精餾過程涉及熱源加熱、液體沸騰、氣液分離、冷卻冷凝等過程,熱平衡安全問題和相態變化安全問題是精餾過程安全的關鍵。

1精餾工藝分析

化工生產中,精餾設備——塔設備是應用最廣泛的非定型設備。由于用途不同,操作原理不同,所以塔的結構形式、操作條件差異很大。這里主要以精餾塔為例介紹塔的類型、性能、選型原則等。

(1)多組分溶液精餾方案的選擇多組分溶液精餾方案按精餾塔中組分分離的順序不同可以分為:按揮發度遞減的順序采用餾分的流程;按揮發度遞增的順序采用餾分的流程;按不同揮發度交錯采用餾分的流程。最佳分離方案的選擇對于工藝流程的設計和精餾塔的設計都是非常關鍵的。一個好的分離方案應當具備合理利用能量、降低能耗,設備的投資少,生產能力大、產品質量穩定及操作安全等特點。

(2)冷凝器的流程與形式常用冷凝器布置形式如圖3—1所示,主要有以下三種。

1)整體式。將冷凝器和塔連成一體,優點是占地面積少,節省冷凝器封頭。缺點是塔頂結構復雜、檢修不便,多用于冷凝器較小或凝液難以用泵輸送以及用泵輸送有危險的場合。如圖3—1(a)、(b)所示。

2)自流式。將冷凝器裝在塔頂附近的臺架上,其特點與整體式相近,凝液自流人塔,靠改變臺架高低來獲得回流和采用所需的位差。如圖3—1(c)所示。

3)強制循環式。將冷凝器裝在離塔頂較遠的低處,用泵向塔內提供回流,在冷凝器和泵之間設置回流罐。如圖3—1(d)、(e)所示。大規模生產中多采用這種形式。

分凝與全凝采用分凝或全凝依據下列因素確定:

1)塔頂出料的狀態如果塔頂產品在后續加工中以氣態使用,同時,也能滿足其他工藝要求,此時應采用分凝形式以氣相出料。反之,若要求得到液態產品時,應采用全凝形式以液態出料。

2)內回流控制在采用分凝條件下,一般回流液的溫度是泡點,也是蒸氣出料的露點,此時需要較多的回流液循環以增加回流。如果采用全凝,回流液是作為過冷液體送回塔內的,這時回流量的多少可由回流液溫度來控制。

3)分凝與全凝的比較冷凝方式決定于采用的操作壓力,所以要從投資費用和操作費用的經濟角度考慮,對分凝和全凝按表3—3逐項進行比較。

(3)再沸器的流程與形式在精餾過程中,再沸器的安全運行十分重要,影響安全運行的條件也比較復雜。硝基苯精餾過程中,由于過早破壞真空,在較高的溫度條件下空氣進入系統硝基酚鈉引起爆炸,由于同時采用降低液位,加大熱量通人導致再沸器發生爆炸。

立式再沸器(立式熱虹吸循環型)如圖3—2(a)所示。

傳熱效果好;釜液通過管內容易清洗,釜液在加熱區停留時間短;加熱劑通過管間,如采用不污染的加熱劑,則可以用固定管板式換熱器以降低換熱器造價;再沸器與塔釜的配管短,配管中壓力損失小,裝置布置緊湊;占地面積小,基礎簡單;塔釜到再沸器之間的管道可安裝流量計,易于調節。因一個塔在操作中不可能同時用幾個再沸器,使釜液循環平均分配難,所以傳熱面積受到限制;為了使釜液具有能循環的壓頭,需使塔的裙座增高很多;再沸器蒸發效率高時體積膨脹率大,壓力損失增加,所以限制蒸發率在30%以下;為了保證熱虹吸所需的壓力平衡,塔底要裝設堰板,以保持塔底部有一定的液面。需防止液面調節閥工作失靈;當循環量大時,再沸器可相當于一塊理論板。

臥式再沸器(臥式熱虹吸循環型)如圖3—2(b)所示。傳熱面積比立式再沸器大;有效壓頭增大,循環量增大。另外,塔釜與再沸器之間管道可安裝流量計,調節流量容易。缺點:占地面積大,基礎和附加費用高:釜液通過管間清洗困難,所以在釜液有污染和黏結性質時采用U型管插入臥式再沸器,以便能把管束從再沸器中抽出清洗;蒸發率限于30%以下;當循環量大時,再沸器可相,當于一塊理論板。

強制循環型再沸器如圖3—2(c)、(d)所示。適用于不能自然循環的高黏度液體或液壓頭不足的情況實行強制循環;能起到沖刷、抑刷改善由結垢、聚合、結焦的釜液而惡化再沸器傳熱系數的作用,大規模裝置的一個塔如同時使用幾個再沸器時,通過泵控制流量可使釜液能在各再沸器內均勻分配;還可以在低蒸發率的操作條件下運行。因為要增加泵,所以固定費用和檢修費用都較高,只有在自然循環不能操作的情況下才能強制循環。

內插式再沸器如圖3—2(e)、(f)所示。不需要再沸器的簡體和循環系統的配管;釜液無泄漏問題;小塔徑可用蛇管束。只限再沸器熱負荷較小的情況采用;塔內部需裝管束架,為了方便安裝、拆卸管束必須設有大口徑人孔或手孔;更按再沸器管束時必須停工,而塔外再沸器可在操作中更換不必停車。

2精餾設備安全運行分析

精餾設備的安全運行主要決定于精餾過程的加熱載體、熱量平衡、氣液平衡、壓力平衡以及被分離物料的熱穩定性以及填料選擇的安全性。曾經發生由于釜溫過高,pH值過小,三氮唑分解爆炸事故。

精餾設備的形式很多,按塔內部主要部件不同可以分為板式塔與填料塔兩大類型。板式塔又有篩板塔、浮閥塔、泡罩塔、浮動噴射塔等多種形式,而填料塔也有多種填料。在精餾設備選型時應滿足生產能力大,分離效率高,體積小,可靠性高,滿足工藝要求,結構簡單,塔板壓力降小的要求。

上述要求在實際中很難同時滿足,應根據塔設備在工藝流程中的地位和特點,在設計選型時應滿足主要要求。表3—4中列出了各類塔板的性能。

在各種板式塔中,浮閥塔由于具有生產能力大,容易變動的操作范圍大,塔板效率高,霧沫夾帶量少,液面梯度小以及結構比較簡單等優點,已在生產中得到了廣泛應用。篩板塔由于結構簡單,近年來又發展出大孔篩板、復合篩板和斜孔篩板等新板型,也得到了較廣泛的應用。我國近年來相繼研究出許多新型塔板,如導向板、旋流塔板等,其允許氣速和板效率都比較高,正在逐步推廣應用填料塔一般常用拉西環填料,還有階梯環、鞍形填料、波紋填料及網體填料等。

工藝運行數據分析:

(1)塔設計的基礎數據。主要包括進料量及進料組成;產品要求(產品質量及收率);進料狀態(溫度與相態);冷卻介質及冷卻溫度;塔設計時所需的物性數據,如氣、液的密度、黏度、表面張力、液體的泡性、對溫度的敏感性等。

(2)工藝流程與設備形式。

(3)汽液平衡數據。

(4)塔頂、塔底產品的組成及全部物料平衡。

(5)塔的操作壓力及溫度。包括塔頂操作壓力、塔頂溫度、塔底溫度、進料溫度。

(6)精餾塔結構尺寸。最小回流比;操作回流比和理論塔板數;進料位置;塔高和塔徑;塔的結構設計與流體力學物性等。

篇2:精餾崗位安全職責要求

a.在作業過程中,應當嚴格遵守國家安全生產法律、法規和公司安全生產管理制度、安全操作規程,服從管理,正確佩戴和使用勞動保護用品。

b.應當接受安全生產教育和培訓,掌握本職工作所需的安全生產知識,提高安全生產技能,增強事故預防和應急處理能力。

c.發現事故隱患或者其他不安全因素,應當立即向現場安全生產管理人員或者本單位負責人報告;接到報告的人員應當及時予以處理。

d.發生安全事故,要及時搶救受傷人員,保護好事故現場,立即向單位領導或公司安全主管部門報告,不得隱瞞。

e.嚴格執行交接班制度,加強巡回檢查,合理使用安全保險裝置,保證設備、工具安全可靠。

篇3:精餾設備安全技術措施

精餾裝置包括精餾塔、再沸器和冷凝器等設備。主要設備是精餾塔,其基本功能是為氣液相提供充分接觸的機會,使傳熱和傳質過程迅速而有效地進行;并且使接觸后的氣、液兩相及時分開,互不夾帶。根據塔內氣、液接觸部件的結構形式,精餾塔可分為板式塔和填料塔兩大類型。

一、?板式塔

(一)板式塔的結構

板式塔通常是由一個呈圓柱形殼體及沿塔高按一定的間距水平設置的若干層塔板所組成,如圖10—17所示。在操作時,液體靠重力作用由頂部逐板向塔底排出,并在各層塔板的板面上形成流動的液層;氣體則在壓力差的推動下,由塔底向上經過均布在塔板上的開孔依次穿過各層塔板由塔頂排出。塔內以塔板作為氣液兩相接觸傳質的基本構件。

工業生產中的板式塔,常根據塔板間有無降液管溝通而分為有降液管及無降液管兩大類,用得最多的是有降液管式的板式塔(如圖10—17所示),它主要由塔體、溢流裝置和塔板構件等組成。

(1)塔體?通常為圓柱形,常用鋼板焊接而成,有時也將其分成若干塔節,塔節間用法蘭聯接。

(2)溢流裝置?包括出口堰、降液管、進口堰、受液盤等部件。

1)出口堰?為保證氣液兩相在塔板上有充分接觸時間,塔板上必須貯有一定量的液體。為此,在塔板的出口端設有溢流堰,稱出口堰。塔板上的液層厚度或持液量很大程度上由堰高決定。生產中最常用的是弓形堰,小塔中也有用圓形降液管升出板面一定高度作為出口堰的。

2)降液管?降液管是塔板之間液流通道。也是溢流液中所夾帶氣體分離的場所。正常工作時,液體從上層塔板的降液管流出,橫向流過塔板,翻越溢流堰,進入該層塔板的降液管,流向下層板。降液管有圓形和弓形兩種,弓形降液管具有較大的降液面積,氣液分離效果好,降液能力大,因此生產上廣泛采用。

為了保證液流能順暢的流人下層塔板,并防止沉淀物堆積和堵塞液流通道,降液管與下層塔板間應有一定的間距。為了保持降液管的液封,防止氣體由下層塔進入降液管,此間距應小于出口堰高度。

3)受液盤?降液管下方部分的塔板通常又稱為常駐液盤。有凹型及平型兩種,一般較大的塔采用凹型受液盤,平型則就是塔板面本身。

4)進口堰?在塔徑較大的塔中,為了減少液體自降液管下方流出的水平沖擊,常設置進口堰。可用扁鋼或Ф8~10mm的圓鋼直接點焊在降液管附近的塔板上而成。為保證液流暢通,進口堰與降液管間的水平距離不應小于降液管與塔板之間距。

(3)塔板及其構件?塔板是板式塔內氣、液接觸的場所,操作時氣、液在塔板上接觸的好壞,對傳熱、傳質效率影響很大。在長期的生產實踐中,人們不斷地研究和開發出新型塔板,以改善塔板上的氣、液接觸狀況,提高板式塔的效率。目前工業生產中使用較為廣泛的塔板類型有泡罩塔板、篩孔塔板、浮閥塔板等幾種,但泡罩塔已越來越少。

(二)板式塔的類型

(1)泡罩塔?泡罩塔是隨工業蒸餾的建立而發展起來的,是應用最早的塔型,其結構如圖10—18所示。塔板上的主要元件為泡罩,泡罩尺寸一般為80、100、150三種,可根據塔徑的大小來選擇,泡罩的底部開有齒縫,泡罩安裝在升氣管上,從下一塊塔板上升的氣體經升氣管從齒縫中吹出,升氣管的頂部應高于泡罩齒縫的上沿,以防止液體從中漏下,由于有了升氣管,泡罩塔即使在很低的氣速下操作,也不致于產生嚴重的漏液現象。因此,該種塔運作很穩定并有完整的設計資料和部分標準。不足是結構復雜、壓降大、造價高,已逐漸被其他的塔型取代,新建塔很少再用此種塔板。

(2)篩板塔?篩板塔出現略遲于泡罩塔,與泡罩塔的差別在于取消了泡罩與升氣管,直接在板上開很多的小直徑的篩孔。操作時,氣體高速通過小孔上升,板上的液體不能從小孔中落下,只能通過降液管流到下層板,上升蒸汽或泡點的條件使板上液層成為強烈攪動的泡沫層。篩板用不銹鋼板制成,孔的直徑約為Ф8mm。篩板塔結構簡單、造價低、生產能力大、板效率高、壓降低,隨著對其性質的深入研究,已成為應用最廣泛的一種。

(3)浮閥塔?浮閥塔是在第二次世界大戰后開始研究。自20世紀50年代起使用的一種新型塔板。其特點是在篩板上每個篩孔處安裝一個可以上下浮動的閥體,當篩孔氣速高時,閥片被頂起而上升,氣速低時,閥片因自重而下降。閥體可隨上升氣量的變化而自動調節開度,這樣可使塔板上進入液層的氣速不至于隨氣體負荷的變化而大幅度變化,同時氣體從閥體下水平吹出加強了氣液接觸。浮閥的形式很多。其中F—1型研究和推廣較早,如圖10—19所示。分輕閥和重閥兩種,輕閥重25g,由1.5mm薄板沖壓而成;重閥重33g,由2mm薄板沖壓而成。閥孔直徑39mm,閥片有三條帶鉤的腿,插入閥孔后將其腿上的鉤扳轉90°,可防止被氣體吹走;此外,浮閥邊沿沖壓出三塊向下微彎的“腳”。當氣速低浮閥降至塔板時,靠這三只“腳”使閥片與塔板間保持2.5mm左右的間隙。

二、?危險分析及安全運行

(1)危險狀態分析

1)鼓泡接觸狀態?當上升蒸汽流量較低時,氣體在液層中吹鼓泡的形式是自由浮升,塔板上存在大量的返混液,氣液比較小,氣液相接觸面積不大。

2)蜂窩狀接觸狀況?氣速增加,氣泡的形成速度大于氣泡浮升速度,上升的氣泡在液層中積累,氣泡之間接觸,形成氣泡泡沫混合物。因氣速不大,氣泡的動能還不足使氣泡表面破裂,因此,是一種類似蜂窩狀泡結構。因氣泡直徑較大,很少攪動,在這種接觸狀態下,板上清液會基本消失,從而形成以氣體為主的氣液混合物,又由于氣泡不易破裂,表面得不到更新,所以這種狀態對于傳質、傳熱不利。

3)泡沫狀接觸狀態?氣速連續增加,氣泡數量急劇增加,氣泡不斷發生碰撞和破裂,此時,板上液體大部分均以膜的形式存在于氣泡之間,形成一些直徑較小、攪動十分激烈的動態泡沫,是一種較好的塔板工作狀態。

4)噴射接觸的狀態?當氣速連續增加時,由于氣體動能很大,把板上的液體向上噴成大小不等的液滴,直徑較大的液滴受重力作用落回到塔板上,直徑較小的液滴,被氣體帶走形成液沫夾帶,也是一種較好的工作狀態。

泡沫接觸狀態與噴射狀態均為優良的工作狀態,但噴射狀態是塔板操作的極限,液沫夾帶較多,所以多數塔操作均控制在泡沫接觸狀態。

(2)安全運行控制

1)漏液?當氣速較低時,液體從塔板上的開孔處下落,這種現象稱為漏液。嚴重漏液會使塔板上建立不起液層,會導致分離效率的嚴重下降。

2)液沫夾帶和氣泡夾帶?當氣速增大時,某些液滴被帶到上一層塔板的現象稱為液沫夾帶。產生液沫夾帶有兩種情況:一種是上升的氣流將較小的液滴帶走;另一種是由于氣體通過開孔上的速度較大。前者與空塔氣速有關,后者主要與板間距和板開孔上方的孑L速有關。氣泡夾帶則是指在一定結構的塔板上,因液體流量過大使溢流管內的液體的流量過快,導致溢流管中液體所夾帶的氣泡來不及從管中脫出而被夾帶到下一層塔板的現象。

3)液泛現象?當塔板上液體流量很大,上升氣體的速度很高時,液體被氣體夾帶到上一層塔板上的流量猛增,使塔板間充滿氣液混合物,最終使整個塔內都充滿液體,這種現象稱為夾帶液泛。還有一種是因降液管通道太小,流動阻力大,或因其他原因使降液管局部地區堵塞而變窄,液體不能順利的通過降液管下流,使液體在塔板上積累而充滿整個板間,這種液泛稱為溢流液泛。液泛使整個塔內的液體不能正常下流,物料大量返混,嚴重影響塔的操作,在操作中需要特別注意和防止。

精餾裝置的輔助設備主要是各種形式的換熱器,包括塔底溶液再沸器、塔頂蒸汽冷凝器、料液預熱器、產品冷卻器等,另外還需管線以及流體輸送設備等。其中再沸器和冷凝器是保證精餾過程能連續進行穩定操作所必不可少的兩個換熱設備。

再沸器的作用是將塔內最下面的一塊塔板流下的液體進行加熱,使其中一部分液體發生汽化變成蒸汽而重新回流人塔,以提供塔內上升的氣流,從而保證塔板上氣、液兩相的穩定傳質。

冷凝器的作用是將塔頂上升的蒸汽進行冷凝,使其成為液體,之后將一部分冷凝液從塔頂回流入塔,以提供塔內下降的液流,使其與上升氣流進行逆流傳質接觸。

再沸器和冷凝器在安裝時應根據塔的大小及操作是否方便而確定其安裝位置。對于小塔,冷凝器一般安裝在塔頂,這樣冷凝液可以利用位差而回流入塔;再沸器則可安裝在塔底。對于大塔(處理量大或塔板數較多時),冷凝器若安裝在塔頂部則不便于安裝、檢修和清理,此時可將冷凝器安裝在較低的位置,回流液則用泵輸送人塔;再沸器一般安裝在塔底外部。

安裝于塔頂或塔底的冷凝器、再沸器均可用夾套式或內裝蛇管、列管的間壁式換熱器,而安裝在塔外的再沸器、冷凝器則多為臥式列管換熱器。

在化工生產中,精餾塔操作,由于生產不同產品的生產任務不同,操作條件多樣,塔型也不一樣,因此,精餾過程的操作控制也是各不相同的。

①準備工作?檢查儀器、儀表、閥門等是否齊全、正確、靈活,做好啟動前的準備。

②預進料?先打開放空閥,充氮置換系統中的空氣,以防在進料時出現事故,當壓力達到規定的指標后停止,再打開進料閥,打人指定液位高度的料液后停止。

③再沸器投入使用?打開塔頂冷凝器的冷卻水(或其他介質),再沸器通蒸汽加熱。

④建立回流?在全回流情況下繼續加熱,直到塔溫、塔壓均達到規定指標,產品質量符合要求。

⑤進料與出產品?打開進料閥進料,同時從塔頂和塔釜采出產品,調節到指定的回流比。

⑥控制調節?精餾塔控制與調節的實質是控制塔內氣、液相負荷大小,以保持塔設備良好的質熱傳遞,獲得合格的產品。但氣、液相負荷是無法直接控制的,生產中主要通過控制溫度、壓力、進料量和回流比來實現。運行中,要注意各參數的變化,及時調整。?

⑦停車?先進料,再停再沸器,停產品采出(如果對產品要求高也可先停),降溫降壓后再停冷卻水。