蒸馏操作技术-精馏设备的操作（化工原理课件）

3蒸馏操作技术3.3.1塔设备的分类与结构类型

精馏过程是在塔设备中进行的，完成精馏的塔设备称为精馏塔。塔设备为气液两相提供充分的接触时间、面积和空间，以达到理想的分离效果。在石油化工厂中经常看见高塔林立，据统计，石油炼厂中精馏设备最高可占设备总投资的25%左右。

一、塔设备的分类根据塔内气液接触部件的结构型式，可将塔设备分为两类：板式塔和填料塔。板式塔的塔内沿塔高度装有若干层塔板，相邻两板有一定的间隔距离。塔内气液两相在塔板上相互接触，进行传热和传质，属于逐级接触式塔设备。填料塔内装有填料，气液两相在被润湿的填料表面进行传热和传质，属于连续接触式塔设备。本章重点介绍板式塔。

二、板式塔的结构类型（一）板式塔的结构由圆柱形塔体、塔板、气体和液体进、出口等部件组成的。

操作时液体靠重力作用，自上而下流经各层板后从塔底排出，各层塔板上保持有一定厚度的流动液层；气体则在压强差的推动下，自塔底向上依次穿过各塔板上的液层上升至塔顶排出。气、液在塔内逐板接触进行传质和传热。在塔中，两相呈逆流流动，以提供最大的传质推动力。板式塔溶剂气体DJ塔盘新型塔板、填料

塔板是板式塔的核心构件，其功能是提供气液两相保持充分接触的场所，使之能在良好的条件下进行传质和传热过程。（二）塔板的类型及性能评价塔板有错、逆流两种，见下表所示：

分类结构特点错流塔板塔板间设有专供液体溢流的降液管(溢流管)。横向流过塔板的流体与由下而上穿过塔板的气体呈错流接触。板上液体的流径与液层的高度可通过适当安排降液管的位置及堰的高度给予控制，从而可获得较高的板效率，但降液管将占去塔板的传质有效面积，影响塔的生产能力。但应用广泛。逆流塔板塔板间无降液管，气液同时由板上孔道逆向穿流而过。结构简单、板面利用充分，无液面落差，气体分布均匀，但需要较高的气速才能维持板上液层，操作弹性小，效率低，应用不及错流塔板广泛。塔板的分类本章只介绍错流塔板。按照塔板上气液接触元件的不同，可分为多种形式的塔板。1、泡罩塔板结构：升气管，泡罩优点：不易漏液，操作弹性高，不易堵塞，适于处理各种物料。缺点：结构复杂，造价高；板上液层厚，气体流径曲折，塔板压降大；雾沫夹带严重，生产能力及板效率均较低。2、筛板塔结构：筛孔，直径3－8mm，正三角形排列；溢流堰。优点：结构简单，造价低；气体压降小，液面落差小；生产能力大，板效率高。3、浮阀塔板结构：浮阀，常用的有F-1、V-4、T型等，应用广泛。优点：生产能力大，操作弹性大，塔板效率高，气体压降小及液面落差小，造价低。缺点：易堵，不易处理易结焦或粘度大的物料。4、喷射型塔板（1）舌形塔板如图所示。优点：避免返混、液面落差小，塔板压降较小；气流方向近于水平；液沫夹带量较小，可达较高的生产能力。缺点：张角固定，可导致塔板漏液严重；操作弹性小；板效率较低。（2）斜孔塔板如图所示，生产能力比浮阀塔板大30%左右，结构简单，加工制造方便，是一种性能优良的塔板。各种塔板性能比较如下

塔板类型

相对生产能力

相

对板效率

操作范围

压强降

结构成本

泡罩板

1.0

1.0

10～100

高

复杂

1.0

筛板

1.2～1.4

1.1

35～100

低

简单

0.4～0.5

浮阀板

1.2～1.3

1.1～1.2

10～100

中

一般

0.7～0.8

舌型塔板

1.3～1.5

01.1

50～100

低

最简单

0.5~0.6

斜孔板

1.5～1.8

1.1

30～100

低

简单

0.5

各种塔板的优点及适用范围见下表

优点

缺点

适用范围

塔板类型

泡罩板

较成熟，操作范围宽

结构复杂，阻力大，生产能力低

某些要求弹性好的特殊塔

浮阀板

效率高，操作范围宽

采用不锈钢，浮阀易脱落

分离要求高,负荷变化大;原油常压分馏塔

筛板

效率较高，成本低

安装要求水平,易堵,操作范围窄

分离要求高,塔板较多;化工中丙烯塔

舌型板

结构简单,生产能力大

操作范围窄，效率较低

分离要求较低的闪蒸塔

斜孔板

生产能力大,效率高

操作范围比浮阀塔和泡罩塔窄

分离要求高，生产能力大

3蒸馏操作技术3.3.3塔设备常见故障及处理

塔设备的故障可分为两大类。一类是操作性故障，一类是机械性故障。我们先来看一下机械性故障。一、塔设备的振动脉动风力是塔设备产生振动的主要原因。塔体产生振动后，会使塔发生弯曲、倾斜，塔板效率下降，影响塔设备的正常操作，甚至导致塔设备严重破坏，造成重大事故。

防止塔体产生共振采用以下方法：1.提高塔体的固有频率，从根本上消除产生共振的根源。2.增加塔体的阻尼，抑制塔的振动。3.采用扰流装置。

二、塔设备的腐蚀塔设备的腐蚀有化学腐蚀、电化学腐蚀，可能是局部腐蚀，又可能是均匀腐蚀。造成腐蚀的原因与塔设备的选材、介质的特性、操作条件及操作过程等诸多因素有关。防护措施应针对腐蚀产生的原因、腐蚀类型来制定，采取方法如下：1、正确选材金属材料的耐蚀性能，与所接触的介质有关，因此应根据介质的特性合理选择。

2、采用覆盖层覆盖层的作用式将主体与介质隔绝开来。常用的有金属盖层与非金属盖层。3、采用电化学保护电化学保护是通过改变金属材料与介质电级电位来达到保护金属免受电化学腐蚀的办法。电化学保护分阴极保护和阳极保护，其中阴极保护应用较多。4、添加缓蚀剂在介质中加入一定量的缓蚀剂，可使设备腐蚀速度降低或停止。但选择缓蚀剂时，要注意对某种介质的针对性，要合理确定缓蚀剂的类型和用量。

三、其他常见故障1、介质泄漏介质泄漏一般发生在构件连接处。采取的措施是保证安装质量；改善法兰受力情况或更换法兰；选择合适的密封材料或更换密封件；稳定操作条件，不超温、不超压。2、壳体减薄3、局部变形4、工作表面积垢

5、塔内件损坏6、安全阀起跳7、仪表失灵

四、常见操作性故障1、液泛液泛可致塔顶产品不合格，塔压差超高，釜液减少，回流罐液面上涨。液泛时应找出原因，对症处理。如果由于操作不当所致，及时采取调整气液负荷、加热等措施就会恢复正常，塔顶凝液的回流不能过大，以免引起恶性循环，可以通过加大采出量来维持液面；如果由于冻堵引起，只有加解冻剂才有效；如是污物堵塞，只有减负荷运行或停车检修。

2、加热故障加热故障主要是加热剂和再沸器两方面的原因。用蒸汽加热时，其故障表现在蒸汽压力低，减温减压器故障、存在不凝性气体、凝液排出不畅等。用液体介质加热时，多数是因为堵塞、温度不够等。再沸器故障主要有泄漏、液面过高或过低、堵塞、虹吸遭破坏等，需对症处理。

3、塔压力超高加热过猛、冷剂中断、压力表失灵、调节阀堵塞、排气管冻堵等都是塔压力超高的原因。一般应首先加大排出气量，同时减少加热剂量，把压力控制住再进一步查找原因，及时调整，有效控制塔压。

异常现象原因处理方法釜温及压力不稳1）蒸汽压力不稳2）疏水器不畅通3）加热器漏1）调整蒸汽压力至稳定2）检查疏水器3）停车检查漏处釜温突然下降而提不起温度1）疏水器失灵2）蒸发器内冷凝液未排除，蒸汽加不进去3）蒸发器内水不溶物多1）检查疏水器2）吹凝液3)清理蒸发器淹塔1）塔温突然升高2）回流比大3）塔釜列管有漏1）调加料量，降釜温，停采出2）降回流，增大采出量3）停车检修其他塔设备异常现象及处理方法如下表所示：25异常现象原因处理方法釜顶温度不稳定1）釜温太高2）回流液温度不稳定3）回流管不畅通4）操作压力波动5）回流比小1）调节釜温至规定值2）检查冷凝剂温度或冷剂量3）疏通回流管4）稳定操作压力5）调节回流比系统压力增高1）冷剂温度高或循环量小2）采出量太小3）塔釜温度突然上升4）设备有损或堵1）与供冷单位联系2）增大采出量3）调节加热蒸汽4）检查设备进行修理塔釜液面不稳定1）塔釜排出量不稳定2）塔釜温度不稳3）加料成分有变化1）稳定釜液排出量2）稳定釜温3）稳定加料成分3蒸馏操作技术3.3.2精馏塔的操作与维护

一、精馏塔的操作与控制调节（一）开停车操作1.开车操作（1）开工准备，包括塔及管线的吹扫、清洗、试漏等，检查仪器、仪表、阀门等是否齐全、正确、灵活，与有关岗位联系，进行开车；（2）预进料。先打开放空阀，充氮置换系统中的空气，以防在进料中发生事故，当压力达到规定指标后停止。打开进料阀，进料要求平稳，打入指定液位高度的料液后停止。

（3）打开加热和冷却系统。（4）建立回流。塔釜见液面后，按其升温速度缓慢升温至工艺指标。随着塔压力的升高，逐渐排除设备内的惰性气体，并逐渐加大塔顶冷凝器的冷剂量，当回流液槽的液面达到1/2以上时，开始打回流。在全回流情况下继续加热，直到塔温、塔压达到规定指标，产品质量符合要求。

（5）进料与出产品。打开进料阀进料，同时从塔顶和塔底采出产品，调节到指定的回流比。（6）控制调节。精馏塔控制调节的实质是控制塔内气、液相负荷的大小，以保持良好的传质和传热，获得合格产品。但气、液相负荷无法直接控制，生产中主要通过控制温度、压力、进料量及回流比来实现。开车时，对阀门、仪表的调节一定要勤调、慢调，合理使用。发现有不正常现象应及时分析原因，果断进行处理。2.停车操作精馏塔的停车，可分为临时停车和长期停车两种情况。（1）临时停车接停车命令后，马上停止塔的进料、塔顶采出和塔釜采出，进行全回流操作。适当地减少塔顶冷剂量及塔釜热剂量，全塔处于保温保压的状态。（2）长期停车接停车命令后，立即停止塔的进料，产品可继续进行采出，当分析结果不合格时，可停止采出，同时停止塔釜加热和塔顶冷凝，然后放尽釜液。

（二）影响精馏操作的因素与控制调节精馏操作的基本要求是使设备具有尽可能大的生产能力，达到预期的分离效果，操作费用最低。影响精馏装置稳态、高效操作的主要因素包括操作压力、进料组成和热状况、塔顶回流、全塔的物料平衡、冷凝器和再沸器的传热性能、设备散热情况等。

1、物料平衡的影响和制约在精馏塔的操作中，需维持塔顶和塔底产品的稳定，保持精馏装置的物料平衡是精馏塔稳态操作的必要条件。通常由塔底液位来控制精馏塔的物料平衡。2、塔顶回流的影响回流比是影响精馏塔分离效果的主要因素，生产中经常用回流比来调节、控制产品的质量。例如当回流比增大时，精馏产品质量提高；反之，分离效果变差。

调节回流比的方法有：

1、减少塔顶采出量以增大回流比。2、塔顶冷凝器为分凝器时，可增加塔顶冷却剂的用量，以提高凝液量，增大回流比。3、有回流液中间贮槽的强制回流，可暂时加大回流量，以提高回流比，但不得将回流贮槽抽空。此外，加大操作回流比意味着加大蒸发量与冷凝量，这些数值还将受到塔釜及冷凝器的传热面的限制。

3、进料组成和热状况的影响当进料组成和热状况方式变化时，应适当改变进料位置，并及时调节回流比。一般精馏塔常设几个进料位置，以适应生产中进料状况，保证在精馏塔的适宜位置进料。进料状况对精馏操作有重要意义。常见的进料状况有五种，精馏塔较为理想的进料状况是泡点进料，它较为经济和最为常用。

4、塔釜温度的变化釜温是由釜压和物料组成决定的。精馏过程中，只有保持规定的釜温，才能确保产品质量。因此釜温是精馏操作中重要的控制指标之一。当釜温变化时，通常是用改变蒸发釜的加热蒸汽量，将釜温调节至正常。

5、操作压力的影响塔的压力是精馏塔主要的控制指标之一。在精馏操作中，常常规定了操作压力的调节范围。塔压波动过大，就会破坏全塔的汽液平衡和物料平衡，使产品达不到所要求的质量。提高操作压力，可以相应地提高塔的生产能力，操作稳定。对于常压塔的压力控制，主要方法有：(1)对塔顶压力在稳定性要求不高的情况下，无需安装压力控制系统，应当在精馏设备上设置一个通大气的管道，以保证塔内压力接近于大气压。

(2)对塔顶压力的稳定性要求较高或被分离