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1970-01

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谈一谈精馏塔的回流问题

        我们知道,精馏塔一般由塔釜、塔节、冷凝器、下料管线、产出管线,回流管线等构成。为什么要有回流管线呢?还是先说一说精馏塔回流的主要作用:第一,提供塔板上的冷回流带走塔内多余的热量,维持塔内的热量平衡;第二,提供塔板上的冷流体,气液两相在塔板上逆向接触,上行的气体中重组分冷凝,下行液体中的轻组分吸热汽化,如此反复的冷凝,汽化作用使整个塔节上部分充满轻组分,下部分为重组分,进一步提高产品的分离纯度。因此,回流液是精馏提纯必要的条件。
        1.精馏操作中常用的回流方式
        第一,按回流方式的不同可以分为“自然回流”和“强制回流”。自然回流是塔的冷凝器位于精馏塔节的上方,具有一定的高度。冷凝器的贮液出口高于塔节回流口,且有一定的距离。回流液借重力的作用,回流到塔内。自然回流操作简单,不需要回流泵,节省动力消耗,但是回流量随塔内压力的变化而变化,回流比不严格,生产不正常时调整起来比较慢,自然回流在小型精馏装置应用较多,需要足够的高度和空间。强制回流是在回流管线上安装一台泵,回流液用泵打入塔内进行回流,强制回流的回流量稳定,容易调节,生产不正常时,调整起来较快,但是强制回流需要用泵,动力消耗大,特别是低沸点物料容易造成泵不上量,影响操作。但是强制回流的冷凝器,不受高低的限制,可以安在便于操作的地方,便于安装和维护保养。
        第二,按照塔顶冷凝安装的位置不同,可以分为内回流和外回流。内回流是冷凝器与塔节竖直相连,位于塔节正上方,精馏中的内回流一般指塔盘上的回流,是由下降液体及上升气体冷凝后产生的液体构成。精馏塔附属冷凝设备有分凝器、全凝器、冷凝器。塔顶可设计有分凝器,塔顶气相经分凝器,冷凝一部分直接回流到塔内,就是内回流。设有冷凝的剩余气体则进入到另外的冷凝器内进行冷凝。塔顶也可以设置全凝器,全凝器下方设置受液盘,一部分采出,一部分回流,这部分也叫内回流。通常情况下,沸点高,毒性高的宜采用这种内回流。直接从塔顶进入冷凝器,在此进行部分冷凝,冷凝液自然沿塔板下流。这种回流的量难控制,不能准确调节,受加热的影响,回流量时大时小。但是,这种回流冷凝器直接安装于塔顶,不需要其他支撑结构,安装方便。精馏中的外回流是从塔节中抽出一部分液体,经降温后再打入塔内,塔顶冷凝器单独安装,回流管线上可安装视镜、流量计、调节阀等以调节回流的量。
        2.内回流与外回流的区别。
        内回流是物料不离开塔顶,在塔顶冷凝后直接回流到精馏塔内,计量有难度,分馏与回流的比例不能精确确定,是自回流塔顶气相冷凝后直接回到塔内,操作时要注意采出量控制塔顶温度,防止产品不合格,内回流虽然少了回流泵,但要在冷凝器和塔顶之间安装一个回流分配器,一般要求有一转动或移动装置,以分配回流比,需要依靠电机等动力驱动的设施,是不宜封闭地安装在塔内的,并且这种调节是“有级”的,这是一个非标设备。
        外回流是物料要离开塔顶经外部管道,流量计等之后再回流到精馏塔内。可计量分流,也可以是强制回流,塔顶气相冷凝后进入回流槽后通过回流泵调节阀,流量计调整回流量返回塔内。工业上大部分精馏塔采用的都是外回流,它可以自动且“无级”调节回流量,从而满足生产尤其是当加料量或组分有波动的情况,可以自动调节回流量。
        3.外回流和内回流的应用。
        外回流对工艺流量及温度控制有利,不但操作费用高而且没有利用液体的势能,所以成本高。如果塔顶冷凝器达不到冷凝要求时,可以增设强制的冷凝回流系统,从而实现精馏塔的强制操作,另外投资时还要操作费用和基础设施的投资费用的相对大小。
        如果回流液的计量要求不高或者说回流比的操作弹性大,就可以采用内回流。如果能在内回流的路线上开发出“在线流量测量仪器”就可以内回流,一般精馏为外回流。
外回流的优点是便于调节,但要增加运行费用,且增加了泄漏点,对于一些高危介质不一定适宜,对于塔不是太高的高危介质优先考虑内回流。所以对于回流方式的选择要从多个方面综合考虑。
        按照回流的温度可分为“热回流”和“冷回流”。
        热回流是回流液的温度处于泡点温度,冷回流是回流液的温度低于泡点温度。精馏塔的回流一般是饱和液体回流,是为了保证提馏段工作状态稳定,使回流液体略过冷回流,可以在不增加回流量的同时增加理论回流比,因为回流液进入提馏段后会使提馏段上升的蒸汽大量冷凝,提高塔顶产出纯度的同时又可以保证塔顶产出的数量,但是有一点不好的是增加塔釜的热负荷,热量消耗较大,如果产出的附加值较高,那么经济上还是比较合理的,比饱和液体回流划算的多。
        对于有全冷凝器的精馏装置,工业上大多数回流采用冷回流,主要是因为:
        1.塔顶气相在冷凝过程中可以达到冷凝完全,减少气相排放损失。
        2.全冷凝塔顶温度要控制在饱和液体状态,是不容易控制的。
        3.略过冷回流可以在不增加回流量的同时,增加理论回流比。
        全回流是在精馏操作中,把塔顶采出的冷凝液作为回流液全部返回塔釜的操作,全回流是开车期间必要的过程,是为了保证产品尽快合格,而正常生产中就不能随意全回流了,除非工艺有波动,因为没有产品采出精馏塔也就失去了存在的意义。如等待产品的分析结果清洗全塔等可采用全回流。
        最后,精馏操作时如何控制回流?
        一般塔顶回流控制分两种情况,一是手动控制,二是自动控制。在精馏操作手动控制时,只要塔顶产品质量没有大的变化,塔的回流量变化很小,甚至可以保持不变,在实际操作中,回流量基本不受进料量的影响,要保持回流罐液位,不能出现满罐或空罐的现象,有经验的操作工人根据塔的实际情况控制回流量,调节塔的效率。
        自动控制时,回流量受塔顶采出量的影响,当进料量不变时,要控制好塔顶采出量,在塔顶采出量增大,回流比减小,气液接触不好,塔顶产品的质量不合格。如果进料量加大,要计算出塔顶采出增加的量,采出过小,回流量增大,塔内物料增多,上升蒸汽速度增大,塔顶与塔釜的压差增大,严重时会引起液泛,采出量过大,回流量减小,气液接触不好,塔顶产出的质量不合格。一般是一个精馏塔要安装自动回流装置,总下料管线,产出管线也要安上自控,回流比固定。三者要同时改变,才能保证整个精馏塔正常工作。