精馏过程运行安全分析

精馏过程涉及热源加热、液体沸腾、气液分离、冷却冷凝等过程,热平衡安全问题和相态变化安全问题是精馏过程安全的关键。

1精馏工艺分析

化工生产中,精馏设备——塔设备是应用最广泛的非定型设备。由于用途不同,操作原理不同,所以塔的结构形式、操作条件差异很大。这里主要以精馏塔为例介绍塔的类型、性能、选型原则等。

(1)多组分溶液精馏方案的选择多组分溶液精馏方案按精馏塔中组分分离的顺序不同可以分为:按挥发度递减的顺序采用馏分的流程;按挥发度递增的顺序采用馏分的流程;按不同挥发度交错采用馏分的流程。最佳分离方案的选择对于工艺流程的设计和精馏塔的设计都是非常关键的。一个好的分离方案应当具备合理利用能量、降低能耗,设备的投资少,生产能力大、产品质量稳定及操作安全等特点。

(2)冷凝器的流程与形式常用冷凝器布置形式如图3—1所示,主要有以下三种。

1)整体式。将冷凝器和塔连成一体,优点是占地面积少,节省冷凝器封头。缺点是塔顶结构复杂、检修不便,多用于冷凝器较小或凝液难以用泵输送以及用泵输送有危险的场合。如图3—1(a)、(b)所示。

2)自流式。将冷凝器装在塔顶附近的台架上,其特点与整体式相近,凝液自流人塔,靠改变台架高低来获得回流和采用所需的位差。如图3—1(c)所示。

3)强制循环式。将冷凝器装在离塔顶较远的低处,用泵向塔内提供回流,在冷凝器和泵之间设置回流罐。如图3—1(d)、(e)所示。大规模生产中多采用这种形式。

分凝与全凝采用分凝或全凝依据下列因素确定:

1)塔顶出料的状态如果塔顶产品在后续加工中以气态使用,同时,也能满足其他工艺要求,此时应采用分凝形式以气相出料。反之,若要求得到液态产品时,应采用全凝形式以液态出料。

2)内回流控制在采用分凝条件下,一般回流液的温度是泡点,也是蒸气出料的露点,此时需要较多的回流液循环以增加回流。如果采用全凝,回流液是作为过冷液体送回塔内的,这时回流量的多少可由回流液温度来控制。

3)分凝与全凝的比较冷凝方式决定于采用的操作压力,所以要从投资费用和操作费用的经济角度考虑,对分凝和全凝按表3—3逐项进行比较。

(3)再沸器的流程与形式在精馏过程中,再沸器的安全运行十分重要,影响安全运行的条件也比较复杂。硝基苯精馏过程中,由于过早破坏真空,在较高的温度条件下空气进入系统硝基酚钠引起爆炸,由于同时采用降低液位,加大热量通人导致再沸器发生爆炸。

立式再沸器(立式热虹吸循环型)如图3—2(a)所示。

传热效果好;釜液通过管内容易清洗,釜液在加热区停留时间短;加热剂通过管间,如采用不污染的加热剂,则可以用固定管板式换热器以降低换热器造价;再沸器与塔釜的配管短,配管中压力损失小,装置布置紧凑;占地面积小,基础简单;塔釜到再沸器之间的管道可安装流量计,易于调节。因一个塔在操作中不可能同时用几个再沸器,使釜液循环平均分配难,所以传热面积受到限制;为了使釜液具有能循环的压头,需使塔的裙座增高很多;再沸器蒸发效率高时体积膨胀率大,压力损失增加,所以限制蒸发率在30%以下;为了保证热虹吸所需的压力平衡,塔底要装设堰板,以保持塔底部有一定的液面。需防止液面调节阀工作失灵;当循环量大时,再沸器可相当于一块理论板。

卧式再沸器(卧式热虹吸循环型)如图3—2(b)所示。传热面积比立式再沸器大;有效压头增大,循环量增大。另外,塔釜与再沸器之间管道可安装流量计,调节流量容易。缺点:占地面积大,基础和附加费用高:釜液通过管间清洗困难,所以在釜液有污染和黏结性质时采用U型管插入卧式再沸器,以便能把管束从再沸器中抽出清洗;蒸发率限于30%以下;当循环量大时,再沸器可相,当于一块理论板。

强制循环型再沸器如图3—2(c)、(d)所示。适用于不能自然循环的高黏度液体或液压头不足的情况实行强制循环;能起到冲刷、抑刷改善由结垢、聚合、结焦的釜液而恶化再沸器传热系数的作用,大规模装置的一个塔如同时使用几个再沸器时,通过泵控制流量可使釜液能在各再沸器内均匀分配;还可以在低蒸发率的操作条件下运行。因为要增加泵,所以固定费用和检修费用都较高,只有在自然循环不能操作的情况下才能强制循环。

内插式再沸器如图3—2(e)、(f)所示。不需要再沸器的简体和循环系统的配管;釜液无泄漏问题;小塔径可用蛇管束。只限再沸器热负荷较小的情况采用;塔内部需装管束架,为了方便安装、拆卸管束必须设有大口径人孔或手孔;更按再沸器管束时必须停工,而塔外再沸器可在操作中更换不必停车。

2精馏设备安全运行分析

精馏设备的安全运行主要决定于精馏过程的加热载体、热量平衡、气液平衡、压力平衡以及被分离物料的热稳定性以及填料选择的安全性。曾经发生由于釜温过高,pH值过小,三氮唑分解爆炸事故。

精馏设备的形式很多,按塔内部主要部件不同可以分为板式塔与填料塔两大类型。板式塔又有筛板塔、浮阀塔、泡罩塔、浮动喷射塔等多种形式,而填料塔也有多种填料。在精馏设备选型时应满足生产能力大,分离效率高,体积小,可靠性高,满足工艺要求,结构简单,塔板压力降小的要求。

上述要求在实际中很难同时满足,应根据塔设备在工艺流程中的地位和特点,在设计选型时应满足主要要求。表3—4中列出了各类塔板的性能。

在各种板式塔中,浮阀塔由于具有生产能力大,容易变动的操作范围大,塔板效率高,雾沫夹带量少,液面梯度小以及结构比较简单等优点,已在生产中得到了广泛应用。筛板塔由于结构简单,近年来又发展出大孔筛板、复合筛板和斜孔筛板等新板型,也得到了较广泛的应用。我国近年来相继研究出许多新型塔板,如导向板、旋流塔板等,其允许气速和板效率都比较高,正在逐步推广应用填料塔一般常用拉西环填料,还有阶梯环、鞍形填料、波纹填料及网体填料等。

工艺运行数据分析:

(1)塔设计的基础数据。主要包括进料量及进料组成;产品要求(产品质量及收率);进料状态(温度与相态);冷却介质及冷却温度;塔设计时所需的物性数据,如气、液的密度、黏度、表面张力、液体的泡性、对温度的敏感性等。

(2)工艺流程与设备形式。

(3)汽液平衡数据。

(4)塔顶、塔底产品的组成及全部物料平衡。

(5)塔的操作压力及温度。包括塔顶操作压力、塔顶温度、塔底温度、进料温度。

(6)精馏塔结构尺寸。最小回流比;操作回流比和理论塔板数;进料位置;塔高和塔径;塔的结构设计与流体力学物性等。

篇2:精馏岗位安全职责要求

a.在作业过程中,应当严格遵守国家安全生产法律、法规和公司安全生产管理制度、安全操作规程,服从管理,正确佩戴和使用劳动保护用品。

b.应当接受安全生产教育和培训,掌握本职工作所需的安全生产知识,提高安全生产技能,增强事故预防和应急处理能力。

c.发现事故隐患或者其他不安全因素,应当立即向现场安全生产管理人员或者本单位负责人报告;接到报告的人员应当及时予以处理。

d.发生安全事故,要及时抢救受伤人员,保护好事故现场,立即向单位领导或公司安全主管部门报告,不得隐瞒。

e.严格执行交接班制度,加强巡回检查,合理使用安全保险装置,保证设备、工具安全可靠。

篇3:精馏设备安全技术措施

精馏装置包括精馏塔、再沸器和冷凝器等设备。主要设备是精馏塔,其基本功能是为气液相提供充分接触的机会,使传热和传质过程迅速而有效地进行;并且使接触后的气、液两相及时分开,互不夹带。根据塔内气、液接触部件的结构形式,精馏塔可分为板式塔和填料塔两大类型。

一、?板式塔

(一)板式塔的结构

板式塔通常是由一个呈圆柱形壳体及沿塔高按一定的间距水平设置的若干层塔板所组成,如图10—17所示。在操作时,液体靠重力作用由顶部逐板向塔底排出,并在各层塔板的板面上形成流动的液层;气体则在压力差的推动下,由塔底向上经过均布在塔板上的开孔依次穿过各层塔板由塔顶排出。塔内以塔板作为气液两相接触传质的基本构件。

工业生产中的板式塔,常根据塔板间有无降液管沟通而分为有降液管及无降液管两大类,用得最多的是有降液管式的板式塔(如图10—17所示),它主要由塔体、溢流装置和塔板构件等组成。

(1)塔体?通常为圆柱形,常用钢板焊接而成,有时也将其分成若干塔节,塔节间用法兰联接。

(2)溢流装置?包括出口堰、降液管、进口堰、受液盘等部件。

1)出口堰?为保证气液两相在塔板上有充分接触时间,塔板上必须贮有一定量的液体。为此,在塔板的出口端设有溢流堰,称出口堰。塔板上的液层厚度或持液量很大程度上由堰高决定。生产中最常用的是弓形堰,小塔中也有用圆形降液管升出板面一定高度作为出口堰的。

2)降液管?降液管是塔板之间液流通道。也是溢流液中所夹带气体分离的场所。正常工作时,液体从上层塔板的降液管流出,横向流过塔板,翻越溢流堰,进入该层塔板的降液管,流向下层板。降液管有圆形和弓形两种,弓形降液管具有较大的降液面积,气液分离效果好,降液能力大,因此生产上广泛采用。

为了保证液流能顺畅的流人下层塔板,并防止沉淀物堆积和堵塞液流通道,降液管与下层塔板间应有一定的间距。为了保持降液管的液封,防止气体由下层塔进入降液管,此间距应小于出口堰高度。

3)受液盘?降液管下方部分的塔板通常又称为常驻液盘。有凹型及平型两种,一般较大的塔采用凹型受液盘,平型则就是塔板面本身。

4)进口堰?在塔径较大的塔中,为了减少液体自降液管下方流出的水平冲击,常设置进口堰。可用扁钢或Ф8~10mm的圆钢直接点焊在降液管附近的塔板上而成。为保证液流畅通,进口堰与降液管间的水平距离不应小于降液管与塔板之间距。

(3)塔板及其构件?塔板是板式塔内气、液接触的场所,操作时气、液在塔板上接触的好坏,对传热、传质效率影响很大。在长期的生产实践中,人们不断地研究和开发出新型塔板,以改善塔板上的气、液接触状况,提高板式塔的效率。目前工业生产中使用较为广泛的塔板类型有泡罩塔板、筛孔塔板、浮阀塔板等几种,但泡罩塔已越来越少。

(二)板式塔的类型

(1)泡罩塔?泡罩塔是随工业蒸馏的建立而发展起来的,是应用最早的塔型,其结构如图10—18所示。塔板上的主要元件为泡罩,泡罩尺寸一般为80、100、150三种,可根据塔径的大小来选择,泡罩的底部开有齿缝,泡罩安装在升气管上,从下一块塔板上升的气体经升气管从齿缝中吹出,升气管的顶部应高于泡罩齿缝的上沿,以防止液体从中漏下,由于有了升气管,泡罩塔即使在很低的气速下操作,也不致于产生严重的漏液现象。因此,该种塔运作很稳定并有完整的设计资料和部分标准。不足是结构复杂、压降大、造价高,已逐渐被其他的塔型取代,新建塔很少再用此种塔板。

(2)筛板塔?筛板塔出现略迟于泡罩塔,与泡罩塔的差别在于取消了泡罩与升气管,直接在板上开很多的小直径的筛孔。操作时,气体高速通过小孔上升,板上的液体不能从小孔中落下,只能通过降液管流到下层板,上升蒸汽或泡点的条件使板上液层成为强烈搅动的泡沫层。筛板用不锈钢板制成,孔的直径约为Ф8mm。筛板塔结构简单、造价低、生产能力大、板效率高、压降低,随着对其性质的深入研究,已成为应用最广泛的一种。

(3)浮阀塔?浮阀塔是在第二次世界大战后开始研究。自20世纪50年代起使用的一种新型塔板。其特点是在筛板上每个筛孔处安装一个可以上下浮动的阀体,当筛孔气速高时,阀片被顶起而上升,气速低时,阀片因自重而下降。阀体可随上升气量的变化而自动调节开度,这样可使塔板上进入液层的气速不至于随气体负荷的变化而大幅度变化,同时气体从阀体下水平吹出加强了气液接触。浮阀的形式很多。其中F—1型研究和推广较早,如图10—19所示。分轻阀和重阀两种,轻阀重25g,由1.5mm薄板冲压而成;重阀重33g,由2mm薄板冲压而成。阀孔直径39mm,阀片有三条带钩的腿,插入阀孔后将其腿上的钩扳转90°,可防止被气体吹走;此外,浮阀边沿冲压出三块向下微弯的“脚”。当气速低浮阀降至塔板时,靠这三只“脚”使阀片与塔板间保持2.5mm左右的间隙。

二、?危险分析及安全运行

(1)危险状态分析

1)鼓泡接触状态?当上升蒸汽流量较低时,气体在液层中吹鼓泡的形式是自由浮升,塔板上存在大量的返混液,气液比较小,气液相接触面积不大。

2)蜂窝状接触状况?气速增加,气泡的形成速度大于气泡浮升速度,上升的气泡在液层中积累,气泡之间接触,形成气泡泡沫混合物。因气速不大,气泡的动能还不足使气泡表面破裂,因此,是一种类似蜂窝状泡结构。因气泡直径较大,很少搅动,在这种接触状态下,板上清液会基本消失,从而形成以气体为主的气液混合物,又由于气泡不易破裂,表面得不到更新,所以这种状态对于传质、传热不利。

3)泡沫状接触状态?气速连续增加,气泡数量急剧增加,气泡不断发生碰撞和破裂,此时,板上液体大部分均以膜的形式存在于气泡之间,形成一些直径较小、搅动十分激烈的动态泡沫,是一种较好的塔板工作状态。

4)喷射接触的状态?当气速连续增加时,由于气体动能很大,把板上的液体向上喷成大小不等的液滴,直径较大的液滴受重力作用落回到塔板上,直径较小的液滴,被气体带走形成液沫夹带,也是一种较好的工作状态。

泡沫接触状态与喷射状态均为优良的工作状态,但喷射状态是塔板操作的极限,液沫夹带较多,所以多数塔操作均控制在泡沫接触状态。

(2)安全运行控制

1)漏液?当气速较低时,液体从塔板上的开孔处下落,这种现象称为漏液。严重漏液会使塔板上建立不起液层,会导致分离效率的严重下降。

2)液沫夹带和气泡夹带?当气速增大时,某些液滴被带到上一层塔板的现象称为液沫夹带。产生液沫夹带有两种情况:一种是上升的气流将较小的液滴带走;另一种是由于气体通过开孔上的速度较大。前者与空塔气速有关,后者主要与板间距和板开孔上方的孑L速有关。气泡夹带则是指在一定结构的塔板上,因液体流量过大使溢流管内的液体的流量过快,导致溢流管中液体所夹带的气泡来不及从管中脱出而被夹带到下一层塔板的现象。

3)液泛现象?当塔板上液体流量很大,上升气体的速度很高时,液体被气体夹带到上一层塔板上的流量猛增,使塔板间充满气液混合物,最终使整个塔内都充满液体,这种现象称为夹带液泛。还有一种是因降液管通道太小,流动阻力大,或因其他原因使降液管局部地区堵塞而变窄,液体不能顺利的通过降液管下流,使液体在塔板上积累而充满整个板间,这种液泛称为溢流液泛。液泛使整个塔内的液体不能正常下流,物料大量返混,严重影响塔的操作,在操作中需要特别注意和防止。

精馏装置的辅助设备主要是各种形式的换热器,包括塔底溶液再沸器、塔顶蒸汽冷凝器、料液预热器、产品冷却器等,另外还需管线以及流体输送设备等。其中再沸器和冷凝器是保证精馏过程能连续进行稳定操作所必不可少的两个换热设备。

再沸器的作用是将塔内最下面的一块塔板流下的液体进行加热,使其中一部分液体发生汽化变成蒸汽而重新回流人塔,以提供塔内上升的气流,从而保证塔板上气、液两相的稳定传质。

冷凝器的作用是将塔顶上升的蒸汽进行冷凝,使其成为液体,之后将一部分冷凝液从塔顶回流入塔,以提供塔内下降的液流,使其与上升气流进行逆流传质接触。

再沸器和冷凝器在安装时应根据塔的大小及操作是否方便而确定其安装位置。对于小塔,冷凝器一般安装在塔顶,这样冷凝液可以利用位差而回流入塔;再沸器则可安装在塔底。对于大塔(处理量大或塔板数较多时),冷凝器若安装在塔顶部则不便于安装、检修和清理,此时可将冷凝器安装在较低的位置,回流液则用泵输送人塔;再沸器一般安装在塔底外部。

安装于塔顶或塔底的冷凝器、再沸器均可用夹套式或内装蛇管、列管的间壁式换热器,而安装在塔外的再沸器、冷凝器则多为卧式列管换热器。

在化工生产中,精馏塔操作,由于生产不同产品的生产任务不同,操作条件多样,塔型也不一样,因此,精馏过程的操作控制也是各不相同的。

①准备工作?检查仪器、仪表、阀门等是否齐全、正确、灵活,做好启动前的准备。

②预进料?先打开放空阀,充氮置换系统中的空气,以防在进料时出现事故,当压力达到规定的指标后停止,再打开进料阀,打人指定液位高度的料液后停止。

③再沸器投入使用?打开塔顶冷凝器的冷却水(或其他介质),再沸器通蒸汽加热。

④建立回流?在全回流情况下继续加热,直到塔温、塔压均达到规定指标,产品质量符合要求。

⑤进料与出产品?打开进料阀进料,同时从塔顶和塔釜采出产品,调节到指定的回流比。

⑥控制调节?精馏塔控制与调节的实质是控制塔内气、液相负荷大小,以保持塔设备良好的质热传递,获得合格的产品。但气、液相负荷是无法直接控制的,生产中主要通过控制温度、压力、进料量和回流比来实现。运行中,要注意各参数的变化,及时调整。?

⑦停车?先进料,再停再沸器,停产品采出(如果对产品要求高也可先停),降温降压后再停冷却水。