馏工要在操作中克服各种影响因素的变化，防止对塔顶、塔釜产品的数量和组成的影响。

参考资料

[1] 姚玉英，化工原理（下册）.天津大学出版社，2005

[2] 王志魁，化工原理（第三版）.化学工业出版社，2005