塔的操作原理及产品质量控制

塔的操作原理及产品质量控制炼油二车间龙先煌2011.10.19主要内容一、气液传质设备概述二、板式塔的类型三、板式塔的构造四、板式塔的流体力学性能五、板式塔的操作特性六、重整装置控制的主要产品质量七、液态烃C5的影响因素及控制方法八、苯含量的影响因素及控制方法一、气液传质设备概述•作为气液传质的主要设备之一，板式塔在工业上得到了广泛的应用。正常工作时，塔内流体在重力作用下由上层塔板的降液管流到下层塔板的受液盘。气体由塔底进入，在塔顶底的压力差推动下，穿过受液盘的液体。因此，塔板是气液两相进行质量和热量传递的主要部件，气液在塔板上的逐级接触，导致两相的组成沿塔高呈阶梯式变化。如下图示二、板式塔的类型•对于一块塔板，气液间的相对流向有两种类型：•①错流式液体沿水平方向横过塔板，气体则沿与塔板垂直方向由下而上穿过板上的孔通过塔板，气液呈错流。筛板塔、浮阀塔及泡罩塔等的操作均属此类型。这种类型塔的结构特点是具有降液管。降液管提供了液体从一块塔板流至其下一块塔板的通道。•②逆流式气液皆沿与水平塔板相垂直的方向穿过板上的孔通过塔板。气体由下而上，液体由上而下，气液呈逆流。淋降筛板塔即属此类型。此类型塔板没有降液管。这两种类型的塔，就全塔而言，气液皆呈逆流。两种类型的塔在操作时板上都有积液，气体穿过板上小孔后在液层内生成气泡。板上泡沫层便是气液接触传质的区域。板式塔的塔板类型一、泡罩塔泡罩塔是Cellier于1813年提出的最早工业规模应用的板式塔型式。二、筛板塔（筛板塔约于1832年开始用于工业生产）筛板塔的主要结构及功能：1.筛孔——提供气体上升的通道；2.溢流堰——维持塔板上一定高度的液层，以保证在塔板上气液两相有足够的接触面积；3.降液管——作为液体从上层塔板流至下层塔板的通道。生产实践说明：1、只要筛板塔设计合理，操作得当，筛板塔不仅可稳定操作，而且操作弹性可达2～3，能满足生产要求。2、筛板塔比起泡罩塔，生产能力可增大10%～15%，板效率约提高15%，单板压降可降低30%左右，造价可降低20%～50%。三、浮阀塔：浮阀塔是廿世纪五十年代初开发的一种新塔型。阀片上各部件的作用：•阀脚：浮阀有三条带钩的腿。将浮阀放进筛孔后，将其腿上的钩扳转，可防止操作时气速过大将浮阀吹脱。•定距片：浮阀边沿冲压出三块向下微弯的“脚”。当筛孔气速降低浮阀降至塔板时，靠这三只“脚”使阀片与塔板间保持2.5mm左右的间隙；在浮阀再次升起时，浮阀不会被粘住，可平稳上升。•能力比较：浮阀塔的生产能力比泡罩塔约大20%～40%，操作弹性可达4～9，板效率比泡罩塔约高15%，制造费用为泡罩塔的60%～80%，为筛板塔的120%～130%。三种常用浮阀的主要尺寸阀型主要尺寸F1型（重阀）V-4型T型筛孔直径，mm阀片直径，mm阀片厚度，mm最大开度，mm静止开度，mm阀片质量，g394828.52.532～3439481.58.52.525～263950281.0～2.030～32三种塔板的比较:1.生产能力：筛板浮阀泡罩；2.压降：泡罩浮阀筛板；3.操作弹性：浮阀泡罩筛板；4.造价：泡罩浮阀筛板；5.板效率：浮阀、筛板相当泡罩。四、其他类型塔板1.舌形塔板与浮动舌形塔板2.导向筛板气液传质设备逐级接触式微分接触式板式塔填料塔三、板式塔的构造1、板式塔的结构1）塔板的构造•筛孔•降液管•溢流堰（剖面图）降液管受液区溢流堰安定区开孔区俯视图开孔区（有效传质区）：塔板上布置有筛孔的区域，提供主要汽液传质区域。降液区：每根降液管所占用的塔板区域，液体自上一层塔板流至其下一层塔板的通道。安定区：此区域不开孔是为了防止因这部位液层较厚而造成倾向性漏液，同时也防止气泡窜入降液管。边缘固定区：在塔板边缘有宽度为Wc的区域不开孔，这部分用于塔板固定。2）塔板类型a）泡罩塔板b）筛孔塔板c）浮阀塔板d）舌型塔板e）斜孔塔板3）塔板的比较塔板性能比较塔板类型相对生产能力相对板效率操作范围压强降结构成本泡罩板1.01.010～100高复杂1.0筛板1.2～1.41.135～100低简单0.4～0.5浮阀板1.2～1.31.1～1.210～100中一般0.7～0.8舌型塔板1.3～1.501.150～100低最简单0.5~0.6斜孔板1.5～1.81.130～100低简单0.5各种塔板的优点及适用范围优点缺点适用范围塔板类型泡罩板较成熟，操作范围宽结构复杂，阻力大，生产能力低某些要求弹性好的特殊塔浮阀板效率高，操作范围宽采用不锈钢，浮阀易脱落分离要求高,负荷变化大;原油常压分馏塔筛板效率较高，成本低安装要求水平,易堵,操作范围窄分离要求高,塔板较多;化工中丙烯塔舌型板结构简单,生产能力大操作范围窄，效率较低分离要求较低的闪蒸塔斜孔板生产能力大,效率高操作范围比浮阀塔和泡罩塔窄分离要求高，生产能力大1、塔板上气液两相的接触状态两相接触面积为气泡表面1）鼓泡接触状态四、板式塔的流体力学性能2）泡沫接触状态传质表面面积很大的液膜3）喷射接触状态两相传质面积是液滴的外表面2、气体通过塔板的压降塔板压降干板压降液层阻力压降增大接触时间↑板效率↑板数↓设备费↓塔釜温度↑能耗↑操作费↑保证较高效率的前提下，力求减小塔板压降，以降低能耗和改善塔的操作。克服板上泡沫层的静压形成气液界面的能量消耗通过液层的摩擦阻力损失3、塔板上的液面落差液面落差△：塔板进、出口侧的清液高度差液面落差气流的不均匀分布严重漏液板效率下降与塔板结构、塔径、流量有关。液面落差△h：1、塔板上的异常操作现象1）漏液漏液两相在塔板上的接触时间↓板效率↓控制：漏液量不大于液体流量的10%。漏液气速：漏液量达到10%的气体速度。——板式塔操作的气速下限原因：气速太小、板面上液面落差引起的气流分布不均匀安定区五、板式塔的操作特性2）液沫夹带影响因素•空塔气速：空塔气速减小，液沫夹带量减小•塔板间距：板间距增大，液沫夹带量减小现象：液滴随气体进入上层塔板。后果：过量液沫夹带，造成液相在板间的返混，板效率下降控制：液沫夹带量eV＜0.1kg(液)/kg(气)。3）液泛液泛夹带液泛降液管液泛原因：气液两相流速过大影响因素：流量、塔板结构板间距大液泛速度高2、塔板的负荷性能图V•雾沫夹带线（气体流量上限线）线1•液泛线（线2）•液相负荷上限线（线3）•漏液线（气体流量下限线，线4）•液相负荷下限线（线5）1）负荷性能图中各线的意义1，2，3，4，5五条线所包围的区域，既是一定物系在一定的结构尺寸塔板上正常操作区。•操作弹性:两极限的气体流量之比•操作点位于操作区内的适中位置,可获得稳定良好的操作效果•同一层塔板，操作情况不同，控制负荷上下限的因素也不同•物系一定时，负荷性能图中各线的相对位置随塔板尺寸而变例：加大板间距或增大塔径可使液泛线上移，增加降液管截面积可使液相上限线右移，减少塔板开孔率可使漏液线下移。•生产上对塔器的要求•生产上对塔器在工艺上及结构上提出的要求有下列几方面：•1．分离效率高------达到一定分离程度所需塔的高度低。•2．生产能力大------单位塔截面积处理量大。•3．操作弹性（flexibility）大------对一定的塔器，操作时气液流量（亦称气液负荷）的变化会影响分离效率。若分离效率最高时的气液负荷作为最佳负荷点，可把分离效率比最高效率下降15%的最大负荷与最小负荷之比称为操作弹性。工程上常用的是液、气负荷比,作为气相与液相的操作弹性。操作弹性大的塔必然适应性强，易于稳定操作。•4．气体阻力小------气体阻力小可使气体输送的功率消耗小。对真空精馏来说，降低塔器对气流的阻力可减小塔顶，底间的压差，降低塔的操作压强，从而可降低塔底溶液泡点，降低对塔釜加热剂的要求，还可防止塔底物料的分解。•5．结构简单，设备取材面广------便于加工制造与维修，价格低廉，使用面广。1、精馏塔的控制目标六、重整装置控制的主要产品质量回流泵原料塔顶产品塔底产品精馏塔再沸器冷凝器回流罐操作目的：通过反复的部分汽化与部分冷凝，将混合液中沸点不同的各组分分离成产品。操作代价：消耗能量，塔底需要加热使塔底液部分汽化；塔底需要冷却使塔顶组分冷凝；1、精馏塔的控制目标•质量指标•对于仅有塔顶、塔底出料的简单精馏塔，其质量指标可用塔顶与塔底料中关键组分的纯度来表示。•产品产量和能量消耗•在保证产品质量的前提下，尽可能提高产品的产品并设法降低装置的能耗。精馏塔产品纯度、产品回收率和能耗之间的相互关系120100806040200809095989999.599.8产品回收率*100%产品纯度*100%2=FV468产品回收率：进料中每单位产品组分所能得到的可售产品的数量；能耗指标：用单位进料的塔底上升蒸气量V/F来表示；定性规律：若能耗指标一定，产品纯度越高，其回收率越低；若产品纯度一定，在一定范围内能耗指标越高，其回收率越高。2、重整控制的主要产品指标-液态烃C5含量2、重整控制的主要产品指标-苯含量1、操作原则—三大平衡七、液态烃C5影响因素及控制方法温度：温度是系统热平衡和物料平衡的关键因素，要想保持系统的平稳操作，就要严格控制好各点的温度。液面：液面是系统物料平衡的集中体现，塔底液面的高低将不同程度的影响产品质量，收率及平稳操作，液面过高将会造成携带甚至冲塔现象，液面过低易造成串压，损坏设备。所以平衡好塔液位尤其重要，它是系统稳定操作的基础。压力：压力控制的平稳与否直接影响产品质量、系统的热平衡和物料平衡，甚至影响到装置的安全生产。在对塔压力进行调节时要进行全面分析，尽力找出影响塔压的主要因素，进行准确而合理的调整使操作平稳下来。在进行压力调节时要缓慢，不要过猛，不要随便改变给定值，防止大幅度波动造成冲塔事故。稳定塔是催化重整装置中的一个关键设备，它是一个有40层塔板的精馏塔，它的主要作用是来调节稳定汽油的饱和蒸汽压和液化汽中C5的含量，而对于这两个产品质量的控制，我们主要是通过调节稳定塔的底温和顶温来控制的，稳定塔压力虽然影响产品质量，但是不作为调节调节手段。2、调整方法温度是调节产品质量、系统热量平衡的关键因素，要想保持系统的平稳操作，就要严格控制好各点的温度。一般稳定塔的底温控制在160~190℃，。底温过低，轻组分汽化不出去稳定汽油的饱和蒸汽压过高，容易造成超标；底温过高，重组分汽化率增加容易造成液化汽C5的超标，同时又影响稳定汽油的收率。稳定塔的顶温主要是通过稳定塔回流量调节控制顶温的，塔顶温度过高拔出物偏重，液化汽C5含量超标，温度过低，拔出物偏轻，容易造成稳定汽油的饱和蒸汽压不合格。特别指出，当原料油偏轻时，由于塔1101和塔1102减油量很大，稳定塔的负荷非常大，这时塔盘上的液层比较高，压降大，气速高，如果此时还要加大回流量控制C5含量，很容易造成液泛，塔板效率低，可能会导致饱和蒸汽压和C5含量都超标。遇到这种情况，应该稍降底温和回流，减轻塔内负荷，反而能够把产品质量控制好。当原料油偏重时，预加氢两塔减油量为零，由于轻组分过少而使气速小，精馏段负荷小，顶温会逐渐上升，降底温又会使回流罐液面不足，回流难以建立。遇到这种情况，除了提高加工负荷外，可以开大水冷适当降低回流罐温度，保证回流罐液面，以上操作无法满足正常生产时，可以联系调度相办法更换原料。脱苯分馏塔操作的主要参数有塔顶压力、塔顶温度、塔底温度、回流比、进料温度及进料量等，无论哪个参数发生波动，都会影响到塔的热量平衡、物料平衡和汽液平衡，从而影响轻、重汽油的苯含量。如果苯含量不能控制，将影响全厂产品的出厂。而与其它塔不同的是，脱苯分馏塔既要控制塔顶轻汽油苯含量，又要控制塔底重汽油苯含量，还要控制好侧线温度，使含苯汽油富集在侧线馏分中，控制难度相对其它塔而言非常大。八、苯含量的影响因素及控制方法1、影响因素-塔顶压力在其它参数不变的情况下，塔的操作压力低，组分的相对挥发度会变大，汽油中的较重组分因挥发度会变大而从塔顶馏出，汽油中的苯也会随之向塔顶方向移动，使轻汽油苯含量超标；相反，塔的操作压力高，组分的相对挥发度会变小，使轻、重组分分离变