分馏系统基础知识

1、分馏系统基础知识 分馏系统的主要任务就是把油气混合物按沸点范围分割为气体、轻石脑油、 重石脑油、航煤馏分油、柴油、尾油等馏分 , 并保证各馏分的质量符合规定的要 求。此外还要用回流热与馏分的余热把原料油或其它低温介质预热到较高的温 度。 1、1 蒸馏过程原理 1、蒸馏原理 在原油中分离出石油产品的方法有多种 , 最常用的方法就是蒸馏。蒸馏就是 把完全互溶而沸点不同的液体混合物分离开的一种物理过程 , 或者说蒸馏就是利 用液态混合物各组分挥发性或沸点的不同 , 来分离这一组分的方法。蒸馏就是在 蒸馏塔内进行的 ,从塔的中间抽出的沸点介于两者之间的馏分称为侧线馏分 , 所 得到的冷凝液叫馏出物 ,

2、 将馏出物按不同沸点范围分别收集叫分馏。蒸馏时把液 体混合物加热汽化 , 当加热到一定温度使之部分汽化为蒸汽时 , 蒸汽中低沸点组 分的含量要比剩余液体中的含量多 , 而高沸点组分的含量比液体中少。这就是因 为低沸点组分比高沸点组分容易汽化 ,而高沸点组分比低沸点组分容易冷凝 , 蒸 馏就就是根据这一规律把混合物分开。 蒸馏过程就是把液体混合物加热使之部分汽化 , 并将产生的含轻组分较多的 气体引出 ,使之与含重组分较多的液体分开 , 再把气体冷凝为液体 , 从而使原来的 混合物分为较轻与较重的两部分。 蒸馏过程包含有 加热、 汽化、分离与冷凝 等几 个环节, 而主要环节为汽化与冷凝。 在蒸馏

3、过程中 , 当气体未被引出前与液体处于 某一相同温度、压力下, 并且相互密切接触 , 同时气相与液相的相对量以及组分在 两相中的浓度都不在变化 ,称为达到了相平衡 （气-液相平衡 ） 。处于相平衡的气体 与液体分别称为饱与气体与饱与液体。处于某温度下的相平衡体系 , 如果温度再 升高一些 , 液体就多汽化一些 , 而其中轻组分较重组分要气化的多一些 ,此时又建 立了一个新的气 -液相平衡。相反,如果温度降低 , 则气体就冷凝 , 且重组分较轻组 分冷凝的多些 , 此时又建立了一个新的气 -液相平衡。 液体混合物在加热后产生的气体与液体一直保持相平衡接触 , 待加热到一定 温度直至达到要求的汽化

4、率时 , 气液两相一次分离 ,称为一次汽化 （或平衡汽化 ）。 如果把混合气体进行部分冷凝所得到的液体与剩余的气体保持相平衡接触状态 直到混合物冷凝到一定温度时 ,才将冷凝液体与剩余气体分离 , 这种分离过程叫 一次冷凝 （或称平衡冷凝 ） 。一次冷凝与一次汽化互为相反过程。在汽化过程中 , 如果随时将汽化出的气体与液体分离称为渐次汽化。随着温度的升高 , 液体混合 物中轻组分的浓度不断减小 ,重组分的浓度不断增大。 在冷凝过程中,如果随时将 冷凝下来的液体与气体混合物分离 , 这种冷凝过程叫渐次冷凝。随着气体温度的 下降,气体混合物中重组分的浓度会不断减少 ,轻组分的浓度就不断增大。 渐次汽

5、 化与渐次冷凝互为相反过程。 2、精馏过程 混合物能够用分馏的方法进行分离的根本原因就是由于混合物中各组分的 沸点不同。由于石油各组分的沸点不同 , 在冷凝时重组分优先冷凝 , 在受热时轻组 分优先汽化 , 这就就是分馏的基本依据。一次汽化与渐次汽化对混合物能起到一 定的分离作用 , 但难以分离精确。一次汽化分离精度不高 ; 渐次汽化虽然可得到较 纯的重组分 , 但就是数量很少 ,又不能连续生产。因此必须采用精馏的方法 , 即多 次的同时利用汽化与冷凝的方法来分离混合物 , 所用的设备为精馏塔 （也称分馏 塔）, 一个完整的精馏塔包括三个部分 , 即精馏段、提馏段与进料段。 气相混合物在精馏段

6、逐渐降温冷凝 , 气体降温冷凝为液体要放出冷凝潜热 , 这部分热量要通过塔顶与中段回流取走 , 并使用回流所含的轻组分加热汽化为气 相。分馏塔内有多层塔板 , 塔板数的多少决定于分馏精度。在塔板上由于气相与 液相之间存在 温度差与浓度差 , 气相与液相之间要发生传质与传热。冷凝下来的 重组分被转移到回流液相中 , 汽化的轻组分转移到上升的气相中 , 这种现象称为 传质。气液两相经过多层塔板 , 每层塔板上建立气液平衡 , 上升的气相温度不断降 低,其中轻组分的含量不断增加 ; 下降液相中温度不断升高 ,其中轻组分的浓度逐 渐减少, 最终达到轻重组分的分离。根据需要可以从塔的侧线分出轻重不同的馏

7、 分。精馏过程的实质就是 :不平衡的气液两相 ,经过热交换 ,气相多次部分冷凝与 液相多次部分汽化相结合的过程。也可认为就是不平衡的气液两相 , 在逆流多次 接触中, 多次交换轻重组分的过程 。 混合物中各组分存在着汽化能力 （挥发度 ）的差别,就是使用精馏方法将各组 分分离的根本依据。 精馏过程必须具备以下条件 : 气液两相必须充分接触 , 精馏塔 分馏系统基础知识 内装有多层塔板就就是提供气液充分接触的条件 , 气液两相在塔板上达到分离的 极限就是两相达到平衡 ;气液相接触时 , 上升的高温气相中轻组分的浓度要高于 平衡浓度 , 而下降的低温液相中轻组分浓度要低于平衡浓度 , 由于气液两相

8、平衡 , 并存在温度差 , 才发生传热与传质过程起到精馏作用。 回流主要就是提供液相 ,供塔板上传质、传热 ;取出热量 , 维持塔的热平衡。 塔内回流的作用就就是提供下降的液体 , 用来补充气相中轻组分与接受上升气相 中冷凝下来的重组分 , 并造成沿塔自下而上温度逐渐降低。塔顶回流应采用塔顶 流出物,或组分与塔顶产品相近的油品。 塔内回流的作用有两个 , 一就是提供塔板 上的液相回流 , 造成气液两相充分接触达到传热、 传质的目的 ; 二就是取走进入塔 内的多余热量 , 维持全塔热平衡 , 以利于控制产品质量。回流量常用回流比表示 : 回流比=回流量（m3/h）/塔顶产品量（m3/h）。 回流

9、比增大 ,塔板上回流量增加 ,就是上升的气相温度降低的多 , 重组分也就 冷凝的多 ,从液相回流转入气相的轻组分也增多 , 提高塔板的分离效果。 回流比的 大小与塔板数多少有关 ,当产品分离程度一定时 ,回流比增大 ,塔板数可以适当的 减少。但就是, 回流比增大就是有限度的 , 由全塔的热平衡决定。 过大会使下降的 液相中轻组分含量增多 ,此时如果不相应的增加进料量或塔底的热量 , 就会使轻 组分来不及汽化而被带到下层塔板或塔底 , 影响轻组分收率 ;如果有侧线产品时 , 也会使侧线产品或塔底产品不合格。 增大回流比不仅会增加塔顶冷凝冷却器的负 荷,还会增加操作费用。超过一定的限度还会造成液泛

10、冲塔。回流有强制回流与 自然回流 ,还可分内回流与外回流 ,根据取走回流热量的不同分冷回流、 热回流与 循环回流。 本装置分馏原理就是根据生成油中各组分的沸点 （挥发度）不同,将生成油切 割成不同沸点的馏分。 利用加热炉将生成油进行加热 ,生成汽液两相 ,在分馏塔中 , 使汽液两相充分的热交换与质量交换 , 在提供塔顶回流与塔底吹汽的条件下对生 成油进行精馏 ,从塔顶分馏出沸点较低的产品石脑油 ; 从塔底馏出沸点较重的加 氢渣油; 塔中间抽出得到侧线产品即柴油。 1、2 影响分馏过程的主要操作因素 平稳操作就是指生产中充分发挥设备潜力 ,生产高收率、高质量产品与降低 消耗指标的前提下 , 做到

11、全装置物料平衡与热平衡。分馏塔分离效能的好坏主要 就是分离精度。分馏精确度的高低 , 除与分馏塔的结构有关外 ,在操作上的主要影 响因素就是 温度、压力、回流量、水蒸汽吹入量等。 1、温度 油气入塔温度 , 特别就是塔顶、侧线温度都应严加控制。要保持分馏塔的平 稳操作,最重要的就是维持进料温度恒定。 处理量一定时 ,油气入口温度直接影响 进入塔内的热量 ,相应的塔顶与侧线的温度都要变化 ,产品质量也随之变化。 油气 温度不变时 , 回流量、回流温度、各馏出物料量的改变也会影响全塔的热平衡状 态。塔顶温度最灵敏的反映出全塔热平衡的变化。 塔顶馏出物包括塔顶产品、 塔 顶回流油气、以及不凝气与水蒸

12、汽如果能准确知道不凝气量 , 在塔顶压力一定的 条件下很容易求得塔底产品及回流总与得油气分压 ,进一步求得塔顶温度 , 当塔 顶不凝气很少时 , 可忽略不计。 塔顶温度应该就是塔顶产品在其本身油气分压下 的露点温度 。确定塔顶温度时应同时检验塔顶水蒸气就是否会冷凝 ,水蒸气冷凝 , 造成塔顶、顶部塔板与顶挥发线的露点腐蚀 ,并容易在上部塔板上产生暴沸 , 造成 冲塔、液泛 , 此时应该考虑减少汽提蒸汽量或降低塔的操作压力。 2、压力 油品馏出所需温度与其油气分压有关 , 油气分压越低 , 馏出相同油品所需温 度越低。油气分压就是设备内操作压力与油品分子分数的乘积。 当塔内水蒸气量 与惰性气体量

13、不变时 , 油气分压随塔内操作压力降低而降低。在塔内允许的情况 下,降低塔内的操作压力 , 或适当增加入塔水蒸气量可以使油气分压降低。 适当提 高塔的压力可以提高塔的处理能力 , 压力提高以后整个塔的操作温度也上升 , 有 利于侧线馏分以及中段循环回流与其它油品换热 。不利因素就是随着压力的提高 相对挥发度降低 ,分离困难 , 为达到相同的分离精确度则必须加大塔顶回流比 ,增 加了塔顶冷却器的负荷。 3、回流量与回流返塔温度 回流提供气液两相接触的条件 , 回流量与回流返塔温度直接影响全塔热平衡 从而影响分馏效果的好坏。对加氢分馏塔 , 回流量大小、回流返塔温度的高低由 全塔热平衡决定。随着塔

14、内温度条件的改变 , 适当调节塔顶回流量与回流温度就 是维持塔顶温度平衡的手段 , 以达到调节产品质量的目的。 1、3 产品质量与产品方案调节 1、根据产品质量的变化调整操作 蒸馏所得的馏分多半就是半成品 , 分馏操作主要控制的就是与分馏有关的指 标,包括馏分组成、闪点、凝点及残炭等。 馏分头部轻 ,表现为闪点低 ,初馏点低, 说明前一馏分未充分蒸出 , 影响馏分的质量及上一馏分的收率。调节方法为提高 上一侧线馏分的抽出温度与抽出量 , 使塔内下降的回流量减少 ; 提高或加大侧线 馏分的汽提蒸汽量 , 均可以使轻组分被赶出 , 解决头部轻的问题。 馏分尾部重表现为干点高、 凝点高, 说明下一馏

15、分的重分被携带出来 , 不仅本 侧线不合格 , 也会影响下一侧线馏分的收率。调节方法就是降低本侧线抽出温度 或抽出量 , 使回到下层的回流量增加 , 降低温度从而使干点、凝点指标合格。 2、根据处理量变化调整操作 处理量的变化使整个装置的负荷都发生变化 , 在保证产品质量与产品收率的 前提下,必须改变操作条件 , 使装置内各设备的物料与热量重建平衡。 处理量的变 化,塔顶、侧线等处的温度也相应变化。处理量增大时 , 塔内操作压力必然升高 , 油气分压也升高。 1、4 分馏塔操作注意事项 1、水力学特性对操作的影响 了解分馏塔塔板的流体力学特性对于提高塔的处理能力 , 改善产品分割具有 重要意义

16、。塔的流体力学性能包括 : 塔板压降、液泛、雾沫夹带、漏夜及液面落 差。 (1) 塔板压降 : 上升的气流通过塔板时需要克服塔板本身的干板阻力、 板上充 气液层的静压强与液体的表面张力 , 这三部分阻力形成了该板的总压强降。气体 通过塔板时的压强降就是影响板式塔操作特性的重要因素。干板压降增大, 一般 可使板效率提高 ,板上液层适当增厚 ,气液传质时间增长 , 显然效率也会提高 ,但 塔板压降增大塔负荷也增大。因此进行塔板设计时要综合考虑 , 在保证较高的板 效率的前提下 , 力求减少塔板压降 ,以降低能耗及改善塔的操作性能。 (2) 雾沫夹带 : 就是指塔板上的液体被上升的气流以雾滴形式携带

17、到上一层 塔板的现象。雾沫的生成固然可以增大气液两相的传质面积 , 但过量的雾沫夹带 造成液相在塔板之间反混 , 进而导致塔板效率严重下降。生产中控制雾沫夹带量 ev0、1kg(液)/kg(气)。塔板间距越大，液滴沉降时间增加,雾沫夹带量可相应减 少,与现场操作有关的就是气体流速变化的影响，气体流速越大，阀孔速度、空塔 气速均相应上长，会使雾沫夹带量增加。除此之外雾沫夹带量还与液体流量、液 相粘度、密度、界面张力等物性有关。 (3) 淹塔：又叫液泛，就是指在精馏操作中，下一层塔板上的液体涌至上层塔 板,破坏了塔的正常操作的现象。当液体流量一定而气速过大，气体穿过板上液层 时,造成两板间压将增加

18、，使降液管内液体不能下流而造成液泛；当液体负荷太大 而降液管面积太小，液体无法顺利的向下一层塔板溢流也会造成淹塔。淹塔一般 就是在塔下部出现，也就就是在最低的一条抽出侧线油品颜色变重，它与处理量 过高、原料油带水、汽提蒸汽过大等因素有关。 (4) 漏液：塔板漏液的情况就是在塔内气速过低的条件下产生的。 浮阀、筛孔、 网孔等塔板当塔内气速过低，板上液体就会通过升气孔向下一层塔板泄露，导致 塔板分离效率降低。漏液量应不大于液体流量的10% ,漏液的现象往往就是在开 停工处理量较低时出现，有时也与塔板设计参数选择不当有关。 (5) 液面落差：当液体横向流过板面时，为克服板面的摩擦阻力与板上部件 (如

19、泡罩、浮阀)的局部阻力，需要一定的液位差，则在板面上形成液面落差。液层 厚度的不均匀性将引起气流的不均匀分布，从而造成漏液，使塔板效率严重降低。 液面落差与塔板结构有关，还与塔径与液体流量有关，当塔径或液体流量很大时， 也会造成较大的液面落差。 塔板的负荷性能图如下。处理固定的物系时，其操作状况随气液负荷改变。 要维持塔板正常操作，必须将塔内的气液负荷波动限制在一定范围内。在直角坐 标系中，以气相负荷V及液相负荷L分别表示纵、横坐标,标绘各种极限条件下的 V-L关系曲线。 1 为雾沫夹带线 , 当气相负荷超过此线时 , 雾沫夹带量过大 , 使板效率严重下 降, 塔板适宜操作区在雾沫夹带线下 ;

20、 2 为液泛线 , 塔板适宜操作区在此线以下 , 否则会发生液泛 ; 3 为液相负荷上限线 , 又称降液管超负荷线 , 液体超过此线表明液体流量过 大, 液体在降液管内停留时间过短 ,进入降液管中的气泡来不及与液相分离而被 带入下层塔板 , 造成气相反混 , 降低塔板效率 ; 4 为漏液线 , 该线为气相负荷下限线 , 气相负荷低于此线将发生严重的漏液 现象 , 气液不能充分接触 , 使板效率下降 ; 5 为液相负荷下限线 , 液相负荷低于此线使塔板上液流不能均匀分布 , 导致 板效率下降。 诸线所包围的区域便就是塔的适宜操作范围。 操作时的气相流量 V 与液相流 量 L 在负荷性能图上的作标

21、点为操作点 , 通过原点的直线为操作线 , 如图中的直 线A。操作线与负荷性能图上曲线的两个交点分别表示塔的上下操作极限，两极 限的气体流量之比称为塔板的操作弹性。操作弹性大 , 说明塔适应变动负荷的能 力大 , 操作性能好。 2、塔安装对分馏操作的影响 塔身要求垂直 , 倾斜度不得超过千分之一 ; 塔板要求水平 , 水平度不能超过 2 毫米, 否则会达不到传质、传热的要求 , 使塔板效率降低 ; 溢流口与下层塔板的 距离应根据生产能力与下层塔板溢流堰的高度而定 , 必须满足溢流堰板插入下层 受液盘的液体之中以保持上层液相下流时有足够的通道与封住下层上升的气体 所必须的液封 , 避免气相走短路

22、。 3、精馏塔操作应掌握三个平衡 精馏塔的操作应掌握 物料平衡、气液相平衡与热量平衡 。 物料平衡指的就是单位时间内进塔的物料量应等于离开塔的各物料量之与。 物料平衡体现了塔的生产能力 , 它主要就是靠进料量与塔顶、塔底出料量来调节 的。物料平衡的变化具体反映在塔底液面波动上。 当塔的操作不符合物料平衡时 , 可以从塔压差变化反映出来。 塔压差过大 , 塔内上升气体的速度过大 , 雾沫夹带严 重 , 甚至发生液泛而破坏正常操作 ; 塔压差过小 , 塔上升气体速度过小 , 塔板上气 液两相传质效果低 , 甚至发生漏液而大大降低塔板效率。 气液相平衡主要体现了产品的质量及损失情况，它就是靠调节塔的

23、操作条件 （温度、压力）及塔板上气液接触的情况来达到。当温度、压力发生变化时 ，气液 相平衡所决定的组成就发生变化，产品的质量与损失情况也随之发生变化。气液 相平衡与物料平衡密切相关，物料平衡掌握好了，气液接触良好，传热、传质效率 高,塔板效率也高。温度、压力也会随着物料平衡的变化而改变。 热量平衡就是指进塔热量与出塔热量的平衡，具体反映在塔顶温度上。热量 平衡就是物料平衡与气液相平衡得以实现的基础，反过来又依附于她们。没有热 的气相与冷的回流，整个精馏过程就无法实现。而塔的操作压力、温度的改变（即 气液相平衡组成的改变）,则使每块塔板上气冷凝的放热量与液体汽化的吸热量 也随之改变，主要体现在

24、进料换热与塔顶取热发生变化上。 掌握好物料平衡、气液平衡与热量平衡就是精馏操作的关键所在，三个平衡 之间相互影响相互制约。通常操作中以控制物料平衡为主，相应调节热量平衡， 最终达到气液相平衡的目的。要保持稳定的塔底液面平衡必须稳定以下几个因素 进料量,进料温度,塔顶、侧线及塔底抽出量，塔顶压力。要保持稳定的塔顶温度 必须稳定以下几个因素：进料量,进料温度,顶回流,各中段回流量及温度，塔顶压 力，汽提蒸汽量，原料及回流不带水。只要注意塔顶温度与塔底液面 ，分析波动原 因,及时加以调节，掌握三个平衡，可保证塔的正常操作。 分馏塔的一般操作（先说温度，以后陆续上传）: 温度: 1、塔进料温度： 各塔

25、的进料温度一般为泡点温度。此时，进料入塔内一次闪蒸后，形成的气液两相 与塔内气液两相组成接近相等，分馏效率最高。如果进料温度过低，以过冷液体”进入。 将使进料板以下几块塔盘液体负荷加大，在降液管中的流速增加，降低分馏效果。反之 如果进料温度过高，以过热液体”进入,将使进料板以上几块塔盘气相负荷加大，容易产生 雾沫夹带，也会降低分馏效果，从而影响塔板效率，使产品的分离度降低。 2、塔底温度： 塔底温度就是根据塔底产品与侧线产品或塔顶产品的切割点来决定的。生产操作中 在塔压、进料稳定条件下，采用重沸炉的塔，通过重沸炉出口温度与重沸炉的汽化量来调 节；采用过热蒸汽汽提塔，通过塔进料温度与气体蒸汽量来

26、调节。塔底温度就是衡量物料 在该塔的蒸发量大小的主要依据。温度越高，蒸发量越大；温度过高甚至造成携带现象 使侧线产品的干点偏高，颜色变深。但塔底温度过低时，合理组分蒸发不了 ，产品质量轻 也加大了塔底设备的负荷，塔底泵易产生气蚀，损坏密封。 液位:（s2 m3 R T4 B+ 1/ K、 液位就是生产操作中的关键控制参数 ，就是无聊平衡的直接反应。无论回流罐液位还 就是塔底液位均应维持在正常的范围之内 ，如40%60%。液位高低受进料性质、物料流量、 塔顶温度、塔底温度及操作压力等因素的影响，也将影响目的产品收率、目的产品质量与分 馏系统的平稳操作。液面就是系统物料平衡的集中体现。塔底液面的高

27、低将不同程度的影响 产品质量、收率及平稳操作。液面过高会造成携带甚至冲塔现象；液面过低易造成塔底泵抽 空以致损毁设备。所以，平衡好各塔液面尤为重要，一般各塔液面控制在玻璃板中部稍低一点 为好。 回流比: 回流量与塔顶抽出液体产品质量之比称为回流比。用于控制产品分离精度与塔顶 温度。当回流比增加时，产品间分离精度提高；回流比减小，分馏效果变差。但过大的回流 比必然增加进料或塔底热负荷，塔内气相负荷增加，影响分馏效果，增加能耗。分馏各点温 度的高低主要视进料性质而定，也就就是说，温度就是随进料的裂化程度而降低的。所以。 在平时的操作中主要依据进料性质及时调节各点温度，特别就是各塔底的重沸炉与重沸

28、器的出口温度，并根据这个温度作为操作中的主要依据,及时调整其余参数。回流量对产 品的质量与收率有很大影响。回流量就是通过回流线上的流控阀来实现控制的，当回流 量增加时，塔顶产品与塔底产品之间将得到精确的分离。 如果回流量与塔顶产品外送量均增加，塔盘负荷也会增加，因此,要注意总液体量 的增加（回流量与产品量总与）以防止意外事故（如液泛）。要记住，如塔的外回流温度降低 时塔的内回流将增加，回流比应保持在34之间。当进料中的液化气与轻馏分相对减少 时，需要使用较高的回流比。但回流比对塔进料应该相对恒定。| 合适的塔顶回流量就是保证产品切割的重要前提，塔顶回流量也就是塔顶温度的 重要手段,增加塔顶回流量可以适当降低塔顶温度，确保塔顶轻馏分中不含重关键组分。 但太低的塔顶