分馏系统基础知识

分馏系统基础知识

分馏系统的主要任务就是把油气混合物按沸点范围分割为气体、轻石脑油、重石脑油、航煤馏分油、柴油、尾油等馏分,并保证各馏分的质量符合规定的要求。此外还要用回流热与馏分的余热把原料油或其它低温介质预热到较高的温度。

1、1 蒸馏过程原理

1、蒸馏原理

在原油中分离出石油产品的方法有多种,最常用的方法就是蒸馏。蒸馏就是把完全互溶而沸点不同的液体混合物分离开的一种物理过程,或者说蒸馏就是利用液态混合物各组分挥发性或沸点的不同,来分离这一组分的方法。蒸馏就是在蒸馏塔内进行的,从塔的中间抽出的沸点介于两者之间的馏分称为侧线馏分,所得到的冷凝液叫馏出物,将馏出物按不同沸点范围分别收集叫分馏。蒸馏时把液体混合物加热汽化,当加热到一定温度使之部分汽化为蒸汽时,蒸汽中低沸点组分的含量要比剩余液体中的含量多,而高沸点组分的含量比液体中少。这就是因为低沸点组分比高沸点组分容易汽化,而高沸点组分比低沸点组分容易冷凝,蒸馏就就是根据这一规律把混合物分开。

蒸馏过程就是把液体混合物加热使之部分汽化,并将产生的含轻组分较多的气体引出,使之与含重组分较多的液体分开,再把气体冷凝为液体,从而使原来的混合物分为较轻与较重的两部分。蒸馏过程包含有加热、汽化、分离与冷凝等几个环节,而主要环节为汽化与冷凝。在蒸馏过程中,当气体未被引出前与液体处于某一相同温度、压力下,并且相互密切接触,同时气相与液相的相对量以及组分在两相中的浓度都不在变化,称为达到了相平衡(气-液相平衡)。处于相平衡的气体与液体分别称为饱与气体与饱与液体。处于某温度下的相平衡体系,如果温度再升高一些,液体就多汽化一些,而其中轻组分较重组分要气化的多一些,此时又建立了一个新的气-液相平衡。相反,如果温度降低,则气体就冷凝,且重组分较轻组分冷凝的多些,此时又建立了一个新的气-液相平衡。

液体混合物在加热后产生的气体与液体一直保持相平衡接触,待加热到一定温度直至达到要求的汽化率时,气液两相一次分离,称为一次汽化(或平衡汽化)。

如果把混合气体进行部分冷凝所得到的液体与剩余的气体保持相平衡接触状态直到混合物冷凝到一定温度时,才将冷凝液体与剩余气体分离,这种分离过程叫一次冷凝(或称平衡冷凝)。一次冷凝与一次汽化互为相反过程。在汽化过程中,如果随时将汽化出的气体与液体分离称为渐次汽化。随着温度的升高,液体混合物中轻组分的浓度不断减小,重组分的浓度不断增大。在冷凝过程中,如果随时将冷凝下来的液体与气体混合物分离,这种冷凝过程叫渐次冷凝。随着气体温度的下降,气体混合物中重组分的浓度会不断减少,轻组分的浓度就不断增大。渐次汽化与渐次冷凝互为相反过程。

2、精馏过程

混合物能够用分馏的方法进行分离的根本原因就是由于混合物中各组分的沸点不同。由于石油各组分的沸点不同,在冷凝时重组分优先冷凝,在受热时轻组分优先汽化,这就就是分馏的基本依据。一次汽化与渐次汽化对混合物能起到一定的分离作用,但难以分离精确。一次汽化分离精度不高;渐次汽化虽然可得到较纯的重组分,但就是数量很少,又不能连续生产。因此必须采用精馏的方法,即多次的同时利用汽化与冷凝的方法来分离混合物,所用的设备为精馏塔(也称分馏塔),一个完整的精馏塔包括三个部分,即精馏段、提馏段与进料段。

气相混合物在精馏段逐渐降温冷凝,气体降温冷凝为液体要放出冷凝潜热,这部分热量要通过塔顶与中段回流取走,并使用回流所含的轻组分加热汽化为气相。分馏塔内有多层塔板,塔板数的多少决定于分馏精度。在塔板上由于气相与液相之间存在温度差与浓度差,气相与液相之间要发生传质与传热。冷凝下来的重组分被转移到回流液相中,汽化的轻组分转移到上升的气相中,这种现象称为传质。气液两相经过多层塔板,每层塔板上建立气液平衡,上升的气相温度不断降低,其中轻组分的含量不断增加;下降液相中温度不断升高,其中轻组分的浓度逐渐减少,最终达到轻重组分的分离。根据需要可以从塔的侧线分出轻重不同的馏分。精馏过程的实质就是:不平衡的气液两相,经过热交换,气相多次部分冷凝与液相多次部分汽化相结合的过程。也可认为就是不平衡的气液两相,在逆流多次接触中,多次交换轻重组分的过程。

混合物中各组分存在着汽化能力(挥发度)的差别,就是使用精馏方法将各组分分离的根本依据。精馏过程必须具备以下条件:气液两相必须充分接触,精馏塔

内装有多层塔板就就是提供气液充分接触的条件,气液两相在塔板上达到分离的极限就是两相达到平衡;气液相接触时,上升的高温气相中轻组分的浓度要高于平衡浓度,而下降的低温液相中轻组分浓度要低于平衡浓度,由于气液两相平衡,并存在温度差,才发生传热与传质过程起到精馏作用。

回流主要就是提供液相,供塔板上传质、传热;取出热量,维持塔的热平衡。塔内回流的作用就就是提供下降的液体,用来补充气相中轻组分与接受上升气相中冷凝下来的重组分,并造成沿塔自下而上温度逐渐降低。塔顶回流应采用塔顶流出物,或组分与塔顶产品相近的油品。塔内回流的作用有两个,一就是提供塔板上的液相回流,造成气液两相充分接触达到传热、传质的目的;二就是取走进入塔内的多余热量,维持全塔热平衡,以利于控制产品质量。回流量常用回流比表示: 回流比=回流量(m3/h)/塔顶产品量(m3/h)。

回流比增大,塔板上回流量增加,就是上升的气相温度降低的多,重组分也就冷凝的多,从液相回流转入气相的轻组分也增多,提高塔板的分离效果。回流比的大小与塔板数多少有关,当产品分离程度一定时,回流比增大,塔板数可以适当的减少。但就是,回流比增大就是有限度的,由全塔的热平衡决定。过大会使下降的液相中轻组分含量增多,此时如果不相应的增加进料量或塔底的热量,就会使轻组分来不及汽化而被带到下层塔板或塔底,影响轻组分收率;如果有侧线产品时,也会使侧线产品或塔底产品不合格。增大回流比不仅会增加塔顶冷凝冷却器的负荷,还会增加操作费用。超过一定的限度还会造成液泛冲塔。回流有强制回流与自然回流,还可分内回流与外回流,根据取走回流热量的不同分冷回流、热回流与循环回流。

本装置分馏原理就是根据生成油中各组分的沸点(挥发度)不同,将生成油切割成不同沸点的馏分。利用加热炉将生成油进行加热,生成汽液两相,在分馏塔中,使汽液两相充分的热交换与质量交换,在提供塔顶回流与塔底吹汽的条件下对生成油进行精馏,从塔顶分馏出沸点较低的产品石脑油;从塔底馏出沸点较重的加氢渣油;塔中间抽出得到侧线产品即柴油。

1、2 影响分馏过程的主要操作因素

平稳操作就是指生产中充分发挥设备潜力,生产高收率、高质量产品与降低消耗指标的前提下,做到全装置物料平衡与热平衡。分馏塔分离效能的好坏主要