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精馏 | 精馏操作中常见的液泛、淹塔及冲塔

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学社贴贴学历认证 发表于 2019-9-5 18:23 | 显示全部楼层 打印 上一主题 下一主题
在化工装置生产中,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,原因并不是很清楚,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,影响装置生产。3 T: I6 Y" _7 P& `4 l2tech.cn
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今天,就上面提出的几个问题做个详细分析,另外举出实例来展示生产中出现问题时的参数变化和错误操作!
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4 @  T& D- O4 M- q; s4 W! c首先来看我们最熟悉的液泛现象
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⑴什么是液泛呢?
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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。
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2 {' O) e% a+ N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。, f0 u% Q7 ?. E8 g4 f* k+ I5 {2tech.cn
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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。
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; s. b2 h  e; d& x9 D+ _⑵是什么原因导致液泛现象的产生?8 P7 L; F4 J9 M' ]( j2tech.cn

3 s2 ~) L& \- }+ b2 g" `& fⅠ降液管内液体倒流回上层板
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. U1 f- c+ m* `" W- u" B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。
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& C2 W+ q$ ]1 o; P" P+ O1 u. v( z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。
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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。
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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。" ]* n3 p: @, z$ h+ V2tech.cn
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Ⅱ过量液沫夹带到上层板: Z" h3 a3 V: k1 p3 Y- A5 _2tech.cn

" I: B8 H* T( X1 G+ E6 j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,液层的加厚明显(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。$ ~8 ^4 o2 M" \. X2tech.cn
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以上两种促成液泛的原因中,比较常见的是过量液沫夹带。
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/ r3 _5 W4 |' Q⑶液泛现象分几种?) h( D* E! M) A( z2tech.cn
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✦塔底与塔顶的压差增加;4 I6 o( @/ ^  c7 I2tech.cn

5 w, Z5 N9 {3 R: I' x- t3 T& N✦塔底与塔顶的温差减小;
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✦塔顶回流罐的液位降低;/ @; U; j  F7 |9 I2tech.cn

* y: H3 i; _) u9 d! b$ {. s✦塔底的产品产量减少;/ \* r8 E- ^6 v" k3 W5 H+ t2tech.cn
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✦塔顶和塔底的产品质量均不合格。' R" w$ K4 W! Q/ W- b6 u2tech.cn
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⑷用什么方法进行处理?9 N" a! W1 D. q2tech.cn
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✦整改降液板底隙;# p1 v& E( ]7 d& t+ F# I3 h2tech.cn

* o0 l4 W, d3 v& P$ m  H2 S  w5 Z0 ^✦降低上升蒸汽量;+ r4 a5 V+ f+ a  [. P( r2tech.cn
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✦减少进料量;7 b* g( @2 C, U2tech.cn
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✦降低蒸汽量、回流量。5 v. o' q! o) b* I; @$ Z; i2tech.cn

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第二种常见的突出问题是淹塔& E  [; f1 E8 L  G! M2 Y' z, O2tech.cn

% b5 ~! e0 K! n6 O! E. T9 O3 {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,使气、液两相的传质传热过程不能正常进行,这就叫淹塔。
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& M& g0 p; R* I8 A4 U) @⑴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。( |& T& o: @* b, |6 k& k2tech.cn
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⑵导致淹塔发生的原因有以下几种:
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✦沉降管堵死,回流液无法下流。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。- C7 C0 L- o# Y  u( T+ A; g) F  w. h2tech.cn

. }3 e$ t1 ?$ p+ f7 Q; Z✦液体量太大,使降液管超负荷。; U# b' b4 t1 F4 x2tech.cn
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⑶处理方法有这两项:适当降低进料量和回流量。如设备故障,则停工处理。
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最后一种常见问题是冲塔; [9 q/ e" Y7 q/ s% x& B5 M2tech.cn

  R4 k0 S% A( ~3 @/ C2 S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。
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' J6 s+ f+ R% h⑴冲塔的原因是: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。4 j( I# T: o8 ~1 E2tech.cn
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⑵现象: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。4 M" `' m- L$ m/ Y# a! k2tech.cn
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⑶处理的原则是降低汽液负荷,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。
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7 K$ r; f+ _' b/ ?3 `0 N! o  R4 N下面附上操作实例
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- @* G4 z* h. `  n) t$ x! ]⑴参数比较:如下图所示(进料组成及进料量不变)
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正常状态
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, i$ w! Z5 b$ H1 A液泛时的状态
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+ k" x  U. N# h1 B. w9 @4 s$ g由上图数据可见,在稳定塔发生液泛时现象:a)灵敏板(3层塔盘)温度降低了4.6℃;b)灵敏板以上21层塔盘温度升高了3.1℃;c)塔上第30层塔盘温度升高了1.3℃;d)塔顶与塔底温差增加了3.8kpa;e)回流量增加了600kg/h;f)塔底加热蒸汽量增加了367kg/h。
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⑵数据分析:由稳定塔参数变化情况可见
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✦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;
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✦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;
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✦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。
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2 h+ |+ T6 i+ A: x- a2 r4 ]⑶什么原因造成的呢?" ?: \" k& W$ G  c- M+ Q" N7 L3 I0 ~2tech.cn
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对于已经设计好并正常运行的精馏塔来说,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。
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从上图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。
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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。
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) s. Y4 R) D: s; l6 B: @- N7 J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。
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