精馏塔操作中典型问题论述及实例解析

李小西，李治国，周广启（（沈阳石蜡化工有限公司，辽宁 沈阳 110142）



精馏塔操作中典型问题论述及实例解析

李小西，李治国，周广启
（（沈阳石蜡化工有限公司，辽宁 沈阳 110142）

摘 要：本文从理论上详细阐述了精馏塔发生液泛、淹塔、冲塔时的现象、产生原因及解决方法，并以稳定塔为实例，展示了生产中出现液泛现象时的参数变化及错误操作。指出了解精馏塔异常现象的参数变化及原因对提高精馏塔操作的重要性。

关键词：精馏塔；液泛；淹塔；冲塔

在化工装置生产中，精馏塔是常见的、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的问题，如液泛、淹塔、冲塔现象，原因不清，出现问题时对于塔的参数变化反应不敏感，或解决思路不清晰，往往延迟了问题的解决时间，影响装置的生产。

本文从理论上详细阐述了精馏塔液泛、淹塔、冲塔的产生原因、现象及解决方法，并以实例展示生产中出现问题时的参数变化及错误操作。

1 综述

1.1液泛

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。

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。

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。

1.1.1产生液泛的原因

a）降液管内液体倒流回上层板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。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。若气体流量加大到使得降液管内的液体升高到堰顶，管内的液体便不仅不能往下流，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。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。b）过量液沫夹带到上层板 气流夹带到上一层板的液沫，可使板上液层加厚，正常情况下，增加得并不明显。在一定液体流量之下，若气体流量增加到一定程度，液层的加厚便显著起来（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。

1.1.2液泛现象

a）塔底与塔顶的压差增加；b）塔底与塔顶的温差减小；c）塔顶回流罐的液位降低；d）塔底的产品产量减少；e）塔顶和塔底的产品质量均不合格。

1.1.3处理方法

a）整改降液板底隙；b）降低上升蒸汽量；c）减少进料量；d）降低蒸汽量、回流量。

以上两种促成液泛的原因中，比较常见的是过量液沫夹带。

1.2淹塔

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。

1.2.1淹塔现象

a）塔顶温度下降；b）回流罐液面下降；c）塔底液面和压力增高。

1.2.2淹塔原因

a）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。 b）液体量太大，使降液管超负荷。

1.2.3处理方法

a）适当降低进料量和回流量。 b）如设备故障，则停工处理。

1.3冲塔

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，即出现冲塔。

1.3.1冲塔原因

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。

1.3.2冲塔现象

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。

1.3.3处理方法

处理原则是降低汽液负荷，即降低回流量和塔底加热蒸汽量，如因处理量过大，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。

2 稳定塔操作实例解析

2.1参数比较

如下图所示（进料组成及进料量不变）：

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。

2.2数据分析

由稳定塔参数变化情况可见：a）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；b）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；c）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。

2.3原因分析

对于已经设计好并正常运行后的精馏塔来说，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。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。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。

本次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。

3 结论

对于精馏塔操作，必须按照正常生产操作的参数指标进行控制，在某一参数值出现异常时，必须先进行分析，以做出正确的判断，如果待多个参数出现异常或直到产品不合格时才开始分析，往往会花费更多的时间，以至于影响生产。无论时冲塔、淹塔，还是液泛，对于已正常运行过的精馏塔而言，一般均是由于错误的操作所致。因此，对于化工操作而言，理解精馏塔的操作原理，了解精馏塔出现异常现象时的参数变化，以提高处理异常情况的能力是至关重要的。

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Typical Problem Discussion and Case Analysis for Rectification Tower Operation

Li Xiaoxi， Li Zhiguo， Zhou Guangqi
（Shenyang Paraffin Wax Chemical Co.， Ltd.， Shenyang， 110142， China）

Abstract:This thesis theoretically elaborates the phenomenons and causes of rectification tower as well as solution method for flooding tower or submerging tower or washing tower .And furtherly with stabilizing tower as an example shows the parameters variations and error operations of the practical production when flooding tower. In the same time points out to understand the changes of the parameters and the reasons of the abnormal phenomena in rectification tower is quite important for enhancing rectification tower operation.

Key words:rectification tower； flooding； submerging； washing

作者简介：李小西，男，辽宁沈阳人，本科，汉族，副高职称；研究方向：化工机械。