精馏塔操作及其安全运行影响因素分析

张林林　王勇

摘 要：考虑精馏塔在组分提纯中的关键作用，基于前人对精馏塔操作影响因素及结合实际生产时异常工况的分析，本文首先对精馏塔的作用及设备进行了简要介绍，其次从影响精馏塔安全运行方面出发，对精馏塔的操作影响因素进行了深入综合分析，以期为精馏塔的安全稳定运行提供指导。

关键词：精馏塔;操作因素;异常工况;安全运行

精馏塔作为化工精馏的一种塔式气液接触装置，在组分提纯分离中起着至关重要的作用。目前，关于精馏塔的操作规范及安全影响因素已有不少研究，陈环琴和廖江芬从物料平衡关系、回流比、进料工况三个方面对精馏塔工艺操作影响因素进行了分析[1];段正刚对精馏塔操作主要参数进行了分析，主要包括：操作压力、回流比、进料量、进料组分、塔釜热源和塔顶塔底采出[2];魏文博对精馏高效节能技术从分级换热技术、塔系热集成技术、多效精馏技术作了介绍分析[3];在甲醇生产过程中，针对精馏时常压塔产品中乙醇超标的原因张洪伟从甲醇合成反应的工艺条件、常压塔侧线采出位置、精馏系统操作条件和工艺指标控制不当进行了分析，并提出了相应的改善措施[4];王延召对双塔精馏制氮工艺在运行过程中发生多次次工况波动的问题，通过深入分析排查，最终排除了故障，保证了制氮工艺的正常运行[5]。本文结合前人对精馏塔的操作影响因素的分析结合自身工作实践，对精馏塔操作及其安全运行影响因素进行综合深入的分析。

1 精馏塔概述

精馏塔作为化工精馏的重要设备，该塔式装置可以实现气液接触分离。其工作原理是利用原料液中各组分挥发度的差异及蒸气压不同这一性质，将原料液中的轻组分转移到气相中，而将气相中的重组分冷凝到液相中，从而实现不同组分分离的目的。关于蒸馏，其可以对一些组份进行简单的分离，但并不能分离出高纯度的产品。在化学工业生产中常常需要获得纯度较高的产品或中间品，精馏过程可以帮助人们获取这种高纯度的产品或中间品。用于精细分离的精馏塔，从塔内建结构上可以分为板式塔和填料塔两大类，板式塔中气液两相基本上呈多次逆流接触，而每层板上的气液两相常为交叉流。填料塔中气液两相常作连续逆流接触。常用的精馏装置包括回流罐、冷凝器、塔身以及再沸器等设备。将进料从某段塔板上送入塔内时这块塔板称为进料板。其将精馏塔分为两段，进料板的下部分称为提馏段，以上部分称为精馏段。

2 影响精馏塔操作的因素

2.1 物料平衡

物料平衡指的是单位时间内进塔的物料量应等于离开塔的诸物料量之和。物料平衡主要依靠精馏塔中的进料量和塔顶、塔底出料量来调节的。物料平衡体现了精馏塔的生产能力。当操作不符合物料平衡时，最先给出指示的是塔压差的变化。当进得少，出得多时，塔压差会有明显的下降。如果精馏塔压差太小，会导致塔内蒸气上升的速度过小，使得气液两相在塔板上的传质效果降低，严重的会发生漏液现象，降低了塔板精馏分离的效率;如果精馏塔压差过大，精馏时塔内部蒸气上升的速度就会变大，导致明显的雾沫夹带，更严重的会发生液泛而使得正常的操作不能順利进行;保持物料平衡是精馏塔操作中的关键。如果物料平衡被打破，则塔内的分离将处于混乱状态，同时也将影响另外两个平衡：热平衡需重新调整，气液相平衡达不到预期的效果。

2.2 气液相平衡

气液相平衡主要是靠调节分馏塔内的温度、压力及塔板上气液接触的情况来实现的，反映了产品的质量及损失情况。只有当分馏塔内温度、压力固定时，才有确定的气液相平衡形成，当分馏塔内温度、压力发生变化后，气液相平衡所决定的组成随之发生变化，最终导致产品质量和损失情况也发生变化。由于气液相平衡与物料平衡相互影响，如果物料平衡操作得当，则在塔内上升蒸气的速度也就合适，进而会使得气液接触良好，最终保持传热传质的高效率运行。当然物料平衡的变化也会影响塔内温度、压力的改变。

2.3 热量平衡

热量平衡具体反应在塔顶温度上，是指进入塔内的热量与出塔的热量相平衡。在精馏过程中其作为物料平衡和气液相平衡实现的基础，又依附于它们。如果整个操作中没有热的气相和冷的回流，则塔内整个精馏过程也就无法实现;而精馏塔气液相平衡组成改变即操作压力、温度的改变，则会引起塔板上液体汽化的吸热量与气相冷凝的放热量发生改变，表现出塔顶取热和进料供热的变化。

2.4 操作压力

精馏时，如何保持精馏塔的操作压力恒定，是整个精馏操作的基础。压力升高，会使得各组分挥发度降低，造成塔釜液位增高，即塔釜轻组份超标，影响分离效果;反之，压力降低，会使得塔底重组份挥发，造成塔顶重组份超标，如压力下降过快，甚至会造成冲塔等严重后果。

2.5 回流比

精馏塔工艺操作过程中回流比是其中的主要因素。回流比大小的调节是化工企业生产过程中保障产品质量的主要措施，其自身的大小调节不合理都会对产品质量造成严重的影响。如果回流比不合理化的上升，精馏塔内部蒸汽与液体量都会随着回流比增加，从而使精馏塔内部的气液量超出所承受的标准，最终引发精馏塔的塔板工作效率降低。相反，如果回流比逐渐降低，导致其他因素也随之降低，无法发挥精馏塔气液分离的最大化效用。因此，有效合理控制回流比是企业产品质量的关键因素。

2.6 进料量及温度

进料量大小对精馏操作影响主要有两方面，一是进料量波动范围没有超过塔顶冷凝器、加热釜负荷，在调节适当情况下，不会引发顶温和釜温变化，而会影响到塔内上升蒸汽速度;二是进料量变化超过了加热负荷和塔顶冷凝器范围，这不仅会影响塔内蒸汽上升速度，也会影响到塔内温度的分布，如塔顶和塔釜温度，使得塔板上气液平衡组成发生变化，塔顶产品质量降低，也会导致塔釜损失。因此合理的进料对于精馏是至关重要的。

在进料温度发生变化情况下，会在很大程度上影响精馏操作;如果进料温度较低，会加大加热釜热负荷，而降低塔顶冷凝器冷负荷;进料温度较高，则会降低加热釜热负荷，而加大冷凝器冷负荷。在进料温度出现较大变化时，对整个塔温度会产生影响，而改变其气液平衡与进料状态，引发精馏段和提馏段负荷，对产品质量、物料平衡产生不良影响。要保证温度条件合理，需对其进行计算。

2.7 进料组分

进料组成的变化直接对精馏塔工艺的操作过程造成严重的影响。首先是关于进料组成中重组分的影响，进料中重组分的增加会影响精馏塔塔顶的操作，通过对塔顶不断增加重组分使塔顶操作的产品质量出现问题。其次是关于进料组成中轻组分的影响，如果在操作过程中进料的轻组分不断增加，会导致塔釜内部的轻组分严重破损，从而使精馏塔工艺整体操作过程受影响。

2.8 塔釜热源

塔釜热源是塔进行塔分离的直接要素之一，塔釜温度由塔釜再沸器经热源加热塔釜物料获得，一般由塔底泵或者热虹吸原理进行循环。塔釜热源的变化直接影响到塔内上升蒸汽的速率及塔釜温度控制指标，若在保证塔压前提下，塔釜温度在控制指标之下，会造成塔釜轻组分挥发不完全，造成塔釜轻组分超标;当塔釜温度在控制指标时，此时加大热源，会增大塔内蒸汽上升速率，热源的调整要平稳上升或下降，并与回流的调整同时进行，否则会破坏传质传热，严重的甚至会造成冲塔。

3 结论

精馏塔工艺操作对化工生产质量和效率有很大影响，要保证生产过程顺利进行，就要掌握其操作工艺，根据其中影响因素来合理控制，这不仅能保证分离提纯产品的质量，还能使得精馏塔安全稳定运行，对化工企业的安全发展是至关重要的。

参考文献：

[1]陈环琴，廖江芬.探讨精馏塔工艺操作影响因素[J].科学技术创新，2020（12）：37-38.

[2]段正刚.精馏塔操作主要参数分析[J].石化技术， 2020，27 （06）：68-69.

[3]魏文博.化工精馏高效节能技术开发及应用[J].石化技术， 2020，27（01）：23-24.

[4]张洪伟.精馏常压塔产品中乙醇超标原因分析及解决办法[J].化工管理，2020（05）：46-47.

[5]王延召.精馏Ⅱ塔波动原因及分析处理[J].低温与特气，2018，36（06）：20-22.