精馏塔的基本控制方案如何

浅谈精馏塔的控制方案

摘要：精馏过程是一个多变量的传质过程，对于不同工况，不同要求的精馏塔，其控制方案也是有差别的，因此，针对不同的工艺要求，根据工艺过程的特点，选择不同的控制方案，对于精馏塔的稳定操作以及产品质量的控制起着至关重要的作用。

关键字： 精馏塔 加压精馏 减压精馏 自动控制 一、概述

精馏过程是一个传质过程，在石油化工装置中的应用非常广泛，主要是利用混合液中各组分的相对挥发度的不同，即在同一温度下各组分的蒸汽压不同这一性质，使液相中的轻组分转移到气相中，而使气相中的重组分转移到液相中去，从而达到组分分离的目的。精馏多用于产品或半产品的分离，使之达到规定的纯度。

从工艺角度来讲，同是精馏塔，实际上是千差万别的，虽然都是传质过程，但对于分离物质物性、要求相差很多，因为精馏的操作压力与温度是由为建立适当的气液两相共存的条件所决定的，根据不通的混合物和特性，精馏过程一般可分为常压精馏、加压精馏和减压精馏（真空精馏）三类。

（1） 常压精馏

常压下，沸点在室温以上到150℃左右的混合物通常在常压下进行精馏，这样，无论在选择再沸器热剂（如水蒸气），还是在选择冷凝器冷剂（如水或空气）时，都是非常方便可行。

（2） 加压精馏

对于常压

精馏塔基本知识中国石油大学储运工程系 李玉星

蒸馏

使多组分混合物原料发生部分汽化或部分冷凝的相变，气 相内浓集了原料中的易挥发组分，而液相内浓集了原料中 的难挥发组分，使原料按挥发度不同实施一定程度的分离， 这一工艺称蒸馏。蒸馏是矿场实施油气初加工的一种主要 工艺，油气分离、原油稳定、天然气凝液回收、凝液分馏 等都是按蒸馏原理实施的油气加工过程。 蒸馏共有三种方式：闪蒸、简单蒸馏和精馏。

精馏

精馏是使液体混合物依据各组分挥发度不同、而达到较完 善分离、产品收率较高的一种蒸馏操作。 精馏原理

精馏过程实质上是多次平衡汽化和冷凝的过程。

如此重复m次，只要m足够大，就可得到轻组分浓度极小、 重组分浓度极高的液体，但数量很少。 如此重复n次，最后可得到轻组分浓度很高的气体，但数量 极少。 这种多级部分汽化和部分冷凝的极限情况即为微分汽化和 微分冷凝，它们能够得到很纯的轻重组分，但数量或收率 很低。

没有利用组分浓度不高的中间产物，如y1’和xn,是收率低 的根本原因。为此，可将与原料浓度z相近的y1’蒸气和液 体xn回流至罐F,设计出如图所示的流程。

所示的流程即为精馏 过程，它可使混合物 得到有效分离，既可 保证高的产品纯度， 又能达到较高的收率。

流程

精馏塔常用的一些控制方案

塔的作用是在同一个设备中进行质量和热量的交换，是石油化工装置非常重要的设备。塔的型式有板式塔（泡罩塔、浮阀塔、栅板塔等）、填料塔（高效填料、常规填料、散装填料、规整填料等）、空塔。塔由筒体和内件组成。

蒸馏塔由精馏段和提馏段组成，进料口以上是精馏段，进料口以下是提馏段。

精馏塔的控制方案主要从塔压、釜温、顶温、塔釜液面四个方面来说明：

1．精馏操作中塔压的控制调节方法

塔的压力是精馏塔主要的控制指标之一。任何一个精馏塔的操作，都应当把塔压控制在规定的指标内，以相应地调节其它参数。塔压波动过大，就会破坏全塔的物料平衡和气液平衡，使产品达不到所要求的质量。所以，许多精馏塔都有其具体的措施，确保塔压稳定在适宜范周内。

对于加压塔的塔压，主要有以下三种调节方法

（1）塔顶冷凝器为分凝器时，塔压一般是靠气相采出量来调节的，如图6-1所示。在其它条件不变的情况下，气相采出量增大，塔压下降，气相采出量减小，塔压上升。

（2）塔顶冷凝器为全凝器时，塔压多是靠冷剂量的大小来调节，即相当于调节回流液温度，如图6-2所示。在其它条件不变的前提下，加大冷剂量，则回流液的温度降低，塔压降低，若减少冷剂量，回流液温度上升，塔压上升。

（3）热旁

精馏操作基本知识

1、何为相和相平衡：

答：相就是指在系统中具有相同物理性质和化学性质的均匀部分，不同相之间往往有一个相界面，把不同的相分别开。系统中相数的多少与物质的数量无关。如水和冰混合在一起，水为液相，冰为固相。一般情况下，物料在精馏塔内是气、液两相。

在一定的温度和压力下，如果物料系统中存在两个或两个以上的相，物料在各相的相对量以及物料中各组分在各个相中的浓度不随时间变化，我们称系统处于平衡状态。平衡时，物质还是在不停地运动，但是，各个相的量和各组分在各项的浓度不随时间变化，当条件改变时，将建立起新的相平衡，因此相平衡是运动的、相对的，而不是静止的、绝对的。比如：在精馏系统中，精馏塔板上温度较高的气体和温度较低的液体相互接触时，要进行传热、传质，其结果是气体部分冷凝，形成的液相中高沸点组分的浓度不断增加。塔板上的液体部分气化，形成的气相中低沸点组分的浓度不断增加。但是这个传热、传质过程并不是无止境的，当气液两相达到平衡时，其各组分的两相的组成就不再随时间变化了。 2、何为饱和蒸汽压？

答：在一定的温度下，与同种物质的液态（或固态）处于平衡状态的蒸汽所产生的压强叫饱和蒸汽压，它随温度的升高而增加。众所周知，放在杯子里的水，会因不断蒸发变

宁夏理工学院毕业设计

1文献综述

1.1甲醇的性质简介、用途和安全性

1.1.1甲醇简介

甲醇的分子式为CH3OH，其分子量为32.04。常温常压下，纯甲醇是无色透明的、易流动的、易挥发的可燃液体，具有与乙醇相似的气味[1]。其一般性质列于表1-1。甲醇的粘度和表面张力随温度改变如表1-2所示。[2]

甲醇的电导率，主要决定于它含有的能电离的杂质，如胺、酸、硫化物和金属等。工业生产的粗甲醇都含有一定量的有机杂质，其一般比电学率为1×10?6～7×10?7。

甲醇可以和水以及许多有机液体如乙醇、乙醚等无限地混合，但不能与脂肪族烃类相混合、它易于吸收水蒸汽、二氧化碳和某些其他物质，此外只有用特殊的方法才能制得完全无水的甲醇。同样，也难以从甲醇中清除有机杂质，产品甲醇总有有机杂质约0.01%以下。[1]

表1-1 甲醇一般性质

[2]

性质 密度 相对密度 沸点 热容

0.81009/ml(℃) 0.7913（d20）4 64.5℃～64.7℃

数据 性质 导热系数 表面张力

生成热

数据

2.09J/ (cm.s.K)

0.00002255N/cm(22.55dyn/cm)(20℃)

2.51～2.53J(g.℃)(2～25℃液体)45J（mol

食品工程原理实习课程设计任务书 浮阀精馏塔设计实例

1 设计题目：分离乙醇-水混合液的浮阀精馏塔设计 2 原始数据及条件

生产能力：年处理乙醇-水混合液14.0万吨（开工率300天/年） 原料：乙醇含量为20%（质量百分比，下同）的常温液体 分离要求：塔顶乙醇含量不低于95% 塔底乙醇含量不高于0.2% 建厂地址：江苏常州

塔板的工艺设计

1 精馏塔全塔物料衡算

F：原料液流量（kmol/s） xF：原料组成（摩尔分数，下同） D：塔顶产品流量（kmol/s） xD：塔顶组成 W：塔底残液流量（kmol/s） xW：塔底组成

原料乙醇组成：

塔顶组成：

塔底组成：

1

进料量：

物料衡算式：F = D + W

F xF= D xD+ W xW

联立代入求解：D = 0.0264 kmol/s， W = 0.2371 kmol/s 2 常压下乙醇-水气液平衡组成（摩尔）与温度关系 在示例中对表格、图和公式未编号，在设计说明书中要求严格编号。

表3-11 乙醇-水气液平衡组成（摩尔）与温度关系 温度温度温度液相 气相 液相 气相 液相 气相 /℃ /℃ /℃ 100 0 0 82.7 23.37 54

目录

目录 ................................................................................................................................................................ 1 一．前言 ........................................................................................................................................................ 2 1.1概述 ...................................................................................................................................................... 2 1.2 设计任务及要求..............................

精馏塔效率的测定

1. 实验目的

①熟悉板式精馏塔和填料精馏塔的结构、性能与操作。 ②掌握板式塔全塔效率及填料塔等板高度的测定方法。 ③了解精馏操作中各项操作因素之间的关系与相互影响。

2. 实验原理

板式精馏塔连续稳态操作时涉及的基本参数有：F、D、W、xF、xD、xW、?、

R、q、E、Np共计11个，操作中必然满足的基本关系有以下几方面：

①物料平衡：包括总物料与各组分的平衡，基本衡算式为：

F?D?W （3-25） Fx?DxD?WxW （3-26） F式中：F、D、W— 进料，塔顶、塔底产品的摩尔流率，mols

xF 、xD、xW— 进料，塔顶、塔底产品中轻组分的摩尔分率，无因次 上述参量中，只有4个独立变量，通常F、xF、D、W确定，则xD、xW唯一确定。

②相平衡：采用相对挥发度，则平衡方程为：

y??x1????1?x （3-27）

N式中：?— 平均相对挥发度，无因次

③在分离效率E，分离程度xD、xW确定的前提下，操作回流比R与实际塔板数p的对应；若人为

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原料乙醇组成：

塔顶组成：

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1

进料量：

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F xF= D xD+ W xW

联立代入求解：D = 0.0264 kmol/s， W = 0.2371 kmol/s 2 常压下乙醇-水气液平衡组成（摩尔）与温度关系 在示例中对表格、图和公式未编号，在设计说明书中要求严格编号。

表3-11 乙醇-水气液平衡组成（摩尔）与温度关系 温度温度温度液相 气相 液相 气相 液相 气相 /℃ /℃ /℃ 100 0 0 82.7 23.37 54

DN700甲醇精馏塔设计

一、甲醇精馏塔设计的背景与意义

精馏塔是化工工业中广泛使用，是分离工艺中的重要设备。而精馏是甲醇生产的重要后处理工序，在甲醇生产中占据重要的位置。甲醇精馏塔是精馏的核心设备，它与产品质量回收率消耗定额三废排放及处理等方面密切相关甲醇精馏塔既可采用板式塔，也可采用填料塔。近年来，我国精馏塔内件技术有了长足发展，如高效导向筛板、新型垂直筛板、新型导向浮阀塔板及新型规整填料等技术开始被广泛采用[1]。

甲醇精馏装置是甲醇生产的重要处理工序，其能耗占甲醇生产总能耗20%左右。甲醇精馏技术的好坏直接关系到精甲醇的质量；先进、节能、高效的精馏装置，对降低成本、节能降耗、提高产品竞争力和企业经济效益起到重要的作用。

加强对甲醇精馏塔的研究与改进，不断满足化学工业的要求，达到低成本、低耗能、节能环保、绿色高效等要求，有利于我国化学工业科学快速的发展，不断赶上国际以及发达国家的脚步，提升自己的竞争实力。

二、国内外对本课题的研究现状

现阶段，国内外的研究聚焦于新型高效性能塔板的开发及工业应用；塔板设计、开发更趋于科学化的方向。在填料塔研究方面，不断研究新型、高效的填料来提高填料塔的效能。随着时代的发展，国内外对精馏塔的研究更趋向于经济、安全、高效