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4.3 保证精馏塔三大平衡之蒸汽阀门应用及选型
发布时间:2025/5/13 11:21:18

在制药,生物、精细化工等生产中,常常会有很多液相或汽相混合物中需要分离或提纯,因此精馏技术便得以广泛应用,适合各类溶剂浓缩回收:醇类、无水醇类、醋酸类回收系统、生物柴油脱色+除渣系统等等!

 

一、工作原理

精馏就是在一定压力下,利用互溶液体混合物各组分的沸点或饱和蒸汽压不同,使轻组分(沸点较低或饱和蒸汽压较高的组分)汽化,经多次部分液相汽化和部分气相冷凝,使气相中的轻组分和液相中的重组分浓度逐渐升高,从而实现分离。  


二、精馏单元主要设备组成及工艺流程

精馏过程的主要设备有:精馏塔、再沸器、冷凝器、回流罐和输送设备等。精馏塔以进料板为界,上部为精馏段,下部为提馏段。一定温度和压力的混合料液进入精馏塔后,轻组分在精馏段向上逐渐浓缩,离开塔顶后全部冷凝进入回流罐,一部分作为塔顶产品(也叫馏出液),另一部分被送入塔内作为回流液。回流液的目的是补充塔板上的轻组分,使塔板上的液体组成保持稳定,保证精馏操作连续稳定地进行。而重组分在提馏段中向下浓缩后,一部分作为塔釜产品(也叫残液),一部分则经再沸器加热后送回塔中,为精馏操作提供定量连续上升的蒸气气流。 

 

三、精馏塔操作的三大平衡是什么?

精馏塔的操作应掌握三大平衡,即:物料平衡、气液相平衡和热量平衡。

1、物料平衡:指的是单位时间内进塔的物料量应等于离开塔的诸物料量之和。物料平衡体现了塔的生产能力,它主要是靠进料量和塔顶、塔底出料量来调节的。操作中,物料平衡的变化具体反应在塔底液面上。当塔的操作不符合总的物料平衡时,可以从塔压差的变化上反映出来。

例如,进得多,出得少,则塔压差上升。对于一个固定的精馏塔来讲,塔压差应在一定的范围内,塔压差过大,塔内上升蒸气的速度过大,雾沫夹带严重,甚至发生液泛而破坏正常的操作;塔压差过小,塔内上升蒸气的速度过小,塔板上气液两相传质效果降低,甚至发生漏液,大大降低了 塔板效率。物料平衡掌握不好,会使整个塔的操作处于混乱状态,掌握物料平衡是塔操作中的一个关键。如果正常的物料平衡受到破坏,它将影响另两个平衡,即气液相平衡达不到预期的效果,热平衡也被破坏而需重新予以调整。


2、气液相平衡: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。只有在温度、压力固定时,才有确定的气液相平衡组成,当温度、压力发生变化时,气液相平衡所决定的组成就发生变化,产品的质量和损失情况随之发生变化。

气液相平衡与物料平衡密切相关,物料平衡掌握好了,塔内上升蒸气速度合适,气液接触良好,则传热传质效率高,塔板效率亦高。当然温度、压力也会随着物料平衡的变化而改变。


3、热量平衡:是指进塔热量和出塔热量的平衡,具体反应在塔顶温度上。热量平衡是物料平衡和气液相平衡得以实现的基础,反过来又依附于它们。没有热的气相和冷的回流,整个精馏过程就无法实现;而塔的操作压力、温度的改变(即气液相平衡组成改变),则每块塔板上气相冷凝的放热量和液体汽化的吸热量也会随之改变,体现在进料供热和塔顶取热发生的变化上。

 

四、再沸器的疏水系统和加热控制系统:

再沸器能使液体再一次汽化,是一个能够交换热量,同时有汽化空间的一种特殊换热器。再沸器有好几种类型,包括釜式再沸器、立式和卧式热虹吸再沸器、内置式再沸器、强制循环式再沸器和降膜式再沸器五大类,这里以比较常用的釜式再沸器为例来说明。

 

1、疏水阀的选择:

再沸器的加热蒸汽走壳程,料液走管程。另外壳程(走蒸汽)必须有积液,否则蒸汽就从再沸器中直接贯通了,这会造成凝液罐严重水锤;并且再沸器中没有建立一定的凝液说明再沸器没有产生蒸汽相变,即没有实现最高加热效率!没有积液反而导致再沸器效率降低!

精馏塔其实很娇气,当有不该进入的物料如不凝气体被加入,或者较重组分进入都会让塔不舒服。所以严格控制精馏塔的菜单是精馏塔操作平稳的至关重要的条件,轻重组分物料不能随便改,如果有不凝气体进入系统,必须立即排掉它,因此操作时需要手动排气!也非常有必要加装自动排气阀,可以与疏水阀并联安装;另外,这个工况和容易产生“蒸汽绑”,因此疏水阀需要选用自带热静力排空膜盒和破除“蒸汽绑”装置的自由浮球疏水阀,比如广州维远way’s破汽绑自由浮球疏水阀,型号BFT45F,DN40~50;BFT18F,DN32~40。

2、精馏塔自动控制系统的选择:

因为精馏塔的三个平衡之间相互影响、相互制约。在操作中通常是以控制物料平衡为主,相应调节热量平衡,最终达到气液相平衡,才能按要求产出合格产品。

(1)、要保持塔底液面稳定平衡,必需稳定:

①进料量和进料温度;②塔顶、侧线及塔底抽出量;③塔顶压力。

(2)、要保持稳定的塔顶温度,必需稳定:

①进料量和进料温度;②顶回流、循环回流各中段回流量及温度;

③塔顶压力; ④汽提蒸汽量;⑤原料及回流不带水。

只要密切注意塔顶温度、塔底液面,分析波动原因,及时加以调节,就能掌握塔的三个平衡,保证塔的正常操作。

为了保证精馏塔正常操作,塔底再沸器的液位不能过低,塔顶回流液的量不能太小。


(3)以下是几种常见的控制方式:

对于二级或多级精馏塔,当塔压恒定时,温度与料液组分之间有一一对应的关系,因此,温度常常作为被控变量和间接质量指标。温度监测点的位置有塔顶温度、灵敏板温度和中段温度。蒸汽进汽管道上的气动控制阀,塔釜温度调节与蒸汽流量调节形成串级控制。同时利用疏水阀及时排放冷凝水,防止蒸汽泄漏。由于蒸汽压力容易调节,通过减压阀后压力一般都会很稳定,因此这种调节蒸汽流量的控制方式最为直接、灵敏、可靠、稳定,换热器也不需要很大的余量,且反应迅速、调节及时,还能避免水锤,能使精馏系统平稳和连续运行。这是最传统也是最可靠的方式。

 

(4)控制阀的正反作用选择:一般来说,加热蒸汽和进料管道选用气开式的(失效关),回流或循环水管道选用气关式的(失效开)。

(5)控制阀的材料选择:一般蒸汽管道和循环水选用铸钢材质,其他物料管道和空气管道选用不锈钢材质。

(6)气动控制阀选型:

根据一次压力、二次压力和蒸汽流量等参数计算Kv值,然后严格选型。

比如广州维远way’s波纹管密封气动控制阀就非常合适,型号为PCV3000-B1或PCV3000-BU1。

此型号控制阀优势(相比传统填料密封控制阀):波纹管密封结构,确保零外漏;因为没有填料的摩擦阻力作用,反应速度更快,控制精度更高;内密封面堆焊司太立合金,更耐冲蚀汽蚀,关闭时采用平面密封,关闭更严密,使用寿命更长。

Kv值选型过大或阀门选型过大:造成控制精度降低,寿命缩短;

选型过小:即使阀门全部打开,流量也不够,物料无法升温。

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