空分设备系统操作中的物料平衡

空分设备系统操作中的物料平衡
空分设备系统操作中的物料平衡
1低温精馏原理
精馏就是同时并多次地运用部分汽化和部分冷凝的过程，使低沸点的组分（如空气中氮）的不断地从液相蒸发出去，同时使高沸点的组成（如空气中的氧）不断地从气相中冷凝到液相中来，最终实现两种组分的分离过程。精馏的过程就是气液相物流在塔内的热、质交换，最终使各组分沿塔高度气、液相浓度分布发生变化的过程。精馏工况就是建立在各类物流在精馏塔系统内多次循环下的气液相平衡、物料平衡以及能量平衡等动态平衡的基础上的。
2空分设备操作物料平衡分析
2、1进塔空气量与氧气产量
由式（3）可知；当加工空气量  及产品的含氧量  一定时，氧气产量与氮气纯度有关。氮气中含氧量越低，氧气产量就越高。所以在生产中，不仅要注意氧气纯度，还应注意调整氮气纯度。当氮气中氧纯度  及加工空气量  不变时，提高产品氧的纯度，则会降低产品氧产量。因此，在操作中，可以用产量的变化来调整产品的纯度。
由于在正常生产中,氧气纯度和平均氮气纯度要求不变,在一定的氧提取率下，可以直观地得出进塔空气量和氧气产量之间的关系。
2、2空气量与氩馏分
氩馏分是连接主塔与氩馏塔的重要物流，影响其组分的因素很多。粗氩塔中主要是进行氧、氩分离，如果我们把氩馏分看成是氧、氩的二元混合物，那么在粗氩塔的底部进料处，当氩馏分和回流液处于相平衡时，在氧一氩二元相图上操作线的斜率最小，所需理论塔板数达到无穷多，此时回流数为最小回流数，相应回流比为最小回流比。在粗氩的组分浓度、氩馏分浓度一定的情况下，我们可以计算出最小回流比，从而确定工作回流比。
2、3液空纯度与氩馏分
液空纯度与液空量对上塔精馏工况有显著的影响，因此液空纯度对氩馏分的质量也有密不可分的联系。下塔液空含氧量降低，使上塔的原料液质量变差，在上塔结构参数与等效塔板效率不变的情况下，增加了上塔分离的负担，因为其分离能力是有限度的，带来的结果是氧气纯度的下降，同时氩馏分中的氮含量增加；反之，下塔液空含氧量太高，使上塔提馏段中氧含量升高，致使氩馏分含氧量升高；同时因为液空还是粗氩塔冷凝器的冷源，其温度升高，不利于冷凝器工作，上塔氮气纯度下降。与此同时，下塔液空含氧量高说明氩组分在氮中含量增加，流入上塔以后不利于氩的提取。
在这两种情况下，如果单纯对应含量或粗氩塔的热负荷进行调节，整个工况就会向另一个极端靠近，所以在调节中总是会遇到氩馏分不是含氧量高就是含氮量高，有时两种情况兼有。由此可知，下塔液空纯度对氩塔工况也是非常重要的影响作用。在实际操作中注意到这一点，是非常有益处的。
2、4氧氮产量、主冷液位与氩馏分
从主塔氧组分的平衡来看，氧、氮产量和主冷液面对氩塔的稳定也是很重要的条件。通常产品纯度波动    。氩馏分中氩含量变化           ，波动幅度扩大      倍；主冷液面波动          ，粗氩塔就会出现相应的显著反应，影响氩馏分的组成或抽取量。在粗氩冷凝器热负荷及其它参数不变的情况下降低氧产量或提高氧纯度，氩馏分含氧量将增多，抽取的氩馏分量增加，粗氩塔的回流比较少，粗氩中含氧量增加，纯度下降；若氩馏分中含氮量过高，粗氩塔冷凝器的温差减小，粗氩塔下流液体量减小，粗氩的纯度和产量也下降。
另外，粗氩塔冷凝器的热负荷决定了粗氩的产量及纯度。热负荷过大，粗氩塔回流比大，粗氩纯度高且产量少，严重时会引起粗氩塔液泛，还会增加主塔负担，影响主塔的工况；反之，粗氩产量高时纯度降低，将增加粗氩净化的负担。因此，粗氩塔冷凝器的热负荷应适当，这可以通过粗氩塔冷凝器液空液位和液空回主塔的量来调节。加大返回主塔的液空量，液空的沸点降低，冷凝器的温差增大。液空节流阀开大，冷凝器液空液位上升，冷凝器的热负荷也增加，反之则可减小其热负荷
3物料平衡分析在空分设备工艺调整中的应用
3、1保持液空纯度稳定
济南鲍德气体有限公司空分设备下塔的主要阀门有 ，V11用来下塔液氮回流量，V1、V3是液体流入上塔的调节阀。调节中要注意“先上后下”的原则，因为下塔为上塔提供原料，是上塔工况稳定的基础。其中V1的调节对下塔回流比和精馏工况没有影响，对上塔却是有影响的，其实质是通过下塔液空液位的调节来控制流AK·塔物流量的恒定，所以液位是来为物流量的恒定服务的。V3的调节对上下塔均有影响，需微调，在调整中应与V11相配合才能收到预期的效果。V11即可控制下塔回流比，又对进塔空气量起作用，在V11和V3的配合中，首先满足下塔釜液氧含量在范围内的条件下，再通过上塔氮气纯度的高低做微调整，使整个工况逐步建立起来，所以的动态平衡体系向预期的条件靠近，最终实现设备达标、平稳运行。
3、2保持氩馏分含氧量稳定
保持氩馏分含氧量稳定，是保证粗氩塔正常、稳定工作的前提。20000
空分设备计氩馏分含氧量为88%～92%，此时，为保证粗氩塔  出口粗氩含氧量达到设计指标，氩馏分抽取量与粗氩量之比为33～36倍即可。
若氩馏分含氧量过高，势必造成粗氩塔精馏负荷增加，在氩馏分抽取量一定及保证粗氩塔  出口含氧量一定的情况下，粗氩产量将减少，氩提取率降低。
当氩馏分含氧量过低时，氩馏分中氩含量将增加，同时氩氮量也会增加。由于粗氩塔精馏主要是去除氩馏分中的氧组分，对氩馏分中的氮组分基本没有精馏效果，过多的氮含量将在粗氩塔冷凝器中积聚，影响粗氩塔冷凝器的换热，严重时将造成粗氩塔冷凝器氮塞，影响粗氩塔的正常精馏；同时，过多的氮含量将随精氩塔，影响精氩塔的精馏，造成精氩塔压力升高，严重时会造成精氩塔氮塞。
3、3控制膨胀空气进上塔量
膨胀空气进上塔参加精馏，主要是提高氧气提取率。当空分设备带氩塔时，膨胀空气进上塔参加精馏，会对氩提取率产生影响，这种影响主要是通过对氩馏分组分的影响产生的。
当膨胀空气进上塔量过大时，由于膨胀空气上塔入口接近氩馏分抽口，将使氩馏分中氮含量增加，造成粗氩塔及精氩塔工作不稳定。在操作时，要仔细进行调整，避免引起工况的波动。
3、4控制氩馏分进粗氩塔流量
当粗氩产量及纯度稳定的情况下，过多抽取氩馏分，不仅是没有必要的，而且会影响精馏工况。根据上塔物料平衡原理，当氩馏分抽取量过大时，氩馏分抽口回流比将偏离设计工况，使回流比增大，氩馏分中含氮量逐渐增加，氮组分在粗氩塔冷凝器逐渐积聚，使粗氩塔冷凝器传热温差逐渐减少，最终造成氩馏分抽取量减少；当氩馏分抽取量减少到使氩馏分抽口区域回流比达到设计值后，氩馏分中氮组分又逐渐减少，粗氩塔冷凝器逐渐恢复正常工况，又使氩馏分抽取量增加。这种状况将循环变化，若不减少氩馏分抽取量，将使粗氩塔处于很不稳定的工作状态。

4几点体会
（1）在调节中我们有时会有这样的感受，就是工况不稳定，我们就不断地作调整，结果工况愈来愈不如从前好，这种现象说明了系统中存在如物料平衡、能量平衡等动态平衡，在建立平衡状态所需的状态参数条件没有很快确定下来，系统内的动态平衡一直在“追随”你所设定的环境并欲建立这种状态下的平衡，但是它的“努力”总是在还没有来得及完成时就被环境的又一次改变而“徒劳无获”，因为建立平衡状态是需要一定的时间的，外界环境的频繁变化，使这种正常生产所需的平衡状态的建立无限期的延迟下去，导致我们所遇到的这种现象。由此可知，在进行工况调整时，我们要静下心来，仔细观察每一个参数的变化，逐步作调整，及时分析调整对系统产生的影响效果，给系统一段用来适应调整、建立平衡的时间，然后再作决定是否还需要进行调整，这种才会在操作中带来事半功倍的效果。因此，在操作中，不应对某一或某几个参数作大起大落的调节，这种才会在操作中生产运行。
（2）对于带有氩塔的空分设备来说，影响上塔精馏工况的因素除了以上，膨胀空气及温度、氩塔液空回流量都与上塔工况息息相关。在调整中我们应该把他们看作是一个整体来对待，他们既相互联系又相互制约即主塔不稳定，氩塔就会有波动；反之，氩塔不能相互达产，主塔的工况也不能很好地建立起来。
（3）在调节操作中应时刻注意相关参数的变化趋势。这种变化趋势可分为相对变化趋势和绝对变化趋势，短时间内相对前一时刻的涨落为相对变化趋势；长时间段过后，参数相对于设定值或者起初正常工况时的值的变化为绝对变化趋势。有时我们看到某一参数变化不是很大，就不必做调整，这说明相对变化趋势小，但经过几个月长时间段后，它就有可能偏离设计值而一定的绝对变化值，很容易被我们忽视而影响生产。这种，我们要做的就是对系统参数绘制全年趋势变化图，参数设定值的更改进行备案并由专人负责，以备后用，禁止随意更改，避免不必要的人为因素对生产的影响。这一点应在日常操作中加以注意。
（4）在操作中，另外应该特别注意的是分清主次，弄清顺序，抓住主要环节，使问题得到尽快的解决。例如说，要使工况稳定下来就要从源头着手，进塔压力、流量首先要稳定，下塔液空液位及纯度、主冷液氧液位稳定下来，才能使氩塔趋于正常。由此，在调节时，首先把对工况影响至关重要的参数调整好，在对辅助性的参数进行调整，工况才可能逐步向好的方向发展，达到调节操作的目的。例如说，精氩塔氮塞时，精氩塔上冷凝器液位上涨，塔内压力升高，阻力下降。这时，首先应参照精氩塔内做相应调整，降低上冷凝器氮侧压力，使塔内积聚的氮气尽快地排出设备，使塔内压力将下来，然后再对液位等参数做调整。如果注重某一辅助性的参数，这样的调节只能使工况越来越糟。但是，这并不是说，这些参数就不重要，只是在一定的条件下，它处于次要矛盾的位置，
          综上所述，精馏工况调整中应充分注意体系统内的物流平衡、能量平衡一家汽液相平衡等诸多平衡问题，只有以动平衡的观点看待工况的变化，并且在实际操作中加以体现，才能保持设备的平稳、正常运行，创造良好的经济效益。
[ 本帖最后由 gader 于 2009-4-29 22:41 编辑 ]

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