精馏塔压力热旁通系统设备及管道布置研究

精馏塔压力热旁通系统设备及管道布置研究

张雪利

新疆中泰新鑫化工科技有限公司 新疆维吾尔自治区阜康市  831400

摘要：随着时代的进步，化工行业的发展越来越好。在化工生产过程中，对各种科学技术的应用，极大地提升了化工生产水平，促使化学生产更好地创新和发展。化工生产中能源的消耗问题，是制约着其高质量发展的主要问题之一，为有效降低能耗，应对关键技术环节进行必要的优化和改善。降低精馏技术的能耗，无疑是促进化工生产高质量发展的关键举措之一。

关键词：精馏塔压力；热旁通系统设备；管道布置

引言

在化工生产中，我们经常需要提纯或回收互溶液体中某种有用的组分。互溶液体的分离有许多种方法，蒸馏和精馏是常见的方法之一，应用十分广泛。对于一个精馏系统来说，本质上它利用了组分间挥发度的不同将液体部分分离，经过多次重复分离操作，从而实现提纯组分的目的。

1精馏技术概述

化工生产中应用的精馏技术，主要是将化工生产中所需要的混合物，利用精馏技术按照混合物不同的挥发程度，实现混合物有效分离的一项生产技术。在化工生产中，一般是利用精馏塔进行精馏作业，利用气体与液体的逆流相接产生的热量传递，实现物质的有效分离。精馏技术在实际的应用中，会受到多种因素的影响，如精馏塔的设计与应用、压力、温度等因素，这些影响会使精馏技术在实际作业过程中产生大量的能源消耗，导致化工生产能源消耗增加。因此，开展对降低精馏技术能源消耗问题的研究是化工生产中迫切需要解决的重要问题。化工生产精馏技术工艺流程，首先从精馏塔的底部灌入气体，精馏塔内部的液体会进行自上而下的流动，并在流动过程中与向上的气体产生接触，气体与混合物液体在接触的过程中，会挥发掉一部分混合物，但仍有一部分难以完全挥发，会逐步转化为另一形态的物质，最后混合物液体会向着塔顶运动，气体会在精馏塔顶部聚集，完成液体与气体的分离作业。其中，完成分离作业的气体会进入到冷凝器内，混合物液体一部分会作为分离物质从精馏塔内取出，另一部分会继续留在精馏塔内重复工艺流程。精馏技术的工艺流程，会产生大量的能源消耗，来保证分离作业的有效和高效。作为化工生产中重要的生产技术之一，化工生产企业应加强对精馏技术的优化和改善，优化精馏技术工艺流程，减少非必要环节的能源消耗，从而促进化工生产企业的可持续发展。

2精馏塔工艺操作影响因素分析

2.1进料工况产生的影响

在实际生产过程中，当精馏塔中进料量出现变化，对于冷凝剂和加热剂的配比需要进行一定调整，但对于塔釜及塔顶的温度影响并不直接，只会降低蒸汽上升速度。在进料量出现增大的情况下，上升气流的速度与液泛较为接近时，具有良好的传质效果，当比液泛速度更大时就会破坏精馏塔常规操作；在进料量出现降低的情况下，气流的速度越低，对于传质效果越不利，严重情况下还会导致漏液现象发生，进而降低分离效率。

2.2塔釜温度造成的影响

塔釜温度主要由物料构成、釜压所决定，在精馏塔操作过程中，塔釜温度保持恒定才能使产品质量得到保证。所以，塔釜温度是精馏操作过程中，较为重要的控制指标。在进行塔釜温度提升的过程中，要减少塔中液相易挥发组分，同时提升上升蒸汽速度，最终使传质效率得到有效提高。若是塔顶得出产品，塔釜有不易挥发物的排出物排除，会减少易挥发组分，减少相应的损失；若是塔釜排除物是产品，能够使产品质量得到提升，不过塔顶也会增大易挥发组分的排除，以此使损失增大。进行温度提升的过程中，要重视对产品质量的影响，同时要兼顾工艺损失。通常状况下，精馏塔操作中对温度调整，促使产品质量提高，减小工艺损失问题。在釜温发生改变时，一般会改变蒸发釜加热蒸汽量，以此使塔釜温度恢复到正常状况。在釜温比常规操作值小的情况下，需要提升蒸汽用量，以此促使釜液汽化量提高，促使釜液重组分含量得到一定提升，进而提升釜温及泡点。在釜温较之常规操作值更低的情况下，要进行蒸汽量减少，以此使釜液汽化量降低，提升釜液轻组分总体含量，最终降低釜温及泡点。

3热旁通系统的管道布置

3.1热旁通管道及冷凝液管道的布置

在热旁通控制方案中，过冷液体由冷凝器进入回流罐，气液两相处在一个不平衡的状态。由于这种不平衡状态，在化工生产时，若触及没有保温的罐体时，时常感觉到罐体的上半部温度高，而下半部温度低。在回流罐中存在一层“液膜”，该液膜会与来自塔顶的气相保持着气液平衡。若该液膜发生波动，会引起冷凝液液位的波动，从而引起回流罐和塔顶压力的变化。因此保持该液膜的温度十分重要，这就需要在设计的过程中考虑保持回流罐中的液位稳定。在进行热旁通管道和冷凝液管道的布置时，需注意以下几点:1)冷凝器出口液体，应尽量从回流罐底部进入罐体。若只能从顶部进入回流罐时，入口的管道应该延伸至罐底部位置，尽量减少由于冷凝液进料对罐液位造成的波动2)热旁通管线应尽量从回流罐的顶部进料。该段管道在配管设计时应注意避免出现液袋，水平管道应增加坡向回流罐的坡度(坡度一般为2‰～3‰)，使积聚在管道中的液体能自流回到罐体中。3)对热旁通的管道及回流罐进行保温。由于极小的温度变化，如下雨等，都会对整个系统的控制造成影响，因此需在设计过程充分考虑温度对系统压力的影响。4)热旁通管线不能先与冷凝液管道混合，然后再进入回流罐的方法。两种气液先混合再分别从罐底、罐顶进入回流罐的方式，这样是为了除去罐内气液两相的温差，更易于调节塔内压力。但在实际的生产过程中，若将两股物料先混合，再进入回流罐，首先会造成回流罐内液位的波动，其次在混合过程中，塔顶的气相会被冷凝造成换热器冷量的波动。

3.2不凝气管道的布置

在实际生产中，塔顶气相中常混着少许的不凝气。不凝气会顺着管线进入下游设备，若不能及时地将不凝气排出，气体会一直在系统中积聚。而在热旁通系统中，不凝气会积聚在冷凝器的壳程中，随着不凝气越积越多，冷凝器的有效传热面积会不断下降，压力会不断增大，同时也会造成塔内压力不断增大。为了确保系统的稳定，可以通过手动调节，将不凝气排出系统。主要流程是:将热旁通关闭，打开回流罐的调节阀，此时，塔顶的气相不断进入冷凝器，将不凝气赶入回流罐，然后放空口排出;观察压力的变化，当压力降到一定值时，可关闭放空阀，打开热旁通，开始运行。

3.3冷凝器循环冷却水管道的布置

冷凝器循环冷却水管道的设置时应注意以下几点:1)冷凝器循环冷却水侧的流速应≥1m/s。如果循环冷却水在冷凝器内流速较低，会导致循环水内的泥沙在换热器内沉积，阻力增大，流量降低。而循环水流量降低，则会导致循环水出口温度较高，造成换热器结垢严重，影响冷凝器的正常运行，无法保证精馏塔的压力。2)循环水管道的布置应便于冷凝器封头拆卸清洗，必要时在管道上增设拆卸法兰。选用了对夹式蝶阀作为切断阀，却没有在管道上设置拆卸法兰，导致冷凝器需要拆封头清洗时循环水管路无法切断拆除，使得换热器的检修清洗无法进行。

结语

虽然精馏塔压力的控制方案各不相同，但是从本质上来说，精馏塔对于压力的控制都是通过控制塔顶气相（气相采出或不凝气）的量来实现的。具体到每一个不同工艺中的时候，需要根据精馏塔的操作压力，物料的性质，精馏塔的设计特点等方面，充分评估各种控制方案的利弊，从而选择最优的控制方案。有必要的时候，还可以通过将两种或多种不同的简单控制方法组合的形式来控制精馏塔压力，取长补短，以达到设计目的。

参考文献

[1]吕志龙.精馏塔压力自动控制方案的选择及优化[J].湖南理工学院学报（自然科学版）,2019,6.

[2]刘成军,等.精馏塔压力热旁路控制系统中热旁路气体流量的计算[J].化工设计,2021,26（3）.