分餾系統(tǒng)基礎知識

1、分餾系統(tǒng)基礎知識分餾系統(tǒng)的主要任務是把油氣混合物按沸點范圍分割為氣體、輕石腦油、重石腦油、航煤餾分油、柴油、尾油等餾分，并保證各餾分的質量符合規(guī)定的要求。此外還要用回流熱和餾分的余熱把原料油或其它低溫介質預熱到較高的溫度。1.1 蒸餾過程原理1、蒸餾原理在原油中分離出石油產(chǎn)品的方法有多種，最常用的方法是蒸餾。蒸餾是把完全互溶而沸點不同的液體混合物分離開的一種物理過程，或者說蒸餾是利用液態(tài)混合物各組分揮發(fā)性或沸點的不同，來分離這一組分的方法。蒸餾是在蒸餾塔內進行的，從塔的中間抽出的沸點介于兩者之間的餾分稱為側線餾分，所得到的冷凝液叫餾出物，將餾出物按不同沸點范圍分別收集叫分餾。蒸餾時把液體混合物

2、加熱汽化，當加熱到一定溫度使之部分汽化為蒸汽時，蒸汽中低沸點組分的含量要比剩余液體中的含量多，而高沸點組分的含量比液體中少。這是因為低沸點組分比高沸點組分容易汽化，而高沸點組分比低沸點組分容易冷凝，蒸餾就是根據(jù)這一規(guī)律把混合物分開。蒸餾過程是把液體混合物加熱使之部分汽化，并將產(chǎn)生的含輕組分較多的氣體引出，使之與含重組分較多的液體分開，再把氣體冷凝為液體，從而使原來的混合物分為較輕和較重的兩部分。蒸餾過程包含有加熱、汽化、分離和冷凝等幾個環(huán)節(jié)，而主要環(huán)節(jié)為汽化和冷凝。在蒸餾過程中，當氣體未被引出前與液體處于某一相同溫度、壓力下，并且相互密切接觸，同時氣相和液相的相對量以及組分在兩相中的濃度都不在

3、變化，稱為達到了相平衡（氣-液相平衡）。處于相平衡的氣體和液體分別稱為飽和氣體和飽和液體。處于某溫度下的相平衡體系，如果溫度再升高一些，液體就多汽化一些，而其中輕組分較重組分要氣化的多一些，此時又建立了一個新的氣-液相平衡。相反，如果溫度降低，則氣體就冷凝，且重組分較輕組分冷凝的多些，此時又建立了一個新的氣-液相平衡。液體混合物在加熱后產(chǎn)生的氣體和液體一直保持相平衡接觸，待加熱到一定溫度直至達到要求的汽化率時，氣液兩相一次分離，稱為一次汽化（或平衡汽化）。如果把混合氣體進行部分冷凝所得到的液體和剩余的氣體保持相平衡接觸狀態(tài)直到混合物冷凝到一定溫度時，才將冷凝液體與剩余氣體分離，這種分離過程叫一

4、次冷凝（或稱平衡冷凝）。一次冷凝和一次汽化互為相反過程。在汽化過程中，如果隨時將汽化出的氣體與液體分離稱為漸次汽化。隨著溫度的升高，液體混合物中輕組分的濃度不斷減小，重組分的濃度不斷增大。在冷凝過程中，如果隨時將冷凝下來的液體與氣體混合物分離，這種冷凝過程叫漸次冷凝。隨著氣體溫度的下降，氣體混合物中重組分的濃度會不斷減少，輕組分的濃度就不斷增大。漸次汽化與漸次冷凝互為相反過程。2、精餾過程混合物能夠用分餾的方法進行分離的根本原因是由于混合物中各組分的沸點不同。由于石油各組分的沸點不同，在冷凝時重組分優(yōu)先冷凝，在受熱時輕組分優(yōu)先汽化，這就是分餾的基本依據(jù)。一次汽化和漸次汽化對混合物能起到一定的分

5、離作用，但難以分離精確。一次汽化分離精度不高；漸次汽化雖然可得到較純的重組分，但是數(shù)量很少，又不能連續(xù)生產(chǎn)。因此必須采用精餾的方法，即多次的同時利用汽化和冷凝的方法來分離混合物，所用的設備為精餾塔（也稱分餾塔），一個完整的精餾塔包括三個部分，即精餾段、提餾段和進料段。氣相混合物在精餾段逐漸降溫冷凝，氣體降溫冷凝為液體要放出冷凝潛熱，這部分熱量要通過塔頂和中段回流取走，并使用回流所含的輕組分加熱汽化為氣相。分餾塔內有多層塔板，塔板數(shù)的多少決定于分餾精度。在塔板上由于氣相和液相之間存在溫度差和濃度差，氣相和液相之間要發(fā)生傳質和傳熱。冷凝下來的重組分被轉移到回流液相中，汽化的輕組分轉移到上升的氣相中

6、，這種現(xiàn)象稱為傳質。氣液兩相經(jīng)過多層塔板，每層塔板上建立氣液平衡，上升的氣相溫度不斷降低，其中輕組分的含量不斷增加；下降液相中溫度不斷升高，其中輕組分的濃度逐漸減少，最終達到輕重組分的分離。根據(jù)需要可以從塔的側線分出輕重不同的餾分。精餾過程的實質是：不平衡的氣液兩相，經(jīng)過熱交換，氣相多次部分冷凝與液相多次部分汽化相結合的過程。也可認為是不平衡的氣液兩相，在逆流多次接觸中，多次交換輕重組分的過程?；旌衔镏懈鹘M分存在著汽化能力（揮發(fā)度）的差別，是使用精餾方法將各組分分離的根本依據(jù)。精餾過程必須具備以下條件：氣液兩相必須充分接觸，精餾塔內裝有多層塔板就是提供氣液充分接觸的條件，氣液兩相在塔板上達到分

7、離的極限是兩相達到平衡；氣液相接觸時，上升的高溫氣相中輕組分的濃度要高于平衡濃度，而下降的低溫液相中輕組分濃度要低于平衡濃度，由于氣液兩相平衡，并存在溫度差，才發(fā)生傳熱和傳質過程起到精餾作用?；亓髦饕翘峁┮合啵┧迳蟼髻|、傳熱；取出熱量，維持塔的熱平衡。塔內回流的作用就是提供下降的液體，用來補充氣相中輕組分和接受上升氣相中冷凝下來的重組分，并造成沿塔自下而上溫度逐漸降低。塔頂回流應采用塔頂流出物，或組分與塔頂產(chǎn)品相近的油品。塔內回流的作用有兩個，一是提供塔板上的液相回流，造成氣液兩相充分接觸達到傳熱、傳質的目的；二是取走進入塔內的多余熱量，維持全塔熱平衡，以利于控制產(chǎn)品質量?；亓髁砍Ｓ没亓?/p>

8、比表示：回流比=回流量（m3/h）/塔頂產(chǎn)品量（m3/h）?；亓鞅仍龃螅迳匣亓髁吭黾?，是上升的氣相溫度降低的多，重組分也就冷凝的多，從液相回流轉入氣相的輕組分也增多，提高塔板的分離效果?；亓鞅鹊拇笮∨c塔板數(shù)多少有關，當產(chǎn)品分離程度一定時，回流比增大，塔板數(shù)可以適當?shù)臏p少。但是，回流比增大是有限度的，由全塔的熱平衡決定。過大會使下降的液相中輕組分含量增多，此時如果不相應的增加進料量或塔底的熱量，就會使輕組分來不及汽化而被帶到下層塔板或塔底，影響輕組分收率；如果有側線產(chǎn)品時，也會使側線產(chǎn)品或塔底產(chǎn)品不合格。增大回流比不僅會增加塔頂冷凝冷卻器的負荷，還會增加操作費用。超過一定的限度還會造成液泛沖

9、塔。回流有強制回流和自然回流，還可分內回流和外回流，根據(jù)取走回流熱量的不同分冷回流、熱回流和循環(huán)回流。本裝置分餾原理是根據(jù)生成油中各組分的沸點（揮發(fā)度）不同，將生成油切割成不同沸點的餾分。利用加熱爐將生成油進行加熱，生成汽液兩相，在分餾塔中，使汽液兩相充分的熱交換和質量交換，在提供塔頂回流和塔底吹汽的條件下對生成油進行精餾，從塔頂分餾出沸點較低的產(chǎn)品石腦油；從塔底餾出沸點較重的加氫渣油；塔中間抽出得到側線產(chǎn)品即柴油。1.2 影響分餾過程的主要操作因素平穩(wěn)操作是指生產(chǎn)中充分發(fā)揮設備潛力，生產(chǎn)高收率、高質量產(chǎn)品和降低消耗指標的前提下，做到全裝置物料平衡和熱平衡。分餾塔分離效能的好壞主要是分離精度。

10、分餾精確度的高低，除與分餾塔的結構有關外，在操作上的主要影響因素是溫度、壓力、回流量、水蒸汽吹入量等。1、溫度油氣入塔溫度，特別是塔頂、側線溫度都應嚴加控制。要保持分餾塔的平穩(wěn)操作，最重要的是維持進料溫度恒定。處理量一定時，油氣入口溫度直接影響進入塔內的熱量，相應的塔頂和側線的溫度都要變化，產(chǎn)品質量也隨之變化。油氣溫度不變時，回流量、回流溫度、各餾出物料量的改變也會影響全塔的熱平衡狀態(tài)。塔頂溫度最靈敏的反映出全塔熱平衡的變化。塔頂餾出物包括塔頂產(chǎn)品、塔頂回流油氣、以及不凝氣和水蒸汽如果能準確知道不凝氣量，在塔頂壓力一定的條件下很容易求得塔底產(chǎn)品及回流總和得油氣分壓，進一步求得塔頂溫度，當塔頂不

11、凝氣很少時，可忽略不計。塔頂溫度應該是塔頂產(chǎn)品在其本身油氣分壓下的露點溫度。確定塔頂溫度時應同時檢驗塔頂水蒸氣是否會冷凝，水蒸氣冷凝，造成塔頂、頂部塔板和頂揮發(fā)線的露點腐蝕，并容易在上部塔板上產(chǎn)生暴沸，造成沖塔、液泛，此時應該考慮減少汽提蒸汽量或降低塔的操作壓力。2、壓力油品餾出所需溫度與其油氣分壓有關，油氣分壓越低，餾出相同油品所需溫度越低。油氣分壓是設備內操作壓力與油品分子分數(shù)的乘積。當塔內水蒸氣量與惰性氣體量不變時，油氣分壓隨塔內操作壓力降低而降低。在塔內允許的情況下，降低塔內的操作壓力，或適當增加入塔水蒸氣量可以使油氣分壓降低。適當提高塔的壓力可以提高塔的處理能力，壓力提高以后整個塔的

12、操作溫度也上升，有利于側線餾分以及中段循環(huán)回流與其它油品換熱。不利因素是隨著壓力的提高，相對揮發(fā)度降低，分離困難，為達到相同的分離精確度則必須加大塔頂回流比，增加了塔頂冷卻器的負荷。3、回流量和回流返塔溫度回流提供氣液兩相接觸的條件，回流量和回流返塔溫度直接影響全塔熱平衡，從而影響分餾效果的好壞。對加氫分餾塔,回流量大小、回流返塔溫度的高低由全塔熱平衡決定。隨著塔內溫度條件的改變，適當調節(jié)塔頂回流量和回流溫度是維持塔頂溫度平衡的手段，以達到調節(jié)產(chǎn)品質量的目的。1.3 產(chǎn)品質量和產(chǎn)品方案調節(jié)1、根據(jù)產(chǎn)品質量的變化調整操作蒸餾所得的餾分多半是半成品，分餾操作主要控制的是與分餾有關的指標，包括餾分組

13、成、閃點、凝點及殘?zhí)康?。餾分頭部輕，表現(xiàn)為閃點低，初餾點低，說明前一餾分未充分蒸出，影響?zhàn)s分的質量及上一餾分的收率。調節(jié)方法為提高上一側線餾分的抽出溫度和抽出量，使塔內下降的回流量減少；提高或加大側線餾分的汽提蒸汽量，均可以使輕組分被趕出，解決頭部輕的問題。餾分尾部重表現(xiàn)為干點高、凝點高，說明下一餾分的重分被攜帶出來，不僅本側線不合格，也會影響下一側線餾分的收率。調節(jié)方法是降低本側線抽出溫度或抽出量，使回到下層的回流量增加，降低溫度從而使干點、凝點指標合格。2、根據(jù)處理量變化調整操作處理量的變化使整個裝置的負荷都發(fā)生變化，在保證產(chǎn)品質量和產(chǎn)品收率的前提下，必須改變操作條件，使裝置內各設備的物料

14、和熱量重建平衡。處理量的變化，塔頂、側線等處的溫度也相應變化。處理量增大時，塔內操作壓力必然升高，油氣分壓也升高。1.4 分餾塔操作注意事項1、水力學特性對操作的影響了解分餾塔塔板的流體力學特性對于提高塔的處理能力，改善產(chǎn)品分割具有重要意義。塔的流體力學性能包括：塔板壓降、液泛、霧沫夾帶、漏夜及液面落差。 （1）塔板壓降:上升的氣流通過塔板時需要克服塔板本身的干板阻力、板上充氣液層的靜壓強和液體的表面張力，這三部分阻力形成了該板的總壓強降。氣體通過塔板時的壓強降是影響板式塔操作特性的重要因素。干板壓降增大，一般可使板效率提高，板上液層適當增厚，氣液傳質時間增長，顯然效率也會提高，但塔板壓降增大

15、塔負荷也增大。因此進行塔板設計時要綜合考慮，在保證較高的板效率的前提下，力求減少塔板壓降，以降低能耗及改善塔的操作性能。（2）霧沫夾帶：是指塔板上的液體被上升的氣流以霧滴形式攜帶到上一層塔板的現(xiàn)象。霧沫的生成固然可以增大氣液兩相的傳質面積，但過量的霧沫夾帶造成液相在塔板之間反混，進而導致塔板效率嚴重下降。生產(chǎn)中控制霧沫夾帶量ev0.1kg（液）/kg（氣）。塔板間距越大，液滴沉降時間增加，霧沫夾帶量可相應減少，與現(xiàn)場操作有關的是氣體流速變化的影響，氣體流速越大，閥孔速度、空塔氣速均相應上長，會使霧沫夾帶量增加。除此之外霧沫夾帶量還與液體流量、液相粘度、密度、界面張力等物性有關。（3）淹塔：又叫

16、液泛，是指在精餾操作中，下一層塔板上的液體涌至上層塔板，破壞了塔的正常操作的現(xiàn)象。當液體流量一定而氣速過大，氣體穿過板上液層時，造成兩板間壓將增加，使降液管內液體不能下流而造成液泛；當液體負荷太大而降液管面積太小，液體無法順利的向下一層塔板溢流也會造成淹塔。淹塔一般是在塔下部出現(xiàn)，也就是在最低的一條抽出側線油品顏色變重，它與處理量過高、原料油帶水、汽提蒸汽過大等因素有關。（4）漏液：塔板漏液的情況是在塔內氣速過低的條件下產(chǎn)生的。浮閥、篩孔、網(wǎng)孔等塔板當塔內氣速過低，板上液體就會通過升氣孔向下一層塔板泄露，導致塔板分離效率降低。漏液量應不大于液體流量的10，漏液的現(xiàn)象往往是在開停工處理量較低時出

17、現(xiàn)，有時也與塔板設計參數(shù)選擇不當有關。 （5）液面落差：當液體橫向流過板面時，為克服板面的摩擦阻力和板上部件（如泡罩、浮閥）的局部阻力，需要一定的液位差，則在板面上形成液面落差。液層厚度的不均勻性將引起氣流的不均勻分布，從而造成漏液，使塔板效率嚴重降低。液面落差與塔板結構有關，還與塔徑和液體流量有關，當塔徑或液體流量很大時，也會造成較大的液面落差。塔板的負荷性能圖如下。處理固定的物系時，其操作狀況隨氣液負荷改變。要維持塔板正常操作，必須將塔內的氣液負荷波動限制在一定范圍內。在直角坐標系中，以氣相負荷V及液相負荷L分別表示縱、橫坐標，標繪各種極限條件下的V-L關系曲線。1為霧沫夾帶線，當氣相負荷

18、超過此線時，霧沫夾帶量過大，使板效率嚴重下降，塔板適宜操作區(qū)在霧沫夾帶線下；2為液泛線，塔板適宜操作區(qū)在此線以下，否則會發(fā)生液泛； 3為液相負荷上限線，又稱降液管超負荷線，液體超過此線表明液體流量過大，液體在降液管內停留時間過短，進入降液管中的氣泡來不及與液相分離而被帶入下層塔板，造成氣相反混，降低塔板效率；4為漏液線，該線為氣相負荷下限線，氣相負荷低于此線將發(fā)生嚴重的漏液現(xiàn)象，氣液不能充分接觸，使板效率下降；5為液相負荷下限線，液相負荷低于此線使塔板上液流不能均勻分布，導致板效率下降。諸線所包圍的區(qū)域便是塔的適宜操作范圍。操作時的氣相流量V與液相流量L在負荷性能圖上的作標點為操作點，通過原點

19、的直線為操作線,如圖中的直線A。操作線與負荷性能圖上曲線的兩個交點分別表示塔的上下操作極限，兩極限的氣體流量之比稱為塔板的操作彈性。操作彈性大，說明塔適應變動負荷的能力大，操作性能好。2、塔安裝對分餾操作的影響塔身要求垂直，傾斜度不得超過千分之一；塔板要求水平，水平度不能超過2毫米，否則會達不到傳質、傳熱的要求，使塔板效率降低；溢流口與下層塔板的距離應根據(jù)生產(chǎn)能力和下層塔板溢流堰的高度而定，必須滿足溢流堰板插入下層受液盤的液體之中以保持上層液相下流時有足夠的通道和封住下層上升的氣體所必須的液封，避免氣相走短路。3、精餾塔操作應掌握三個平衡精餾塔的操作應掌握物料平衡、氣液相平衡和熱量平衡。物料平

20、衡指的是單位時間內進塔的物料量應等于離開塔的各物料量之和。物料平衡體現(xiàn)了塔的生產(chǎn)能力，它主要是靠進料量和塔頂、塔底出料量來調節(jié)的。物料平衡的變化具體反映在塔底液面波動上。當塔的操作不符合物料平衡時，可以從塔壓差變化反映出來。塔壓差過大，塔內上升氣體的速度過大，霧沫夾帶嚴重，甚至發(fā)生液泛而破壞正常操作；塔壓差過小，塔上升氣體速度過小，塔板上氣液兩相傳質效果低，甚至發(fā)生漏液而大大降低塔板效率。氣液相平衡主要體現(xiàn)了產(chǎn)品的質量及損失情況，它是靠調節(jié)塔的操作條件（溫度、壓力）及塔板上氣液接觸的情況來達到。當溫度、壓力發(fā)生變化時，氣液相平衡所決定的組成就發(fā)生變化，產(chǎn)品的質量和損失情況也隨之發(fā)生變化。氣液相

21、平衡和物料平衡密切相關，物料平衡掌握好了，氣液接觸良好，傳熱、傳質效率高，塔板效率也高。溫度、壓力也會隨著物料平衡的變化而改變。熱量平衡是指進塔熱量和出塔熱量的平衡，具體反映在塔頂溫度上。熱量平衡是物料平衡和氣液相平衡得以實現(xiàn)的基礎，反過來又依附于他們。沒有熱的氣相和冷的回流，整個精餾過程就無法實現(xiàn)。而塔的操作壓力、溫度的改變（即氣液相平衡組成的改變），則使每塊塔板上氣冷凝的放熱量和液體汽化的吸熱量也隨之改變，主要體現(xiàn)在進料換熱和塔頂取熱發(fā)生變化上。掌握好物料平衡、氣液平衡和熱量平衡是精餾操作的關鍵所在，三個平衡之間相互影響相互制約。通常操作中以控制物料平衡為主，相應調節(jié)熱量平衡，最終達到氣液

22、相平衡的目的。要保持穩(wěn)定的塔底液面平衡必須穩(wěn)定以下幾個因素：進料量，進料溫度，塔頂、側線及塔底抽出量，塔頂壓力。要保持穩(wěn)定的塔頂溫度必須穩(wěn)定以下幾個因素：進料量，進料溫度，頂回流，各中段回流量及溫度，塔頂壓力，汽提蒸汽量，原料及回流不帶水。只要注意塔頂溫度和塔底液面，分析波動原因，及時加以調節(jié)，掌握三個平衡，可保證塔的正常操作。分餾塔的一般操作（先說溫度，以后陸續(xù)上傳）：溫度： 1.塔進料溫度： 各塔的進料溫度一般為泡點溫度。此時，進料入塔內一次閃蒸后，形成的氣液兩相與塔內氣液兩相組成接近相等，分餾效率最高。如果進料溫度過低，以“過冷液體”進入。將使進料板以下幾塊塔盤液體負荷加大，在降液管中的

23、流速增加，降低分餾效果。反之，如果進料溫度過高，以“過熱液體”進入，將使進料板以上幾塊塔盤氣相負荷加大，容易產(chǎn)生霧沫夾帶，也會降低分餾效果，從而影響塔板效率，使產(chǎn)品的分離度降低。 2.塔底溫度： 塔底溫度是根據(jù)塔底產(chǎn)品與側線產(chǎn)品或塔頂產(chǎn)品的切割點來決定的。生產(chǎn)操作中，在塔壓、進料穩(wěn)定條件下，采用重沸爐的塔，通過重沸爐出口溫度和重沸爐的汽化量來調節(jié)；采用過熱蒸汽汽提塔，通過塔進料溫度和氣體蒸汽量來調節(jié)。塔底溫度是衡量物料在該塔的蒸發(fā)量大小的主要依據(jù)。溫度越高，蒸發(fā)量越大；溫度過高甚至造成攜帶現(xiàn)象，使側線產(chǎn)品的干點偏高，顏色變深。但塔底溫度過低時，合理組分蒸發(fā)不了，產(chǎn)品質量輕，也加大了塔底設備的負

24、荷，塔底泵易產(chǎn)生氣蝕，損壞密封。液位：( s2 m3 R T4 B+ I/ K. 液位是生產(chǎn)操作中的關鍵控制參數(shù)，是無聊平衡的直接反應。無論回流罐液位還是塔底液位均應維持在正常的范圍之內，如40%60%。液位高低受進料性質、物料流量、塔頂溫度、塔底溫度及操作壓力等因素的影響，也將影響目的產(chǎn)品收率、目的產(chǎn)品質量和分餾系統(tǒng)的平穩(wěn)操作。液面是系統(tǒng)物料平衡的集中體現(xiàn)。塔底液面的高低將不同程度的影響產(chǎn)品質量、收率及平穩(wěn)操作。液面過高會造成攜帶甚至沖塔現(xiàn)象；液面過低易造成塔底泵抽空以致?lián)p毀設備。所以，平衡好各塔液面尤為重要，一般各塔液面控制在玻璃板中部稍低一點為好?；亓鞅龋?回流量與塔頂抽出液體產(chǎn)品質量之

25、比稱為回流比。用于控制產(chǎn)品分離精度和塔頂溫度。當回流比增加時，產(chǎn)品間分離精度提高；回流比減小，分餾效果變差。但過大的回流比必然增加進料或塔底熱負荷，塔內氣相負荷增加，影響分餾效果，增加能耗。分餾各點溫度的高低主要視進料性質而定，也就是說，溫度是隨進料的裂化程度而降低的。所以。在平時的操作中主要依據(jù)進料性質及時調節(jié)各點溫度，特別是各塔底的重沸爐和重沸器的出口溫度，并根據(jù)這個溫度作為操作中的主要依據(jù)，及時調整其余參數(shù)?；亓髁繉Ξa(chǎn)品的質量和收率有很大影響?；亓髁渴峭ㄟ^回流線上的流控閥來實現(xiàn)控制的，當回流量增加時，塔頂產(chǎn)品與塔底產(chǎn)品之間將得到精確的分離。 如果回流量和塔頂產(chǎn)品外送量均增加，塔盤負荷也會增加，因此，要注意總液體量的增加（回流量和產(chǎn)品量總和）以防止意外事故（如液泛）。要記住，如塔的外回流溫度降低時塔的內回流將增加，回流比應保持在34之間。當進料中的液化氣和輕餾分相對減少時，需要使用較高的回流比。但回流比對塔進料應該相對恒定。 合適的塔頂回流量是保證產(chǎn)品切割的重要前提，塔頂回流量也是塔頂溫度的重要手段，增加塔頂回流量可以適當降低塔頂溫度，確保塔頂輕餾分中不含重關鍵組分。但太低的塔頂溫度將使塔頂收率下降，塔底或塔側線的重餾分中含有較多的輕組分而使產(chǎn)品不合格。 回流比與進料組成、進料量、塔操作壓力、操作溫度、塔頂或塔底產(chǎn)品質