甲醇精馏基础知识

甲醇精播基础知识

一，粗甲醇精储的意义：

在甲醇合成时，因合成条件如压力，温度，合成气组成及催化剂性能等因素的影响，

在产生甲醇反应的同时，还伴随着一系列副反应。所得产品除甲醇外，还有水，酸，醛,

酮，酯，烷烧，有机酸，有机胺，高级醇，硫醇，甲基硫醇和埃基铁等几十种有机

杂物。

甲醇作为有机化工的基础原料，用它加工的产品种类很多，因此对甲醇的纯度均有肯定

的要求。粗甲醇通过精储，可依据不同要求，制得不同纯度的精甲醇，使各类杂物降至规定

指标以下，从而确保精甲醇的质量。

二，有关基本概念

1.什么是精储？精储的原理是什么？

把液体混合物进行多次部分汽化，同时又把产生的蒸汽多次部分冷凝，使混合物分别为

所要求组分的操作过程称为精储。

为什么把液体混合物进行多次部分汽化，同时又多次部分冷凝，就能分别为纯或比较纯

的组分呢？

对于一次汽化，冷凝来说，由于液体混合物中所含组分的沸点不同，当其在肯定温度

下部分汽化时，因低沸点物易于汽化，故它在气相中的浓度较液相高，而液相中高沸点物的

浓度较气相高。这就改变了气液两相的组分。当对部分汽化所得蒸气进行部分冷凝是，因高

沸点物易于冷凝，使冷凝液中高沸点物的浓度较气相高，而未冷凝气中低沸点物的浓度较液

相高。这样经过一次部分汽化和部分冷凝，使混合液通过各组分浓度的改变得到初步分别。

假如多次地这样进行下去，将最终在液相中留下基本上是高沸点的组分，在气相中留下基本

上是低沸点的组分。由此可见，部分汽化和部分冷凝，都使气液相的组成发生变化，多次部

分汽化和部分冷凝同时进行，就可以将混合物分别为纯的或比较纯的组分。

液体汽化要汲取热量，气体冷凝要放出热量。为了合理利用热量，我们可以把气体冷凝

时放出的热量供应液体汽化时运用，也就是使气液两相直接接触，在传热的同时进行传质。

为满意这一要求，在实践中，这种多次部分汽化伴随部分冷凝的过程是在逆流作用的塔式设

备中进行。所谓逆流，就是因液体受热而产生的温度较高的气体，自下而上地同塔顶因冷凝

而产生的温度较低的回流液体（富含低沸点组分）作逆向流淌，即回流液自上而下及上升蒸

气相遇，塔内发生传质，传热过程如下：（1）气液两相进行热的交换一一利用部分汽化所

得气体混合物中的热来加热部分冷凝所得液体混合物；（2）气液两相在热交换过程中同时进

行质的交换。温度较低的液体混合物被温度较高的气体混合物加热而部分汽化。此时，因挥

发实力的差异,低沸点组分比高沸点组分挥发得多，结果表现为低沸点组分从液相转入气相，

气相中易挥发组分增浓；同理，温度较高的气相混合物，因加热了温度较低的液体混合物，

而使自己部分冷凝，同样因为挥发实力的差异，使高沸点组分从气相转入液相，液相中难挥

发组分增浓。

精储塔是由若干塔板组成的，塔的最上面称为塔顶，塔的最下面称为塔釜。一块塔板只

进行一次部分汽化和部分冷凝，塔板数愈多，部分汽化和部分冷凝的次数愈多，分别效果愈

好。通过整个精储过程，最终由塔顶得到高纯度的易挥发组分（塔顶储出物）。塔釜得到的

基本上是难挥发的组分。

2,什么是拉乌尔定律？

拉乌尔定律是从试验中总结出来的一条重要的规律。该定律指出，在肯定温度下，汽液

平衡时，溶液上方气相中随意组分所具有的分压，等于该组分在相同温度下的饱和蒸汽压乘

以该组分在液相中的分子分数。用数学式表示为：pA=PAXA

式中pA----气相中A组分的分压；

PA——纯组分A在该温度下的饱和蒸汽压；

XA---液相中组分A的分子分数。

3,什么是道尔顿定律？

道尔顿定律是表示志向气体混合物的总压和分压的关系的定律。道尔顿定律指出：志向

气体混合物的总压，等于个个组成气体分压之后。

依据道尔顿定律可以推出一个很重要的结论:混合气体中每个组分气体的分压等于混合

气体的总压乘以该气体在混合气体中所占的分子分数。例如，第i个组分气体的分压可用下

式表示：

pi=P总Yi

式中pi---组分气体i分压；

P总一一混合气体的总压；

Yi——组分气体I在混合气体中所占分子分数。

4,挥发度和相对挥发度：

挥发度和相对挥发度是精微过程运用的重要基本概念之一，精微塔设计中也常常应用

它。

纯物质的挥发性能一般都以饱和蒸汽压力的大小来描述。对处在相同温度的不同物质，

饱和蒸汽压力大的称为易挥发物质，否则就是难挥发物质。饱和蒸汽压即是外压时该物质的

沸点温度下的蒸汽压，因此习惯上，也用沸点来说明挥发性能。如在101.325kPa下水的沸

点为100℃,乙醇的沸点为78.4℃,甲醇的沸点为64.7℃,我们可以说甲醇比乙醇简单挥

发，乙醇又比水简单挥发。

对纯物质来说，不论是饱和蒸汽压力，还是沸点，都可以用来推断其挥发实力的大小。

精储过程是处理多组分的液态混合物,而及液体成平衡的气相也是由各组分组成的气体

混合物。这时各个组分在气相中所具有的分压数值的大小反映了该物质的挥发性能。其挥发

性能的大小除及物料性质有关外，依据拉乌定律,还及物料在液体中所具有的浓度大小有关。

为此规定挥发度的定义是：组分的气相分压及组分液相的浓度之比。对物质a和物质b组成

的溶液，

Va=Vb=

式中Va,Vb——分别为组分a和组分b的挥发度；

Pa,Pb---组分a和组分b在气相中的分压；

Xa,Xb---组分a和组分b在液相中的分子分数。

对符合拉乌尔定律的志向溶液，

Pa=PA•XaPb=PB•Xb=PB(1—Xa)

式中PA,PB分别指组分a和b的饱和蒸汽压。

由此可见，当溶液浓度不变时，物质挥发度的大小及饱和蒸汽压有关，也就是及温度有

关，温度愈高，挥发度愈大。当温度不变时，挥发度的大小及浓度有关。对志向溶液而言，

浓度愈大，挥发度愈大，二者成正比关系。

为了比较混合液中各个组分挥发度的大小，同时也便于在精储中进行计算，因而引出了

相对挥发度的概念，其定义是，混合液中各个组分挥发度之比。如对物质a和物质b组成的

溶液，其相对挥发度，

aab=

式中aab——为组分a对组分b的相对挥发度。

5,什么是露点？什么是泡点？什么是沸点？

把气体混合物在压力不变的条件下降温冷却，当冷却到某一温度时，产生第一个微小的

液滴，温度叫做该混合物在指定压力下的露点温度，简称露点。处于露点温度下的气体称为

饱和气体。从精储塔顶蒸出的气体温度，就是处在露点温度下。这里提示一下，第一个液滴

不是纯组分，它是露点温度下及气相相平衡关系的液相。其组成是由相平衡关系确定的。由

此可见，不同组成的气体混合物它们的露点是不同的。

液体混合物在肯定的压力下加热到某一温度时，液体中出现第一个很小的气泡，即刚开

始沸腾，则此温度叫该液体在指定压力下的泡点温度，简称泡点。处于泡点温度下的液体称

为饱和液体，精储塔的釜液温度，就是处在泡点温度下。应当说明，这第一个很小的气泡，

也不是纯组分，它的组成也是由相平衡关系确定的。

当纯液体物质的饱和蒸汽压等于外压时，液体就会沸腾，此时的温度叫该液体在指定压

力下的沸点。应当指出，纯物质的沸点是随外界压力而改变的。当外压上升，沸点上升；外

压降低，沸点降低。对液体混合物来说，各组分的分压总和等于外压时，物料开始沸腾。由

于各组分的分压随其在液相中的含量的改变而有所不同，因此，它没有恒定的沸点。液体混

合物在泡点至露点的整个温度范围内，都处于沸腾状态，并且不同温度下气液相组成是不同

的。

6,回流比，全回流，最小回流比：

回流比的定义就是：回流液体量及采出量的重量比。通常用R来表示，即

R=L/D

式中R——回流比；

L——单位时间内塔顶回流液体量，公斤/小时；

D单位时间内塔顶采出量，公斤/小时；

全回流是指精储操作中，把停止塔的进料，塔釜出料和塔顶出料，将塔顶冷凝液全部

作为回流液的操作，称作全回流。

最小回流比是在规定的分别要求下，即塔顶，塔釜采出的组成为肯定时，渐渐削减回

流比，此时所需理论塔板数渐渐增加。当回流比削减到某一数值时，所需理论塔板数增加到

无穷多，这个回流比的数值，称为完成该预定分别任务的最小回流比。它是精微塔设计计算

中的重要数据之一，通常操作时的实际回流比取最小回流比的1.3~2倍。

7,简述回流液在精储分别过程中的作用：

在精储过程中，混合液加热后所产生的蒸气由塔顶引出，进入塔顶冷凝器。蒸气在此冷

凝（或部分冷凝）成液体，将其一部分冷凝液返回塔顶沿塔板下流，这部分液体就叫做回流

液；将另一部分冷凝液（或未凝蒸汽）从塔顶采出，作为产品。

在回流液沿塔板下流过程中，及塔内不断汽化上升的蒸汽进行多次部分汽化和部分冷

凝，即发生质交换过程，这样一来，就增大了回流下来液体中高沸点组分的含量。回流是构

成气，液两相接触传质的必要条件，没有气，液两相接触传质也就无从进行物质交换。

当然组分挥发度的差异仍旧是精储过程的基础。

8,精储塔的压力降：

所谓精储塔的压力降，就是平常所说的塔顶和塔釜的压力差。对板式塔来说，塔板压降

主要由三部分组成，即干板压力降，液层压力降和克服液体表面张力的压力降。塔顶和塔

釜的压力差是全塔每块塔板塔顶和塔釜的压力降的总和。

所谓干板压力降，就是精微塔内上升气体（或蒸汽）通过没有液体存在的塔板时，所产

生的压力降；当气体穿过每层塔板上液体层时产生的压力降，叫做液层压力降；气体克服液

体表面张力所产生的压力降，叫液体表面张力压力降。

对于固定的塔来说，在正常操作中，塔压力降主要随上升气体的流速大小而变化，有阅

历表明，压力降及气体流速的平方成正比。

9,什么是空塔速度？它及孔速有什么关系？

空塔速度是指单位时间内精微塔上升蒸汽的体积及塔截面的比，即塔内上升气体在单位

时间内流淌的距离。单位为米3/秒•米2或米/秒。用公式可表示为：

W=Vs/Aa

式中W一—空塔速度，米/秒；

Vs一—上升蒸气体积流量，米3/秒；

Aa---塔的总截面积，米2。

上式也可以表示为W=Vs/O.785D2

D----塔内径，米

孔速是指单位时间内通过升气孔道的上升蒸汽的体积及孔道总截面的比，即上升气体穿

过升气孔道的流速，单位为米3/秒•米2或米/秒。用公式可表示为：

W孔=Vs/AT

式中W孔一一孔速度，米/秒；

Vs——上升蒸气体积流量，米3/秒；

AT——升气孔道总截面积，米2。

因为升气孔道总截面积是由塔板开孔率确定的，设开孔率为小,则上式可表示为：

W孔=Vs/O.785D2•。=W/。

空塔速度是影响精储操作的重要因素之一。对于已经确定的塔来说，假如在允许范围内

提高空塔速度，则能提高塔的生产实力。当空塔速度,提高到肯定限度时，气液两相在塔板

上因接触时间过短，而且会产生严峻的雾沫夹带，破坏塔的正常操作。一般是以雾沫夹带量

不大于10%来确定空塔速度，称为最大允许速度。

当空塔速度过低时，不利于气体穿过孔道，甚至托不住上层塔板的液体，塔板上的液体

可以经升气孔道倒流至下层塔板，这种现象通常称为液体泄漏，泄漏严峻时，会降低精微塔

的分别效果，特殊筛板塔，浮阀塔，舌形塔，尤其是这样。

10,什么是流体的流量及流速？两者之间存在什么样的关系

流体的流量及流速均可分为重量流量，重量流速及体积流量，体积流速。

重量流量：单位时间内流过管道或设备的任一截面（及流向垂直的截面）上的流体重量。

重量流量通常用符号G表示，单位为公斤/秒。

体积流量：单位时间内流过管道或设备的任一截面（及流向垂直的截面）上的流体体积。

体积流量通常用符号V表示，单位为米3/秒。

重量流速：单位时间，单位管道或设备的截面（及流向垂直的截面）上流过的流体重量。

重量流速通常用符号WG表示，单位为公斤/秒•米2。

体积流速：单位时间，单位管道或设备的截面（及流向垂直的截面）上流过的流体体积。

体积流速通常用符号WV表示，单位为米3/秒•米2或米/秒。

它们之间的关系如下：

G=WG・F=WV・Y・F=V・Y

式中F——管道或设备的截面面积，米2；

Y---流体重度，公斤/米3。

在实际应用中，因为液体重度随温度和压力的变化可以忽视不计，所以在探讨液体的流

淌时，常常采纳体积流量，体积流速。而气体流淌时，由于其重度随温度和压力的变化较

大，所以采纳重量流量，重量流速比较便利。

11,什么是塔的开孔面积？开孔率是怎样确定的？

在精镭塔内流淌着从下往上的蒸汽和从上往下的液体，而且它们要同时通过每层塔板。

气体通过塔板的通道叫升气孔道,升气孔道的总截面就是每块塔板的开孔面积。浮阀塔，袍

罩塔的开孔面积，就是每块塔板上全部浮阀孔或全部升气孔截面积的总和。

开孔截面积的选定，是依据生产负荷的大小和允许蒸气速度确定的。通常所说的开孔率

就是选定的开孔截面积和空塔总截面积之比，以中表示，即：

。=AT/AaX100%

式中小——开孔率；

AT——开孔截面积，米2。

Aa----空塔总截面积，米2

有时为了适应塔中各板或各段不同的气体负荷，设计时可以选用不同的开孔率。开孔率

不同，其传质效率亦不同。另外，开孔率对塔的处理实力也有很大影响。在相同塔径中处理

实力随开孔率的增加相应提高；对于同一处理实力而言，开孔率增加，则塔径可以减小，因

此开孔率是设计中的重要指标之一。

12,什么是液泛？如何处理？

在精储操作中，下层塔板上的液体涌至上层塔板，破坏了塔的正常操作，这种现象叫液

泛。

液泛形成的缘由，主要是由于塔内上升蒸气的速度过大，超过了最大允许速度造成的。

另外，在精储操作中，也常常遇到液体负荷太大，使溢流管内液面渐渐上升，以至上，下

塔板的液体连在一起，破坏了塔的正常操作的现象，这也是液泛的一种形式。上述两种现象

同属液泛，但引起的缘由却是不一样的。

出现液泛现象时，不管是板式塔还是填料塔，均应停止或削减进料量，稍削减蒸汽，降

低釜温，停止塔顶采出，进行全回流操作，使涌带到塔顶或上层的难挥发组分渐渐流回到塔

釜或塔下的正常位置。当生产不允许停止进料时，可将釜温限制在稍低于正常的操作温度下,

加大塔顶采出量（该采出品质量不能保证），减小回流比，当塔压差降到正常值后，再将操

作条件全面复原正常。

13,什么是雾沫夹带？

雾沫夹带是指气体自下层塔板带至上层塔板的液体雾滴。在传质过程中，大量雾沫夹带

会使不应当上到塔顶的重组分带到产品中，从而降低产品质量，同时会降低传质过程中的浓

度差，致使塔板效率下降。对于给定的塔来说，最大允许的雾沫夹带量（一般最大允许的雾

沫夹带量为10%,即10公斤液体〃00公斤气体）就限定了气体上升速度，此时的速度称最

大允许速度。这时操作上主要表现为塔压差增大，塔顶储分中重组分含量上升，若塔顶为气

相采出，则可看出明显的带液现象。

影响雾沫夹带的因素很多，诸如塔板间距，空塔速度，堰高，液流速度及物料的物

理化学性质等。同时还必需指出：雾沫夹带量及捕集装置的结构也有很大的关系。虽然影响

雾沫夹带量的因素很多，但主要的影响因素是空塔速度和两块塔板之间的气液分别空间。对

于固定的塔来说，雾沫夹带量主要随着空塔速度的增大而增大。但是，假如增大塔板的间距,

扩大分别空间，则相应可提高空塔速度。

14,什么是液体泄漏？

塔板上的液体从上升气体通道倒流入下层塔板的现象叫泄漏。在精储操作中，如上升气

体所具有的能量不足以穿过塔板上的液层，甚至低于液层所具有的位能，这时就会托不住液

体而产生泄漏。

空塔速度越低，泄漏越严峻。其结果是使一部分液体在塔板上没有和上升气体接触就流

到下层塔板，不应留在液体中的低沸点组分没有蒸出去，致使塔板效率下降。因此，塔板的

相宜操作的最低空塔速度是由液体泄漏量所限制的，正常操作中要求塔板的泄漏量不得大于

塔板上液体量的10%o泄漏量的大小，亦是评价塔板性能的特性之一。筛板，浮阀塔板和

舌形塔板在塔内上升气速变小的状况下比较简单产生泄漏。

15,什么是操作弹性？

操作弹性是指气体速度的最小允许值（负荷下限）到最大允许值（负荷上限）之间的范

围。上升气体速度在此范围内变动时，精储塔能在肯定的分别效果下，维持正常操作。

精储塔的负荷上限是以上升蒸气的雾沫夹带量不超过蒸气流量的10%为限制；负荷下限

是以塔板上液体的泄漏量不得大于塔板上液体量的10%为限制。

一般地说,浮阀塔操作弹性最大,有的试验表明负荷上限及负荷下限之比可达7~9左右,

泡罩塔次之，筛板塔最小。应当留意的是，当上升气体速度变化时，塔板效率要变化，这会

引起分别效果发生变化。

三，精储的分类：

1,精微是怎样分类的？

精储可以从三个角度去分类。

第一，按精储操作的方式不同，可分为间歇精储和连续精储。

第二，按精微操作的条件（如压力）不同，可分为加压精储，常压精储，减压精储

等。

第三，按精储分别的原理不同，可分为一般精微和特殊精储。特殊精储又包括恒沸精

储，萃取精储，水蒸汽蒸储及分子蒸储等。

我厂的甲醇精储是连续，萃取精储，并实行加压精储及常压精储相结合的流程。

萃取精储原理及萃取剂的选择：

萃取精储是向混合液中加入第三组分（称为萃取剂或溶剂）以改变原组分的挥发度而得

以分别。此处要求萃取剂的沸点较组分的沸点高得多，且不及组分形成恒沸液。萃取精微常

用于分别各组分沸点（挥发度）差别很小的溶液。

对于萃取精储来说，萃取剂常常可以选择出很多种。一般说来，选择萃取剂的主要依据

如下：

（1）萃取剂的选择性要大。被分别组分在萃取剂中相对挥发度的大小称为萃取剂的选

择性。被分别组分在萃取剂中相对挥发度增大得多，分别就简单，也就是所选择的萃取剂的

选择性大。选择性是选择萃取剂的主要依据。因为选择性的大小也就确定了被分别组分中轻

重关键组分分别的难易程度。因此塔板数的多少，回流比的大小（它影响到塔径）也及它

有亲密的关系。

（2）萃取剂对被分别组分的溶解度要大，这样塔板上的液体才能形成均相，不会分层。

（3）萃取剂的沸点应比被分别组分的沸点高得多，否则萃取剂易从塔顶挥发损失掉。

（4）热稳定性，化学稳定性要好，无毒性，不腐蚀设备。

（5）回收简单，价廉易得。

3,萃取精储在粗甲醇精储中的应用：

在粗甲醇蒸储中，甲醇-烷煌形成恒沸物的沸点及甲醇的沸点较为接近。其中甲醇-庚烷,

甲醇-异辛烷，甲醇-壬烷，甲醇-癸烷的共沸温度分别为58.8℃,58.3℃,63.9℃,

64.3℃,及甲醇沸点64.7℃更为接近，用一般蒸储的方法很难分别。但C6~C15烷妙等类杂

质只有在浓度很高的甲醇中被溶解。水及甲醇可以任何比例互溶，当溶液中加入了萃取剂

——水，使甲醇浓度降低，烷煌类等杂质就会从溶液中析出，分别出来。分别出的庚烷，异

辛烷，壬烷，癸烷的沸点分别为98.4℃,109.8℃,150.7℃,174℃比甲醇高出很

多。从而实现烷烧等类杂质的分别。

四，精馆操作的影响因素

1,精储操作的影响因素有哪些？

除了设备问题以外，精储操作过程的影响因素有以下几方面：

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。

塔的操作就是依据塔顶和塔釜产品的组成要求来对这几个影响因素进行调整。

此外，在萃取精储和共沸精微的操作过程中，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。

精储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。

2,精储塔操作压力的变化对精储操作有什么影响？

塔的设计和操作都是基于肯定的塔压下进行的，因此一般精微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。压力上升，则气相中重组分削减，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，气相量削减。总的结果是：塔

顶储分中轻组分浓度增加，但数量却相对削减；釜液中的轻组分浓度增加，釜液量增加。同

理，压力降低，塔顶馆分的数量增加，轻组分浓度降低；釜液量削减，轻组分浓度削减。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

可采纳适当提高压力的方法，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，分别效率下降，

反之，组份间的相对挥发度增加，分别效率提高。

（3）改变塔的生产实力压力增加，组份的重度增大，塔的处理实力增大。

（4）塔压的波动这将引起温度和组成间对应关系的混乱。我们在操作中常常以温度作

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状况，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，才可依据以上的分析，在工

艺指标允许的范围内，对塔的压力进行适当的调整。

应当指出，在精储操作过程中，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缘由，及时处理，使操作复原正常。

3,进料状态对精储操作有什么影响？进料状况有五种：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。为了便于分析，令

6=

从上式可以看出，冷进料时8>1,泡点进料时8=1,气液混合进料时0<6<1,饱

和蒸气进料时6=0,过热蒸气进料时5<0

在精储塔内，进料口以上为精储段，进料口以下为提储段。精储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储出液量（P）及单位时间内塔底残液量（W）之和。

F=P+W

精储段的物料平衡是单位时间内上升到精储段的蒸气量（V）等于单位时间内下降到提

储段的液量（L）及等于单位时间内塔顶储出液量（P）之和。

V=L+P

提馆段的物料平衡是单位时间内下降到提储段的液量（L'）等于上升到精储段的蒸气

量）及单位时间内塔底残液量（W）之和。

L'=V'+W

当进料量为F,则进料板上增加的液流为6F,下降到提储段的液量应当是

L'=L+6F,

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W-V+F+L=L+SF

可得到W=V+(8-1)F

当回流比，塔顶僧出物的组成为规定值时，进料状况发生变化，8值也将发生变化，

由于L，=L+6F,这直接影响到提储段回流液量的改变，最终8值的改变将引起理论塔

板数和精储段，提储段的塔板数安排的改变，从而使进料塔板的位置也随之改变。

例如，某塔设计为泡点进料，当改为冷液进料时，则精储段塔板数过多，提微段塔板数

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，则精微段塔板数不足，提微段塔板数过多，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，削减了塔釜的热剂消耗。

在精储塔内，只有当进料为饱和蒸气时(6=0),才能17=L„同理，由『=V+(6

-1)F可知，只有当进料为正在沸点的液体时(8=1),才能W=V

生产中多用泡点进料，此时，精储段，提微段上升蒸气的流量相等，故塔径一样，设

计计算也比较便利。

4,进料组份的变化对精微操作有什么影响？

进料组份的变化直接影响精微操作，当进料中重组份的浓度增加时,精储段的负荷增加。

对于固定了精微段塔板数的塔来说，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，此时精微段的负荷增加。对于固定了提储段塔板数的塔

来说，将造成提储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，则塔顶储

份增加，釜液排出量削减。此时，全塔温度下降，塔压上升。组成变重，状况相反。进料组

成变化时，可实行如下措施：

(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，削减回流比。

(3)调整冷剂和热剂量依据组成的变动状况，相应地调整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。

5,进料温度的变化对精微操作有什么影响

进料温度的变化对精储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，削减塔顶冷凝器的冷负荷；进料温度上升，则增加塔顶冷凝器的冷负荷，削

减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有的状况下，将会使

塔底微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

变将影响精微段，提储段负荷的改变，进而产品质量，物料平衡都将发生改变。因此，进

料温度是影响精储塔操作的重要因素之一。

6,塔内上升蒸汽的速度和蒸发釜加热量波动对精储操作有什么影响？

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。在釜温保持稳定的状况

下，加热量增加，内上升蒸汽的速度加大；加热量削减，内上升蒸汽的速度削减。应当留意，

加热量调整范围过大，过猛，有可能造成液泛或泄漏。

7,回流比的大小对精储操作有什么影响？

操作中以改变回流比的大小来保证产品的质量。当塔顶储分中重组份含量增加时，常采

纳加大回流比的方法将重组份压下去，以使产品质量合格。当精微段的轻组份下到提储段造

成塔下部温度降低时，可以用适当削减回流比的方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储塔来说，可以提高产品质量，但是却要降低塔的生产实力，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。

8,塔顶冷剂量的大小对精储操作有什么影响？对采纳内回流操作的塔,其冷剂量的大

小，对精储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。

对于采纳外回流的塔，同样会由于冷剂量的波动，在不同程度上影响精储塔的操作。例

如，冷剂量削减，将使冷凝器的作用变差，冷凝液量削减，而在塔顶产品的液相采出量作定

值调整时，回流量势必削减。假如冷凝器还有过冷作用（即通常所称的冷凝冷却器）时，则

冷剂量的削减，还会引起回流液温度的上升。这些都会使精储塔的顶温上升，塔顶产品中重

组份含量增多，质量下降。

9,塔顶采出量的大小对精储操作有什么影响？

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，对采纳内回流的塔，若塔顶采出量增大，则回流比势必削减，

引起各板上的回流液量削减，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，假如进料量不变，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，顶温就上升，这同样也会影响塔顶产品质量下降。

假如进料量加大，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，塔顶及塔釜的压差增大，严峻时会引起液泛。

10,塔底采出量的大小对精馆操作有什么影响？

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，又主要确定于塔

底米出量的大小。

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削

减，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。假如是运用列管

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。假如塔底采出量过小，将会造成塔釜液面过高（严峻时，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。特殊应指

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，维持肯定的釜液面还起着液封的作用，以确保平安生产。

11,精储塔的操作总结

精馆塔的操作，主要驾驭三个平衡。

物料平衡F=D+W及FxFi=DxDi+WxWi

式中F——进料量；

D---塔顶出料量；

W——塔底出料量；

xFi——进料组成；

xDi---塔顶出料组成

xWi---塔底出料组成。

物料平衡体现了塔的生产实力，它主要是靠进料量和塔顶，塔釜采出量来调整。当塔

的操作不符合总的物料平衡时，这可以从塔压差的变化上看出，进得多，取得少，则塔压差

上升。对于应当固定的精储塔来讲，塔压差应在肯定的范围内。塔压差过大，说明塔内上升

蒸汽的速度过大，雾沫夹带严峻，甚至发生液泛，破坏塔的正常操作；塔压差过小，表明塔

内上升蒸汽的速度过小，塔板上气液湍动的程度过低，传质效果差，对筛板，浮阀，浮

喷，斜孔等塔半还简单产生泄漏，降低塔板效率。假如精储塔的操作不符合对某组份的物

料平衡式时，将有两种表现：

①DxDi>FxFi—WxWi,在这种状况下，轻组份采出量超过了物料平衡的量，使塔内的物

料组成变重，全塔温度逐步上升，塔顶储份中重组份浓度增加，以致使质量不合格。例如，

甲醇生产中加压塔的回流量是定值调整，假如定值过小，则采出量就过大，将造成精甲醇产

品的蒸储量降低，而干点上升，质量不合格。

②WxWi>FxFi—DxDi,这种状况和第一种状况相反，重组份的采出量超过了物料平衡的

量，全塔的物料组成将随着操作的进行而渐渐变轻，塔身温度下降，特殊是釜温明显下降,

釜液中轻组份的浓度增加。由此可见，物料平衡驾驭不好，将使整个塔的操作处混乱状况，

达不到预期的目的。所以物料平衡是塔操作中的一个关键环节。另外，假如正常的物料平衡

受到破坏，则，气液平衡也达不到预想的效果，随之而来的是热量平衡也得重新调整。

（2）气液平衡yi=piXi或yi=KiXi

式中yi混合气中i组分的摩尔数；

pi——纯组份I在该温度下的饱和蒸汽压；

Xi——溶液中i组份的摩尔数；

Ki---气液平衡常数。

气液平衡主要体现了产品的质量及损失状况。它是靠调整塔的操作条件（温度，压力）

及塔板上气液接触的状况来达到的。因为只有在温度，压力固定时，才有确定的气液平衡

组成。精储塔的操作温度和压力是依据塔的分别任务（即关键组份的分别度）确定的。当温

度，压力发生变化时，气液平衡所确定的组成就发生变化，产品的质量及损失状况也发生

变化。但是，气液平衡组成又是靠在每块塔板上气液相互接触进行传质和传热而实现的。这

就是说，气液平衡是和物料平衡亲密相关。物料平衡驾驭得好，塔内上升蒸汽的速度合适，

气液接触好，则传质效率高，每块板上的气，液组成就愈接近于平衡组成，也就是常说的

板效率高；反之则低。当然，温度，压力也会随物料平衡的改变而变化。总之气液平衡的

组成及物料平衡有着不可分割的关系。反过来，温度，压力的改变又可造成塔板上气相和

液相的相对量的改变，从而破坏原来的物料平衡。例如，在甲醇生产中，釜温低于规定值，

会使塔板上的液相量增加，蒸气量削减，釜液量增加，甲醇组份下移，顶部甲醇量削减；当

顶温高于规定值，就会使塔板上的气相量增加，液相量削减，顶部产物量增加，釜液量削减。

这些都会破坏正常的物料平衡。

（3）热量平衡Q冷凝=Q汽化（对每块塔板）及Q入=（^出+Q损（指全塔）式中

Q冷凝一一每块塔板上气相的冷凝热量；

Q汽化一一每块塔板上液相的汽化热量；

Q入一一物料带入的总热量及外加热总量；Q出一一物料带出的总热量；

Q损一一全塔损失的热量。

热量平衡是物料平衡和气液平衡得以实现的基础。没有塔釜供热就没有上升蒸汽，没有

塔顶冷凝就没有回流液，整个精储过程就无法实现。而热量平衡又是依依附于物料平衡和气

液平衡的。例如，进料量或组成发生了改变，则塔釜耗热量及塔顶耗冷量均应当作相应的改

变。否则，不是回流量过小影响甲醇的质量，就是回流比过大造成不必要的奢侈。当塔的操

作压力，温度发生了改变（即气液平衡组成），则每块板上气相冷凝的放热量和液体汽化的

吸热量也会发生改变，总之都体现在塔釜供热和塔顶取热的变化上。反过来，热量平衡发生

了变化也会影响物料平衡和气液平衡的改变。例如，加热釜的供热不够，就会造成釜温达不

到规定值，回流比降低，形成塔内操作紊乱，致使：

①物料平衡破坏，釜液排出量增多，塔顶馆出量削减，对塔顶得到产品的工艺关系来说,

塔的生产实力下降。

②气液平衡破坏，塔内的上升蒸气量削减，气液接触变差，传质效率下降，同时气相中

重组份含量削减，液相中轻组份含量增加，釜液中轻组份损失增大。

粗甲醇精储过程的正常操作，就是通过调整的手段，驾驭好三个平衡。一般都是依据塔

的负荷，给塔釜肯定的供热量，建立起热量平衡；随之达到肯定的气液平衡，然后用物料平

衡作为常常的手段，限制热量平衡和气液平衡的稳定。操作中往往是物料平衡首先改变（负

荷，组成），相应通过调整热量平衡（回流量，回流比），而达到气液平衡的目的（包括精

甲醇质量，残液中含醇量，重组份的浓缩程度等）。自然，当塔釜供热量改变时使热量平

衡遭遇破坏，则应调整供热量（一般自动限制）使复原平衡，同时辅以物料平衡的调整（甚

至塔负荷），勿使塔内气液平衡受到严峻破坏。

12,协助设备对精储操作有什么影响？

精镭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

状况均应满意精储塔操作的要求，否则将使精储塔的生产实力受到限制，严峻时，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烧的聚合，而堵

塞列管，使传热面积减小，造成塔的生产实力下降甚至于被迫停车。塔顶冷凝器同样会由于

运用的水质不好，列管结垢而降低冷凝效率，使塔的生产实力下降，无法执行正常的工艺

条件。当正常的生产工艺受到破坏时，不仅要从精储塔的工艺过程去找缘由，也应把协助设

备的状况考虑进去。

13,塔的安装对精储操作有什么影响？

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，一般总盼望塔设

备的适用实力高，生产实力大，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，都可能对精储操作带来影响。

（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（如

图4-1）。对于直径在600毫米以下的小型精情塔，假如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全部塔板的水平度，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±2毫米。假如塔板不水平，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（如图4-2）,从而很难保证

塔板的效率。这对筛板塔的影响尤为严峻。

（3）溢流口溢流口及下层塔板的距离（如图4-3）,应依据生产实力和下层溢流堰的高度

而定。但必需满意溢流口插入受液盘的液体之中，以封住上升蒸汽。假如溢流口及下层塔板

的距离过近，则可能造成上层塔板的回流因为液体不能顺当地流入下层塔板，使上层塔板的

液层增高，下层塔板的压力增大，严峻时造成液泛。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，对于各种详细的板型都有不同程度的要求，假如不按要求去安装，将可能使塔的生

产效果大大下降。

14,筛板塔在操作上有什么要求？

筛板塔的塔板结构具有操作弹性小的特点，在操作上要求较为严格。

汽速不能低于最小值（约0.1米/秒），否则液体易从筛孔漏掉，使传质效率下降。

（2）汽速不能过大，否则，塔板上的液体被汽流吹散而形成干板。这一方面简单产生

雾沫夹带，另一方面也会使塔板上没有传质过程，精储效率下降。

（3）塔板的水平度要求严格，水平度差时，塔板的倾斜度大，简单产生气体从液面的

浅处通过而不能及液体充分接触的现象，降低精储效果。

15,预精储塔的作用是什么？

预精储塔的作用。

脱除轻组份有机杂质，如二甲醛，甲酸甲酯等，以及溶解在粗甲醇中的合成气。

②加水萃取，脱除及甲醇沸点相近的轻微份，以及分别及甲醇沸点接近的甲醇-烷妙共

沸物。通过预精储后，含水甲醇的高镐酸钾值至少达1分以上，pH值限制在8~9。

③如对精甲醇中乙醇含量有特殊要求时，则预精储塔对乙醇的共沸物有部分预脱除的作

用。

16,预精储塔塔顶冷凝温度限制的意义是什么？

以轻组分为主大部分有机杂质是通过预精储塔塔顶冷凝器，未被冷凝，再经排放槽后放空脱

除的。冷凝温度起着分水岭的作用，限制得凹凸对脱除杂质的成分有着直接的关系。粗甲醇

杂质的含量及成分虽主要确定催化剂的选择，但催化剂温度及压力的变化，对杂质成分及总

量均有较大的影响。催化剂进入中后期，随着反应温度及压力的上升，杂质中中高沸点的成

分及含量有了显著的增加。

合成200℃220℃240℃260℃280℃300℃

压力/MPa

50.10.20.20.40.40.5

70.10.20.30.50.70.8

100.10.30.30.40.60.8

150.10.20.20.30.50.6

200.10.20.20.40.60.8

上表列出不同条件下合成粗甲醇（铜催化剂）的杂质含量。20MPa在200℃温度下杂

质含量为0.1%,而在300℃温度下杂质含量为0.8%。通常以测定粗甲醇中乙醇含量来粗略

判定粗甲醇中杂质总量状况，如催化剂早期乙醇150~200mg/kg,催化剂后期则达1000~2000

mg/kg以上。

预精镭塔塔顶冷凝温度一成不变的限制，不能适应粗甲醇成分及含量变化的要求。同样

将冷凝温度限制在30~40℃,假如在催化剂早期产品水溶性及稳定性是达标的，在催化剂后

期就可能不达标。因此，随着催化剂进入中后期，合成反应温度及压力的上升，冷凝温度也

应逐步提高，以利于杂质的有效脱除。自然，塔顶冷凝温度的限制，在提高产品质量的同时,

也应防备削减甲醇的蒸储损失。

17,限制精储塔提储段灵敏板温度的好处是什么？

在精储塔的逐板计算中，可以发觉某一板或某一段板液的组成变化较大，因而反映出的

温度变化也较大。在操作中发生变化使物料平衡被破坏时，该板或该区域板段的温度变化最

灵敏。实际生产中就选取其中一块板作为灵敏板，以此温度来限制物料的变化。

精储塔提储段的灵敏板选在自下而上第8~12块板处，称杂醇油采出温度，一般限制

88~94℃。限制该点温度的好处：

①变化灵敏，调整精确。

②可以提前看出物料的变化趋势，提前调整。温度上升说明重组分上移，温度下降说明

轻组分下移，特殊是温度下降时，应提前加大塔顶采出或削减入料。必要时，增加杂醇油采

出，避开甲醇和中沸组分下移到塔釜，从而造成塔底排出残液中甲醇及COD超标。

18,限制精储塔精储段灵敏板温度的好处是什么？

及提储段灵敏板意义相仿，在精储段也选取反应灵敏处作为灵敏板温度。从塔顶直至塔

的中部温差很小，顶温变化幅度也很小，必定是在物料很不平衡的状况下，才能明显反映出

来，往往简单调整滞后，造成大幅度的波动，并重组分简单带至产品，影响质量。而塔中部

的温度及浓度改变较大，只要限制在肯定范围内，就可以保证塔顶温度和组分；当物料平衡

一旦破坏，此处塔温反应最灵敏，所以将精微段的灵敏板温度选在自下而上第26~30块板处

（也有选在36块板），温度限制在76~80℃。通过预先调整，以保证全塔特殊是塔顶温度的

稳定。在正常生产条件下，这个温度的维持，是全塔物料平衡的关键。

19,精储塔塔顶温度限制的意义是什么？

精储塔塔顶温度是确定甲醇产品质量的重要条件。实质上是在操作压力下纯甲醇的沸点

温度，常压精储塔一般限制在66~67℃。如在塔压稳定的前提下，塔顶温度上升，则说明塔

顶重组分增加，使沸程和高镒酸钾值超标。这时必需判明是工艺缘由还是设备冷凝器泄漏缘

由。前者往往是由于塔内重组分上升，后者则由于塔外水分被回流带至塔顶；是工艺缘由则

应调整蒸汽量和回流量；如是回流比小则应增加蒸汽量，提高回流比，必要时可削减或暂停

采出精甲醇，待顶温正常后再采出产品，以保证塔内物料平衡。假如设备冷凝器泄漏，则

应停车，消退泄漏点，然后复原正常生产。

20,精储塔釜底温度限制的意义是什么？

假如塔内分别效果很好，釜液接近水的单一组分，其沸点为106~110℃（及塔釜压力有

关）。维持正常的釜底温度，可以避开轻组分流失，提高甲醇的回收率；也可削减残液的污

染作用。假如塔釜温度降低，往往是由于轻组分带至残液中，或是热负荷骤减，也有可能是

塔下部重组分（恒沸物，沸点比水低）过多所造成。这时需判明状况进行调整，如调整回流

（增加热负荷），增加甲醇采出（要参看精微段灵敏板温度），增加重组分采出等，必要时需

削减入料量。

五，开车前的打算工作，开车及停车

1,精储塔安装完毕后，在开车前要做哪些打算工作？

精储塔安装完毕后，首先要进行强度试压，然后是吹洗塔和管线，气密试验，贯穿流程，上

述工作结束后方可验收交付生产运用。应当指出，强度试压和气密性试验的依次不能颠倒，

否则将隐藏着不平安因素。

2,设备的强度试压有什么详细要求？

设备安装完毕后，首先要进行强度试压，一般用水作为试压介质。试验压力应为设备的设计

图纸所规定的压力。假如图纸上没有详细的要求，一般状况下，可按如下规程进行：对工作

压力在5公斤/厘米2以下的设备，试验压力为工作压力的L5倍（铸铁塔除外）；工作压力

在5公斤/厘米2以上者，试验压力为工作压力的1.25倍；工作压力不到2公斤/厘米2时,

试验压力为2公斤/厘米2o对于操作压力为常压的容器，可以只进行盛水试漏。试验时设

备的压力要渐渐地上升。发觉有泄漏或其它的缺陷时，必需降至常压，不准带压检修设备，

以免发生意外。检修完后重新升压，再次进行检查。在试压过程中，要遵守以下几点。

（1）在强度试压中，升至规定的压力后，须停压5分钟，然后降至工作压力，用重量

为0.51.5公斤的榔头沿焊缝两边150毫米的地方敲击，视察是否有渗漏和变形。

（2）一小时内允许的压力下降值为：设备的容积在1米3以下时，允许下降值小于1%；

设备的容积在广3米3以下时，允许下降值小于0.5%；设备的容积在3米3以上时，允许

下降值小于0.2%；

（3）强度试压的介质一般用常温水，水应从设备的低点注入，以便使设备内的气体由设备

的最高点处放空。

3,新设备或大修后的设备为什么要进行设备及管线的吹洗？

吹洗的目的是为了除去在安装过程中留在设备或管线内的灰尘和焊条，铁屑等杂物。

吹洗的气体一般用压缩空气。吹洗的检查方法是用白纱布在吹洗流程的末尾处检查，无黑点

时为吹洗合格。吹洗气的走向应当是从设备的最高点往低处吹。

4,设备在投产前为什么要进行气密性试验？有什么详细要求？

气密性试验的目的在于通过试验保证设备密闭不漏，若有泄漏，可消退在开车之前。这

样就防止了有毒，易燃易爆物料的泄漏，保证了连续，正常的生产。气密试验要求如下。

（1）气密性试验的介质，最常用的为空气；但对试验后不允许用空气存在的设备，则

应用氮气。如物料削减氮气用量，可先用空气试验，合格后，再用氮气置换空气。化验空气

中的氧含量，合格后方可投料生产。

（2）检验用的压力表应适当提高精度，便于检查泄漏状况。

（3）气密性试验的压力一般为工作压力的1.1倍。对于工作压力在5公斤/厘米2以上

设备，试验压力为工作压力的L05倍；减压设备一般为2公斤/厘米2,对于高温下运转的

设备另有特殊的要求，应依据工艺要求和设备设计图纸确定。

（4）系统的气密性试验，规定保持压力24小时；单体设备的气密性试验，规定保持压

力8小时。

（5）在试验过程中最好运用两个压力表，两支温度各进行测量，以便比照。

（6）气密试验的合格要求为每小时平均泄漏量不得大于0.25%,计算公式如下：

A=[1-（P终•T初/P初•T终）]4-tX100%

式中A——单位时间的泄漏量，%；

P初，P终一一最初和最终试验的肯定压力；

T初，T终—最