精餾原理及故障分析

2024/3/14精餾原理及故障分析空氣分離方法簡介

工業(yè)中用于空氣分離的方法主要有深冷分離、吸附法和膜分離法三種1、深冷分離法利用制冷與精餾技術將空氣中的氧、氮和氬等分離，是目前應用最廣泛的空氣分離方法。2、吸附法利用特殊分子篩（目前常用的有碳分子篩）對空氣中的氧和氮吸附性能不同，將其分離，是一種很有前途的低純度（一般氧氣純度不超過95%）分離方法3、膜分離法利用氧氣和氮氣在膜中滲透的速度不同，將空氣中的氧和氮分離，此方法比較適合生產富氧空氣精餾原理

什么是精餾？精餾是利用混合物各組分的沸點（揮發(fā)度）不同，多次地進行混合蒸氣的部分冷凝和混合液體的部分蒸發(fā)的過程，以達到分離的目的氧氣來自主冷液空來自下塔污氮氣低壓氮氣空分上塔示意圖膨脹空氣液氮來自下塔精餾原理什么叫回流比？回流比一般是指下流液體量與上升蒸氣量之比，用R表示即回流比增加時：a、對于上塔，塔頂氮氣純度上升，塔底氧氣純度下降；b、對于下塔，塔頂氮氣純度上升，塔底液空純度下降。精餾設備化工生產中精餾操作一般都在分餾塔里完成，按照塔的結構可以分為兩大類：篩板塔和填料塔分餾塔結構液空來自下塔液氮來自下塔空氣來自換熱器液空去上塔塔規(guī)整填料塔篩板塔分餾塔阻力簡介分餾塔阻力由三部分組成：①干板阻力干板阻力與氣體的流速的平方成正比，當塔的直徑一定時，進塔空氣量增加，流速必然增加，因此，阻力也增加②液體靜壓力由P靜壓力=ρgh可得靜壓力與塔板上的液體厚度成正比，當回流液增加時，塔板上的液體厚度增加，阻力隨之增加③液體表面張力上升蒸汽離開塔板時必須克服液體表面張力降液管（也叫溢流斗）出口擋板篩孔板進塔空氣量增加塔內阻力增加回流液增加塔內阻力增加篩板塔和填料塔的優(yōu)缺點篩板塔填料塔阻力大小操作彈性70%~105%30%~110%液體滯留量大小塔徑大小塔高低高分離效率低高變負荷速度慢快從上表可以看出：雖然填料塔高度增加，但其具有阻力小、分離效率高、塔徑小等多項優(yōu)點，目前空分裝置的上塔和氬塔全部采用規(guī)整填料塔，下塔也逐漸開始采用填料塔空氣精餾分離操作中常見故障分析空氣精餾塔操作中常見故障包括：上下塔壓力背離、氧氮氣純度不合格、漏液、液懸、粗氬冷凝器氮塞以及精氬冷凝器氬固化等氧氣純度下降的原因分析氧氣純度下降的原因有以下幾點：①產品氧氣量過大由物質守恒定律可以得到，加工1m3空氣最多只能生產0.209m3的氧氣，超過該值純度必然下降。②液空純度過低液空純度低必然導致液空量過大，上塔提留段回流比過大，氧氣純度下降；此外，液空純度低，要使氧氣純度不變，必需經過更多的塔板分離。③進上塔膨脹空氣量過大進上塔的膨脹空氣增加，上塔精餾段的回流比降低，精餾段的平均氮純度降低，氧氣提取率必然降低，如果氧氣量不變的話，純度肯定降低；另外，由于膨脹后的空氣存在一定的過熱度，進入上塔時，會破壞進口附近塔板的精餾工況，降低塔板精餾效率，從而導致氧純度降低；當空壓機排氣量一定時，如果進上塔的膨脹空氣增加，則進下塔的空氣量必然會減少，從而主冷的負荷減小，上塔提留段回流比增大，氧氣純度降低④主冷液氧液位過高主冷液位過高使得主冷底部壓力過高，液氧的沸點升高，主冷溫差減小，液氧蒸發(fā)量隨之減小，上塔提留段回流比增大，氧氣純度下降。⑤塔板效率下降塔板變形、塔體傾斜及篩孔被堵時，塔板精餾效果下降，氧純度下降⑥精餾工況異常當發(fā)生液懸或漏液等異常時，氧純度下降⑦主冷泄露當主冷泄露時，壓力較高的氮氣進入氧側，必然會導致氧氣純度下降氮氣純度下降的原因及處理氮氣純度下降原因分析①液氮或污液氮節(jié)流閥操作不當，導致塔內回流比減小，氮氣純度下降②空氣量少，而氮氣量過大③下塔精餾工況異常28000空分氮氣純度下降的處理①適當關小V3002和V3003閥，增加下塔回流液氮量②適合增加空氣量或者減小氮氣量（關小氮氣連通閥、停止排液氮等）③稍開氦氖吹除閥V3308和V3309上下塔壓力背離原因分析上下塔壓力正常變化規(guī)律為：同步上升或者下降，并且變化率為△P上≈3△P下，即上塔壓力上升（或下降）1Kpa，下塔自動上升（或下降）3Kpa。上下塔壓力背離時的現(xiàn)象：①上塔壓力和阻力都下降②下塔壓力上升，阻力下降③氧純度下降注：由于發(fā)生的原因不同，現(xiàn)象可能不一樣。上下塔壓力背離原因分析背離的原因有以下幾點：①主冷液位過高，導致主冷底部靜壓力過高，液氧的沸點升高，主冷溫差減小②液氮側壓力換熱效果差

a、液氮液位過高，導致氮側傳熱系數降低

b、液氮側不凝氣（氦氖氣）沒有及時排出，占居換熱面積液懸什么是液懸？簡單的講，液懸就是分餾塔內液體不能從上往下流動。液懸的典型現(xiàn)象：①阻力周期性波動，液懸開始時阻力逐漸增大，當增加大到一定值時突然下降。②塔底液位與阻力同步波動，當阻力上升時液位下降，然后突然上升。正常精餾工況液懸液懸原因分析從右圖可以看出：為了使上一塔板的液體順利流到下一塔板上，必須滿足：ρgh+P2＞P1ρgh＞P1-P2即h＞（P1-P2）/

ρg，否則降液管里的液位自動增加直至與上一塔板平齊而無法下流形成液懸一般認為：當h超過降液管高度的50%時就已經發(fā)生輕微的液懸了上升蒸汽P2P1P1-P2即為塔板阻力液懸原因分析由上述分析可以得出導致液懸的原因有兩點：1、塔板阻力增加①空氣量過大；②篩孔直徑過小或開孔率小；③篩孔被冰、固體CO2、分子篩粉末或鋁屑堵塞；④下流液體過多導致塔板液層高度過高。2、降液管阻力增加①降液管設計過??；②降液管變形等導致流通能力降低；③下流液體過多液懸處理方法如果是空氣過多造成的液懸首先可以嘗試減小空氣量，降低負荷運行來消除，如果無法消除液懸則可以對分餾塔切氣靜止一段時間后重新導氣如果是由于冰或冰堵塞孔板導致的液懸，可以嘗試低負荷運行來消除，如果無法消除則停車加溫如果是