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甲醇精馏基础知识一、粗甲醇精馏的意义：8 y8 t: 0 o$ 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、醚、醛、酮、酯、烷烃、有机酸、有机胺、高级醇、硫醇、甲基硫醇和羰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一定的要求。粗甲醇通过精馏，可根据不同要求，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。5 f! m7 j2 |9 e ?1 ?二、有关基本概念31.什么是精馏？精馏的原理是什么？* H% D( O! j5 N O* -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，使混合物分离为所要求组分的操作过程称为精馏。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，就能分离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，当其在一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离。如果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，就可以将混合物分离为纯的或比较纯的组分。液体汽化要吸收热量，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给液体汽化时使用，也就是使气液两相直接接触，在传热的同时进行传质。为满足这一要求，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）作逆向流动，即回流液自上而下与上升蒸气相遇，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，因挥发能力的差异，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，同样因为挥发能力的差异，使高沸点组分从气相转入液相，液相中难挥发组分增浓。7 w( : S! A) 精馏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，分离效果愈好。通过整个精馏过程，最终由塔顶得到高纯度的易挥发组分（塔顶馏出物）。塔釜得到的基本上是难挥发的组分。) g: e; k8 z: I% _( a2、什么是拉乌尔定律？ 拉乌尔定律是从实验中总结出来的一条重要的规律。该定律指出，在一定温度下，汽液平衡时，溶液上方气相中任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：9 k- a4 Z& L9 pA =PAXA6 I3 x* L2 Z; I+ u%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。# w# v9 Z) P& w3、什么是道尔顿定律？m! v% $ i* K/ a h, 道尔顿定律是表示理想气体混合物的总压和分压的关系的定律。道尔顿定律指出：理想气体混合物的总压，等于个个组成气体分压之后。根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：5 A6 s* t3 c$ f; C d1 B7 pi =P总Yi$ c& f% H# L 式中pi组分气体i分压；; p; s# P% Y) V5 X3 d P总混合气体的总压； Yi组分气体I在混合气体中所占分子分数。2 ?. N) w. g5 j& j 7 Y, & x0 n4、挥发度和相对挥发度：o- Q5 q- K5 5 X3 U/ 挥发度和相对挥发度是精馏过程使用的重要基本概念之一，精馏塔设计中也经常应用它。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容易挥发，乙醇又比水容易挥发。! j; * K! t 9 M* P4对纯物质来说，不论是饱和蒸汽压力，还是沸点，都可以用来判断其挥发能力的大小。精馏过程是处理多组分的液态混合物，而与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与物料性质有关外，根据拉乌定律，还与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：组分的气相分压与组分液相的浓度之比。对物质a和物质b组成的溶液, Va= Vb=, M0 - a( x; c5 r: Y5 W% 2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；, c8 1 J% % I! V4 i, Y# l,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理想溶液，! J% & Q; , l! H+Pa=PAXa Pb=PBXb= PB（1Xa）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，物质挥发度的大小与饱和蒸汽压有关，也就是与温度有关，温度愈高，挥发度愈大。当温度不变时，挥发度的大小与浓度有关。对理想溶液而言，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，同时也便于在精馏中进行计算，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，# E* d, 3 F$ o3 y j5 G) ?. ab= 式中ab为组分a对组分b的相对挥发度。% P/ 3 q& g) h+ e. t% D: 7 a5 v; J+ B5、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。从精馏塔顶蒸出的气体温度，就是处在露点温度下。这里提醒一下，第一个液滴不是纯组分，它是露点温度下与气相相平衡关系的液相。其组成是由相平衡关系决定的。由此可见，不同组成的气体混合物它们的露点是不同的。液体混合物在一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，精馏塔的釜液温度，就是处在泡点温度下。应该说明，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。6 9 t4 O9 Q, u: p0 N 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。应该指出，纯物质的沸点是随外界压力而改变的。当外压升高，沸点升高；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。( R9 b$ Z; s# I% M6 t; c6、回流比、全回流、最小回流比：回流比的定义就是：回流液体量与采出量的重量比。通常用R来表示，即% z+ G, d, s; h# R=L/D# 式中R回流比；( A6 H1 P1 m L单位时间内塔顶回流液体量，公斤/小时；7 S6 H! J7 t; u& e2 X$ D单位时间内塔顶采出量，公斤/小时；* S% F5 s K 全回流是指精馏操作中，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离要求下，即塔顶、塔釜采出的组成为一定时，逐渐减少回流比，此时所需理论塔板数逐渐增加。当回流比减少到某一数值时，所需理论塔板数增加到无穷多，这个回流比的数值，称为完成该预定分离任务的最小回流比。它是精馏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1.32倍。* ?% U+ |% C0 p3 ?4 M5 m+ s7、简述回流液在精馏分离过程中的作用： 1 x2 U h. G# U. V J. w5 i& 在精馏过程中，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，与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。8 T5 8 d0 o) J& j3 Y% f4 当然组分挥发度的差异仍然是精馏过程的基础。( h* S4 C9 T# C8、精馏塔的压力降： 所谓精馏塔的压力降，就是平时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。3 / M& u+ U- G:所谓干板压力降，就是精馏塔内上升气体（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。$ D0 e1 a, s4 2 I 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，有经验表明，压力降与气体流速的平方成正比。$ T1 q; & c9 D, E+ p9 j% p9、什么是空塔速度？它与孔速有什么关系？ 空塔速度是指单位时间内精馏塔上升蒸汽的体积与塔截面的比，即塔内上升气体在单位时间内流动的距离。单位为米3/秒米2或米/秒。用公式可表示为： W = Vs/Aa 式中W空塔速度, 米/秒； Vs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/0.785D2# A/ e; q5 r; ! , D塔内径，米U/ K8 T- d1 f+ b2 0孔速是指单位时间内通过升气孔道的上升蒸汽的体积与孔道总截面的比，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：) s/ T4 c. ( m) 2 W孔= Vs/AT$ c2 P3 8 q3 i2 D+ C5 f式中W孔孔速度, 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。5 s8 I6 m A 8 B9 因为升气孔道总截面积是由塔板开孔率决定的，设开孔率为，则上式可表示为：W4 * T; V# ! + W孔= Vs/0.785D2= W/$空塔速度是影响精馏操作的重要因素之一。对于已经确定的塔来说，如果在允许范围内提高空塔速度，则能提高塔的生产能力。当空塔速度,提高到一定限度时，气液两相在塔板上因接触时间过短，而且会产生严重的雾沫夹带，破坏塔的正常操作。一般是以雾沫夹带量不大于10%来确定空塔速度，称为最大允许速度。当空塔速度过低时，不利于气体穿过孔道，甚至托不住上层塔板的液体，塔板上的液体可以经升气孔道倒流至下层塔板，这种现象通常称为液体泄漏，泄漏严重时，会降低精馏塔的分离效果，特别筛板塔、浮阀塔、舌形塔，尤其是这样。4 Q; w) 2 A: P; G10、什么是流体的流量与流速？两者之间存在什么样的关系? P- ? e b. 5 T: t D h- - 流体的流量与流速均可分为重量流量、重量流速与体积流量、体积流速。4 K! X! s5 k0 4 X _重量流量：单位时间内流过管道或设备的任一截面（与流向垂直的截面）上的流体重量。重量流量通常用符号G表示，单位为公斤/秒。体积流量：单位时间内流过管道或设备的任一截面（与流向垂直的截面）上的流体体积。体积流量通常用符号V表示，单位为米3/秒。4 b y# T5 l3 I z9 N4 H重量流速：单位时间，单位管道或设备的截面（与流向垂直的截面）上流过的流体重量。重量流速通常用符号WG表示，单位为公斤/秒米2。体积流速：单位时间，单位管道或设备的截面（与流向垂直的截面）上流过的流体体积。体积流速通常用符号WV表示，单位为米3/秒米2或米/秒。它们之间的关系如下：$ h4 x+ l0 k- G = WGF = WVF = V2 U3 y8 Q# a: 式中F管道或设备的截面面积，米2； 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略不计，所以在研究液体的流动时，常常采用体积流量、体积流速。而气体流动时，由于其重度随温度和压力的变化较大，所以采用重量流量、重量流速比较方便。11、什么是塔的开孔面积？开孔率是怎样确定的？在精馏塔内流动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，就是每块塔板上所有浮阀孔或所有升气孔截面积的总和。开孔截面积的选定，是根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，以表示，即： = AT/Aa 100%: 8 z, e9 n* _) 式中开孔率；3 e v& K+ r) g9 M/ AT开孔截面积，米2。5 M) J5 k! d& T# 9 a% A6 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，开孔率对塔的处理能力也有很大影响。在相同塔径中处理能力随开孔率的增加相应提高；对于同一处理能力而言，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？.在精馏操作中，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。液泛形成的原因，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，在精馏操作中，也常常遇到液体负荷太大，使溢流管内液面逐渐升高，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，但引起的原因却是不一样的。6 n+ Y& |+ P J+ g* 出现液泛现象时，不管是板式塔还是填料塔，均应停止或减少进料量，稍减少蒸汽，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慢慢流回到塔釜或塔下的正常位置。当生产不允许停止进料时，可将釜温控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，再将操作条件全面恢复正常。; C5 m/ _# j1 T7 R. s2 p* M13、什么是雾沫夹带？; p z; V D% g: A) E: V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该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/100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，塔顶馏分中重组分含量升高，若塔顶为气相采出，则可看出明显的带液现象。S7 Z9 l$ T) N; x+ ? 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。同时还必须指出：雾沫夹带量与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离空间。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，如果增大塔板的间距，扩大分离空间，则相应可提高空塔速度。! v) t s7 O: V4 e5 0 s4 h14、什么是液体泄漏？2 Q6 G3 % S& f5 h1 J; D 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。在精馏操作中，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。5 T/ l( 1 _/ O$ j6 1 d空塔速度越低，泄漏越严重。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，塔板的适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%。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情况下比较容易产生泄漏。) Y+ A/ S! x8 z. f15、什么是操作弹性？. F: v$ M$ O* E3 o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，精馏塔能在一定的分离效果下，维持正常操作。3 H3 b/ ?7 j6 - y. u: s7 T精馏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。1 v( I, E9 U6 3 v一般地说，浮阀塔操作弹性最大，有的试验表明负荷上限与负荷下限之比可达79左右，泡罩塔次之，筛板塔最小。应当注意的是，当上升气体速度变化时，塔板效率要变化，这会引起分离效果发生变化。三、精馏的分类：1、精馏是怎样分类的？$精馏可以从三个角度去分类。! 6 K# T q! U第一、按精馏操作的方式不同，可分为间歇精馏和连续精馏。) t Q# p! L( v r; f- e3 - c第二、按精馏操作的条件（如压力）不同，可分为加压精馏、常压精馏、减压精馏等。4 J( b& R o# 8 i2 X v/ 第三、按精馏分离的原理不同，可分为一般精馏和特殊精馏。特殊精馏又包括恒沸精馏、萃取精馏、水蒸汽蒸馏及分子蒸馏等。4 $ c- . z7 b+ 8 _7 我厂的甲醇精馏是连续、萃取精馏，并采取加压精馏及常压精馏相结合的流程。2 C J/ m. z& F9 f/ P& l5 U萃取精馏原理及萃取剂的选择： 萃取精馏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离。此处要求萃取剂的沸点较组分的沸点高得多，且不与组分形成恒沸液。萃取精馏常用于分离各组分沸点（挥发度）差别很小的溶液。4 $ I% o W. q/ x4 ) o对于萃取精馏来说，萃取剂常常可以选择出许多种。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。被分离组分在萃取剂中相对挥发度的大小称为萃取剂的选择性。被分离组分在萃取剂中相对挥发度增大得多，分离就容易，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决定了被分离组分中轻重关键组分分离的难易程度。因此塔板数的多少、回流比的大小（它影响到塔径）也与它有密切的关系。. B- S6 |# m0 r$ L（2）萃取剂对被分离组分的溶解度要大，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离组分的沸点高得多，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）回收容易，价廉易得。8 q( . s5 u; m! i: W* w9 K9 y3 v3、萃取精馏在粗甲醇精馏中的应用：; Z, L: L; X* |. ?+ V6 e) 在粗甲醇蒸馏中，甲醇-烷烃形成恒沸物的沸点与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，与甲醇沸点64.7更为接近，用普通蒸馏的方法很难分离。但C6C15烷烃等类杂质只有在浓度很高的甲醇中被溶解。水与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，烷烃类等杂质就会从溶液中析出，分离出来。分离出的庚烷、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。从而实现烷烃等类杂质的分离。8 S. b! E9 Q9 Q1 c6 p四、精馏操作的影响因素81、精馏操作的影响因素有哪些？除了设备问题以外，精馏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。% A3 f: R: n/ e# K) k1 O塔的操作就是按照塔顶和塔釜产品的组成要求来对这几个影响因素进行调节。( K$ S8 c1 M N0 Y, M/ C此外，在萃取精馏和共沸精馏的操作过程中，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。精馏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。4 n- ; d) R. K8 q0 B8 e. 7 0 + Q2、精馏塔操作压力的变化对精馏操作有什么影响？6 X2 U& r: g( j塔的设计和操作都是基于一定的塔压下进行的，因此一般精馏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。8 C4 D, p2 g4 x- V) U& r/ Q$ （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。压力升高，则气相中重组分减少，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，气相量减少。总的结果是：塔顶馏分中轻组分浓度增加，但数量却相对减少；釜液中的轻组分浓度增加，釜液量增加。同理，压力降低，塔顶馏分的数量增加，轻组分浓度降低；釜液量减少，轻组分浓度减少。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，则可采用适当提高压力的办法，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，分离效率下降，反之，组份间的相对挥发度增加，分离效率提高。（3）改变塔的生产能力 压力增加，组份的重度增大，塔的处理能力增大。（4）塔压的波动 这将引起温度和组成间对应关系的混乱。我们在操作中经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。$ c0 A G/ , J7 Q+ l5 b% Z从以上分析可看出，改变操作压力，将改变整个塔的操作情况，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，才可根据以上的分析，在工艺指标允许的范围内，对塔的压力进行适当的调节。% W% T% 9 0 W3 z d应该指出，在精馏操作过程中，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原因，及时处理，使操作恢复正常。4 L9 F- V. J, ; n& i: P0 H3、进料状态对精馏操作有什么影响？进料情况有五种：冷进料；泡点进料；气液混合进料；饱和蒸气进料；过热蒸气进料。为了便于分析，令1 = u5 H5 X$ T C从上式可以看出，冷进料时1，泡点进料时=1，气液混合进料时01，饱和蒸气进料时=0，过热蒸气进料时0/ e o3 u9 ?8 p0 p! 在精馏塔内，进料口以上为精馏段，进料口以下为提馏段。精馏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馏出液量（P）与单位时间内塔底残液量（W）之和。( C* Q* E. J+ _, W* y! U8 U F = P + W 精馏段的物料平衡是单位时间内上升到精馏段的蒸气量（V）等于单位时间内下降到提馏段的液量（L）与等于单位时间内塔顶馏出液量（P）之和。) A: A) Q- i. b) z7 * j: V =L + P0 p: a- G& V ?9 i: e j提馏段的物料平衡是单位时间内下降到提馏段的液量（L）等于上升到精馏段的蒸气量（V）与单位时间内塔底残液量（W）之和。) . w; m 0 m; h( k( ?& M% uL= V+ W) 0 v8 S3 J) b: W8 f- # O当进料量为F，则进料板上增添的液流为F，下降到提馏段的液量应该是,L= L +F，& D0 q% X( f6 . 6 M4 g8 O8 q又因为 F = P + W、V =L + P 、 L= V+ W。4 Y5 d9 I+ t3 R- x i4 # S- n8 q N则 L= V+ W = V+ F P = V+ F （ VL）= V V+ F + L; 又因为V V+ F + L = L +F3可得到V= V+（1）F L( I, |+ H; 当回流比、塔顶馏出物的组成为规定值时，进料状况发生变化，值也将发生变化，由于L= L +F，这直接影响到提馏段回流液量的改变，最终值的改变将引起理论塔板数和精馏段、提馏段的塔板数分配的改变，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，则精馏段塔板数过多，提馏段塔板数不足，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，则精馏段塔板数不足，提馏段塔板数过多，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，减少了塔釜的热剂消耗。. q/ o7 j4 a8 f% $ V在精馏塔内，只有当进料为饱和蒸气时（=0），才能L= L。同理，由V= V+（1）F可知，只有当进料为正在沸点的液体时（=1），才能V= V4 u5 r: p D5 H) E. e生产中多用泡点进料，此时，精馏段、提馏段上升蒸气的流量相等，故塔径一样，设计计算也比较方便。04、进料组份的变化对精馏操作有什么影响？1 S- C$ r p# J6 ; 进料组份的变化直接影响精馏操作，当进料中重组份的浓度增加时，精馏段的负荷增加。对于固定了精馏段塔板数的塔来说，将造成重组份带到塔顶，使塔顶产品质量不合格。5 4 C5 U, V e 若进料中轻组份的浓度增加时，此时精馏段的负荷增加。对于固定了提馏段塔板数的塔来说，将造成提馏段轻组份蒸出不完全，釜液中轻组份的损失加大。: Y O1 H) m! T K4 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，则塔顶馏份增加，釜液排出量减少。此时，全塔温度下降，塔压升高。组成变重，情况相反。进料组成变化时，可采取如下措施：2 J2 e# k, ?+ a& s% （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。3 f8 e% 9 O5 d p- B* （2）改变回流比 组成变重时，加大回流比；组成变轻时，减少回流比。（3）调节冷剂和热剂量 根据组成的变动情况，相应地调节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。4 z4 k h; s: l2 m- Y0 S5、进料温度的变化对精馏操作有什么影响?进料温度的变化对精馏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，减少塔顶冷凝器的冷负荷；进料温度升高，则增加塔顶冷凝器的冷负荷，减少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裕的情况下，将会使塔底馏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馏段、提馏段负荷的改变，进而产品质量、物料平衡都将发生改变。因此，进料温度是影响精馏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馏操作有什么影响？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。在釜温保持稳定的情况下，加热量增加，内上升蒸汽的速度加大；加热量减少，内上升蒸汽的速度减少。应该注意，加热量调节范围过大、过猛，有可能造成液泛或泄漏。 X. ?4 % D( 2 0 7 _* C* L7、回流比的大小对精馏操作有什么影响？4 Q& S1 N g( q3 N6 操作中以改变回流比的大小来保证产品的质量。当塔顶馏分中重组份含量增加时，常采用加大回流比的方法将重组份压下去，以使产品质量合格。当精馏段的轻组份下到提馏段造成塔下部温度降低时，可以用适当减少回流比的办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馏塔来说，可以提高产品质量，但是却要降低塔的生产能力，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。* g) ?1 : e1 m; j8、塔顶冷剂量的大小对精馏操作有什么影响？对采用内回流操作的塔，其冷剂量的大小，对精馏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。( # e! s$ w! v7 R C1 对于采用外回流的塔，同样会由于冷剂量的波动，在不同程度上影响精馏塔的操作。例如，冷剂量减少，将使冷凝器的作用变差，冷凝液量减少，而在塔顶产品的液相采出量作定值调节时，回流量势必减少。假如冷凝器还有过冷作用（即通常所称的冷凝冷却器）时，则冷剂量的减少，还会引起回流液温度的升高。这些都会使精馏塔的顶温升高，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馏操作有什么影响？& e) 6 x; % E) k3 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。( b: * x! p # G4 _) l7 : m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。; x0 B# f X# M+ 例如，当进料量不变时，对采用内回流的塔，若塔顶采出量增大，则回流比势必减少，引起各板上的回流液量减少，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。9 s+ Z1 ?8 G9 ) 1 在强制回流的操作中，如果进料量不变，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，顶温就升高，这同样也会影响塔顶产品质量下降。9 U. a; A& D4 d# S如果进料量加大，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，塔顶与塔釜的压差增大，严重时会引起液泛。8 g8 k7 J F/ 6 x10、塔底采出量的大小对精馏操作有什么影响？+ S* o4 L3 q0 j* O6 D1 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，又主要决定于塔底采出量的大小。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减少，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。如果是使用列管式蒸发釜，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。如果塔底采出量过小，将会造成塔釜液面过高（严重时，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。特别应指出，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，维持一定的釜液面还起着液封的作用，以确保安全生产。& P3 N; ?9 j) Z% y) u11、精馏塔的操作总结精馏塔的操作，主要掌握三个平衡。物料平衡 F=D+W与FxFi=DxDi+WxWi: q* Q I. r9 z a式中F进料量；/ + t6 L4 a( q! D塔顶出料量； _9 v v9 c( D: S+ v% pW塔底出料量； O5 H. 2 U1 | xFi进料组成；% a6 v( , S! ) ?$ v3 U Q/ xDi塔顶出料组成:xWi塔底出料组成。# b% H; e( o( l/物料平衡体现了塔的生产能力，它主要是靠进料量和塔顶、塔釜采出量来调节。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。对于应该固定的精馏塔来讲，塔压差应在一定的范围内。塔压差过大，说明塔内上升蒸汽的速度过大，雾沫夹带严重，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、斜孔等塔半还容易产生泄漏，降低塔板效率。如果精馏塔的操作不符合对某组份的物料平衡式时，将有两种表现：4 y+ L( ; I% DxDiFxFiWxWi，在这种情况下，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，全塔温度逐步升高，塔顶馏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节，如果定值过小，则采出量就过大，将造成精甲醇产品的蒸馏量降低，而干点升高，质量不合格。, I5 I i O% e7 + Y. q( n. t _7 WxWiFxFiDxDi，这种情况和第一种情况相反，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逐渐变轻，塔身温度下降，特别是釜温明显下降、釜液中轻组份的浓度增加。由此可见，物料平衡掌握不好，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，如果正常的物料平衡受到破坏，那么，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。/ L9 N! r, h; K& g# d! a) （2）气液平衡 yi = piXi 或yi = KiXi% b& I) R7 * D7 6 & K+ 7 ( U式中yi混合气中i组分的摩尔数；# O5 ?3 I R+ f1 y. M& pi纯组份I在该温度下的饱和蒸汽压；- 3 y) j# & Xi溶液中i组份的摩尔数；7 s, h5 ( X. % Q/ Ki气液平衡常数。1 e$ % r3 g) s$ y/ V$ c% O!气液平衡主要体现了产品的质量及损失情况。它是靠调节塔的操作条件（温度、压力）及塔板上气液接触的情况来达到的。因为只有在温度、压力固定时，才有确定的气液平衡组成。精馏塔的操作温度和压力是根据塔的分离任务（即关键组份的分离度）决定的。当温度、压力发生变化时，气液平衡所决定的组成就发生变化，产品的质量及损失情况也发生变化。但是，气液平衡组成又是靠在每块塔板上气液互相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密切相关。物料平衡掌握得好，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与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，蒸气量减少，釜液量增加，甲醇组份下移，顶部甲醇量减少；当顶温高于规定值，就会使塔板上的气相量增加，液相量减少，顶部产物量增加，釜液量减少。这些都会破坏正常的物料平衡。( I# g p# m; O2 W. Y: M.（3）热量平衡 Q冷凝 = Q汽化（对每块塔板）与 Q入 = Q出 + Q损（指全塔）式中Q冷凝每块塔板上气相的冷凝热量；N* E- ?; I, p4 Q汽化每块塔板上液相的汽化热量；f% d8 Y% s* Q& g% d4 r1 Q入物料带入的总热量及外加热总量；Q出物料带出的总热量；* j0 p# K8 J, K& - x2Q损全塔损失的热量。4 W + G2 n1 P) 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，整个精馏过程就无法实现。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该作相应的改变。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浪费。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：物料平衡破坏，釜液排出量增多，塔顶馏出量减少，对塔顶得到产品的工艺关系来说，塔的生产能力下降。气液平衡破坏，塔内的上升蒸气量减少，气液接触变差，传质效率下降，同时气相中重组份含量减少，液相中轻组份含量增加，釜液中轻组份损失增大。粗甲醇精馏过程的正常操作，就是通过调节的手段，掌握好三个平衡。一般都是根据塔的负荷，给塔釜一定的供热量，建立起热量平衡；随之达到一定的气液平衡，然后用物料平衡作为经常的手段，控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），相应通过调节热量平衡（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受破坏，则应调节供热量（一般自动控制）使恢复平衡，同时辅以物料平衡的调节（甚至塔负荷），勿使塔内气液平衡受到严重破坏。12、辅助设备对精馏操作有什么影响？精馏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足精馏塔操作的要求，否则将使精馏塔的生产能力受到限制，严重时，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烃的聚合，而堵塞列管，使传热面积减小，造成塔的生产能力下降甚至于被迫停车。塔顶冷凝器同样会由于使用的水质不好、列管结垢而降低冷凝效率，使塔的生产能力下降，无法执行正常的工艺条件。当正常的生产工艺受到破坏时，不仅要从精馏塔的工艺过程去找原因，也应把辅助设备的状况考虑进去。& T0 |, g# J& r13、塔的安装对精馏操作有什么影响？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，一般总希望塔设备的适用能力高，生产能力大，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，都可能对精馏操作带来影响。（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毫米以下的小型精馏塔，如果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所有塔板的水平度，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。如果塔板不水平，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重。; r, N% |& F+ v; + : ?7 ?; w+ （3）溢流口 溢流口与下层塔板的距离（如图4-3），应根据生产能力和下层溢流堰的高度而定。但必须满足溢流口插入受液盘的液体之中，以封住上升蒸汽。如果溢流口与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利地流入下层塔板，使上层塔板的液层增高，下层塔板的压力增大，严重时造成液泛。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。6 u& S0 O) A* 6 Z0 W9 Y% h5 Q( 安装时，对于各种具体的板型都有不同程度的要求，如果不按要求去安装，将可能使塔的生产效果大大下降。3 H* v8 j+ R p) 6 D3 f% B2 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