探讨精馏塔工艺操作影响因素

陈环琴 廖江芬

（杭州中泰深冷技术股份有限公司，浙江 杭州311402）

精馏塔在化工等产业中的主要作用就是精馏，这项工艺受很多因素的影响，如物料平衡关系的影响、回流比的影响、进料工况的影响等等，这些因素的偏离使得精馏塔工艺的效率降低、产品的质量下降、产品纯度降低及工艺操作的稳定性下降，基于此，本文针对精馏塔工艺操作影响因素进行了探究。

1 物料平衡关系的影响

物料平衡是精馏塔工艺三大平衡之一，具体的关系式如下：

物料平衡关系式为：F=D+W

轻组分关系式为：FxF=DxD+WxW

根据以上公式可知，即对于一定的原料液而言，当F 和xF确定了之后，只要知道xD、xW的取值，那么就能够计算出D（塔顶流出液流量）和W（塔釜液流量）的数值了。

将上面两个式子进行求解，我们能够得到以下两个条件：

采出率η=D/F

D/F=（xF-xW）/（xD-xW）

上述公式中，F 为进料原液流量，xF为进料内轻组分的组成；xD为塔顶部馏液中轻组分的组成；xW为塔釜内轻组分的组成。

根据这两个公式，我们又能够得出这样的结论：（1）不能够随意地增减F（原液流量）、D、W 的数值，如果随意地增减了这三个量，那么将会导致塔内的进出流量出现不平衡的现象，使塔内的组成发生变化，最终影响分离的效果；（2）在精馏塔工艺的操作过程中，必须要保持塔顶和塔底产品的稳定，这样才能够保证精馏装置的平衡。这种平衡通常是由物料守恒来进行保持的。

2 回流比影响

2.1 精馏段关系式。对于精馏段操作来说，主要依靠的是回流比来对这段操作的产品质量进行调节以及控制的。因此可以这么说，回流比是影响精馏段产品质量、精馏效率的重要影响因素。针对回流比存在这样的关系式：

V=L+D

yn+1=L/（L+D）*xn+D/（L+D）*xD

R=L/D

将以上这三个公式进行处理。我们能够得到：

yn+1=R/（R+1）*xn+1/(R+1)*xD

公式中字母所代表的含义为：V 代表精馏段内上升蒸汽的流量；L 代表精馏段内下降液体（回流液）流量；yn+1代表自第n+1板上升到第n 板的蒸汽中轻组分的摩尔分数或质量分数；xn代表自第n+1 板回流到到第n 板的液体中轻组分的摩尔分数或质量分数；R 代表回流比。

2.2 小结。（1）当回流比增大时，所需的板数就会减少，从而精馏的产品质量就会提升。（2）当回流比减小时，所需的板数就会增加，xD的数值会相应的减小、xW的数值会相应的增加，这些数值的变化会导致分离效果变差。（3）当回流量增大时，塔内压会发生明显的增加，从而使精馏产品的纯度增加；当回流量减少时，塔内压会发生明显的降低，从而使精馏产品的纯度变差。（4）当回流量增大时，会使塔内的汽循环量增大，从而使冷剂量以及加热蒸汽量增大；但是，如果回流量过大，就会导致淹塔现象的发生，从而使精馏塔无法进行正常的工作。

2.3 回流比调节控制。综上所述，我们发现回流比增加能够有利于精馏塔工艺的操作，因此，在实际的工作中，操作人员可以通过以下的方法进行回流比的调节以及控制：（1）通过增加塔顶采出量来增大回流比；（2）在塔顶冷凝器为塔顶分凝器时，可以通过增加塔顶冷凝剂的流量，来提高塔顶的冷凝数量来提高回流比。（3）当回流液发生强制回流的现象时，可以通过增加回流量来提升回流比。

需要注意的是，在馏出液采出率D/F 规定的条件下，通过增加回流比来提高xD的数值并不总是有效的，因此，当操作人员向使用这个方法时，一定要考虑到其他数值的变化，从而确保此方法的有效性。

3 进料各工况影响

3.1 进料量的影响。在日常的操作过程中，如果进料量发生了变化，那么相应的冷凝剂流量以及加热剂流量也要进行调节，进料量的变化对于塔顶以及塔釜的温度而言并没有很大的影响，但是对于塔内蒸汽上升的速度却有着很大的影响。

（1）当进料量增加时，塔内的蒸汽上升速度接近液泛时，此时的传质效果最佳。但是如果超过了液泛速度，那么就会破坏精馏塔内的正常工作，使蒸馏塔的工作效率降低。（2）当进料量减少时，塔内的蒸汽上升速度会相应地降低，从而影响传质的效果。与此同时，如果进料量过低时，将会有漏液的情况发生，严重地影响分离效果。

值得注意的是，如果进料量的变化范围超过塔釜再沸器和塔顶冷凝器的负荷，那么将会严重地影响精馏塔顶以及塔底的气液平衡，从而导致精馏塔顶以及塔底的产品质量发生严重地偏离，即产品不达标，极大地造成了原料的损失。因此，操作工人一定要严格地控制进料量的变化范围，防止这种情况的发生。

3.2 进料组成的影响。（1）如果进料中易蒸发的组分增加了，那么提馏段所需要的塔板数量也要相应地增加。对于塔板数量固定的精馏塔而言，如果原料中易蒸发组分增加，那么必然会引起提馏段负荷的加重，提馏段负荷的加重进而会引发釜液中易蒸发成分的增加，从而导致塔内中产品的严重损失，与此同时也会使精馏塔内的平衡发生变化，使塔压增加。因此，在已知物料中易蒸发成分较多的情况下，一定要注意使用塔板数量可以增加的精馏塔，可通过增加入口来调节，否则将会给化工生产过程带来巨大的损失。（2）如果进料中难挥发成分较多，那么相应地就要减少提馏段所需要的塔板数量。（3）当进料的组分发生变化时，可以采取以下的方法与手段：改变进料口，如果组成变轻，那么进料口将会上移，相反，如果组成变重，那么进料口将会下移；改变回流比，如果组成变轻，那么应该适当地减小回流比，如果组成变重，那么应该适当地增加回流比；可以通过调整热源以及冷凝剂的流量，来维持产品质量的不变。

3.3 进料热状态的影响。精、提馏段操作线交点可联立精、提馏段操作线性方程可以得到：

y=q/（q-1）x-xF/（q-1）

上述线性方程中，xF 代表进料中轻组分的摩尔分数或质量分数；q 代表精、提溜段操作线交点的位移。

下表为进料热状况对于q 线的影响：

进料热状况 进料的i�� q 值 q/q-1 冷液体 i�＜i� ＞1 1-∞ 饱和液体 i� = i� 1 ∞ 气液混合物 I�＜i�＜i�� 0＜q＜1 -∞-0 饱和蒸汽 i� =i�� 0 0 过热蒸汽 i�＞i�� ＜0 0～1

其中iF、iL、iV分别代表进料、饱和液体和饱和蒸汽的焓值。

通过以上公式以及表格，我们能够得出以下的结论：

在化工生产的过程中，如果只有R 值不变，只有进料的热状况发生变化时，就会进而引起q 值的变化，q 是精、提溜段操作线交点的位移，q 发生变化就意味着精馏塔的塔板位置发生了变化，进而会引起所需塔板数量发生变化。与此同时，对于塔板位置固定的精馏塔而言，如果进料的冷热状态发生变化，那么就会引起产品质量发生改变。

当进料情况发生变化时，相应地也要改变进料的位置，同时也要调整回流比。因此，在精馏塔上要所多设置几处进料口，以适应在化工生产过程中发生各种的进料情况，从而保证产品的质量。

通过表格我们能够知道对于五种进料状况，每一种进料情况都影响着精馏塔内的汽液平衡，因此，我们可以说进料情况对于精馏塔工艺操作有着重要的意义。

综上所述，本文对精馏塔工艺操作的影响因素进行了研究分析，本文的分析内容不但能够给精馏塔日常工艺操作提供坚实的技术支持，而且为精馏塔设计选型提供了参考理论基础。随着化工行业的不断发展，对于装置中精馏塔的研究工作一定会越来越多，精馏塔的技术也将不断提高。