【正文】 于化學(xué)結(jié)構(gòu)相似，分子量接近的不同組分所形成的理想溶液。常減壓蒸餾技術(shù)問答 26 道爾頓(Dalton)根據(jù)大量試驗(yàn)結(jié)果，歸納為“系統(tǒng)的總壓等于系統(tǒng)中各組分分壓之和 ”。以上結(jié)論發(fā)表于 1801 年，通常稱之為道爾頓定律。道爾頓定律有兩種數(shù)學(xué)表達(dá)式： (1)n21PP??? (2)iiy? 式中 P1，P 2……Pn─代表下標(biāo)組分的分壓，Pa。 yi─任一組分 i 在氣相中的摩爾分率。經(jīng)以后的大量科學(xué)研究證實(shí)，道爾頓定律能準(zhǔn)確地用于壓力低于 的氣體的混合物。當(dāng)我們把著兩個(gè)定律進(jìn)行聯(lián)解時(shí)，很容易得到以下算式： i0ixy??Pi根據(jù)此算式很容易由某一相的組成，求取與其相平衡的另一相的組成。34 汽液相平衡以及相平衡常數(shù)的物理意義是什么？汽液相平衡是指汽、液兩種不同相狀態(tài)的混合物，存在于一個(gè)系統(tǒng)中，在兩相之中進(jìn)行物質(zhì)傳遞，最終系統(tǒng)的溫度、壓力保持恒定，各相的組成保持不變，這樣的狀態(tài)稱之為汽液平衡。在石油蒸餾過程中汽液相平衡主要研究溫度、壓力等操作參數(shù)與汽液組成之間的聯(lián)系。汽液相平衡常數(shù) Ki 是指汽液兩相達(dá)到平衡時(shí)，在系統(tǒng)的溫度壓力條件下，系統(tǒng)中某一組分 i 在汽相中的摩爾分率 yi 與液相中的摩爾分率 xi 的比值。即iy?i相平衡常數(shù)是石油蒸餾過程相平衡計(jì)算時(shí)最重要的參數(shù)，對(duì)于壓力低于 的理想溶液，相平衡常數(shù)可以用下式計(jì)算： Pi0iK?式中 ——i 組分在系統(tǒng)溫度下的飽和蒸汽壓， Pa；0iPP——系統(tǒng)壓力，Pa對(duì)于石油或石油餾分，可用實(shí)沸點(diǎn)蒸餾的方法切割成為沸程在 10℃到 30℃的若干個(gè)窄餾分，把每個(gè)窄餾分看成為一個(gè)組分──假組分，借助于多元系統(tǒng)汽液相平衡計(jì)算的方法，進(jìn)行石油蒸餾過程的汽液相平衡的計(jì)算。 因?yàn)槭突蚴宛s分沸程一般都比較寬，切割出來的假組分?jǐn)?shù)量比較多，而且過去缺乏假組分相平衡常數(shù)可靠的計(jì)算方法。盡管早在卅年代就有人提出了石油餾分假多元系汽液相平衡計(jì)算的想法，未被設(shè)計(jì)人員所采用而是采取三種蒸餾曲線關(guān)聯(lián)的經(jīng)驗(yàn)方法進(jìn)行常減壓蒸餾技術(shù)問答 27 石油蒸汽過程的相平衡計(jì)算。自從 1982 年以來中國石油化工公司發(fā)展我國主要原油及餾分油汽液相平衡常數(shù)的測(cè)試和計(jì)算方法的研究，已取得了一定的成果并在有關(guān)的專業(yè)雜志中發(fā)表，可供設(shè)計(jì)及生產(chǎn)部門使用。35 什么叫泡點(diǎn)，露點(diǎn)？什么是泡點(diǎn)方程和露點(diǎn)方程？泡點(diǎn)溫度是在恒壓條件下加熱液體混合物，當(dāng)液體混合物開始汽化出現(xiàn)第一個(gè)氣泡的溫度。泡點(diǎn)壓力是在恒溫條件下逐步降低系統(tǒng)壓力，當(dāng)液體混合物開始汽化出現(xiàn)第一個(gè)氣泡的壓力。露點(diǎn)溫度是在恒壓條件下冷卻氣體混合物，當(dāng)汽體混合物開始冷凝出現(xiàn)第一個(gè)液滴的溫度。露點(diǎn)壓力是在恒溫條件下壓縮氣體混合物，當(dāng)汽體混合物開始冷凝出現(xiàn)第一個(gè)液滴的壓力。石油精餾塔內(nèi)側(cè)線抽出溫度則可近似看作為側(cè)線產(chǎn)品在抽出塔板油氣分壓下的泡點(diǎn)溫度。塔頂溫度則可近似看作塔頂產(chǎn)品在塔頂油氣分壓下的露點(diǎn)溫度。泡點(diǎn)方程是表示液體混合物組成與操作溫度、壓力條件關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式，其算式如下： 11??ciixK露點(diǎn)方程是代表氣體混合物組成與操作溫度、壓力條件關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式，其算式如下： 1?ciiy其中 xi，y i 分別代表 i 組分在液相或氣相的摩爾分率，C 代表系統(tǒng)中的組分?jǐn)?shù)目。36 什么叫揮發(fā)度和相對(duì)揮發(fā)度？液體混合物中任一組分汽化傾向的大小可以用揮發(fā)度 vi 來表示，其數(shù)值是相平衡常數(shù)與壓力的乘積，即： P)/x(yKviii ???對(duì)于理想體系 ，液體混合物中 i 組分的揮發(fā)度顯然就等于它的飽和蒸汽oi壓，即 。ioiP相對(duì)揮發(fā)度是指系統(tǒng)中，任一組分 i 與對(duì)比組分 j 揮發(fā)度之比值，即： jijiijKv??常減壓蒸餾技術(shù)問答 28 對(duì)于理想體系： ioijP??對(duì)于低壓非理想溶液物系： iojij?其中 ri，r j─i， j 組分在系統(tǒng)組成及溫度條件下的活度系數(shù)。37 精餾過程的必要條件有哪些？精餾過程主要是依靠多次汽化及多次冷凝的方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)液體混合物的分離，因此，液體混合物中各組分的相對(duì)揮發(fā)度有明顯差異是實(shí)現(xiàn)精餾過程的首要條件，在混合物揮發(fā)度十分接近（如 C4 餾分混合物）的條件下，可以用加入溶劑形成非理想溶液，以恒沸精餾或萃取精餾的方法來進(jìn)行分離，此時(shí)，所形成的非理想溶液中各組分的相對(duì)揮發(fā)度已有顯著的差異。塔頂加入輕組分濃度很高的回流液體，塔底用加熱或汽提的方法產(chǎn)生熱的蒸汽。塔內(nèi)要裝設(shè)有塔板或填料，使下部上升的溫度較高、重組分含量較多的油汽與上部下降的溫度較低、輕組分含量較多的液體相接觸，同時(shí)進(jìn)行傳熱和傳質(zhì)過程。油汽中的重組分被液體冷凝下來。其釋放出的熱量使液體中的輕組分得以汽化。塔內(nèi)的氣流自下而上經(jīng)過多次冷凝過程，使輕組分濃度越來越高，在塔頂可以得到高濃度的輕質(zhì)餾出物，液體在自上而下的流動(dòng)過程中，輕質(zhì)組分不斷汽化，輕組分含量越來越低，在塔底可以得到高濃度的重質(zhì)產(chǎn)品。38 石油精餾塔與簡(jiǎn)單精餾塔相比有哪些不同之處？簡(jiǎn)單精餾塔原料由塔的中部送入，在塔的上部——精餾段經(jīng)過多次的汽液接觸傳質(zhì)，使輕組分得以提濃。在塔頂獲得純度較高的輕組分。塔的下部——提餾段經(jīng)過多次汽液接觸，使重組分得以提濃，在塔底獲得純度較高的重組分。常減壓蒸餾技術(shù)問答 29 圖 4－ 1原 油 塔 示 意 圖重 油汽 油 、 輕 石 腦 油 、煤 油 及 粗 柴 油 原 油汽 油 、 輕 石腦 油 及 煤 油汽 油 及輕 石 腦 油 汽 油 塔 Ⅰ 粗 柴 油煤 油 塔 Ⅱ塔 Ⅲ 塔 Ⅳ輕 石 腦 油石油精餾塔從外觀來看比較復(fù)雜（見圖 4－1） ，但仔細(xì)分析其結(jié)構(gòu)很容易看出，石油蒸餾塔進(jìn)料以上事實(shí)是把幾個(gè)簡(jiǎn)單精餾塔的精餾段逐個(gè)重疊起來，塔頂餾出最輕的產(chǎn)品——汽油。塔底引出最重產(chǎn)品——重油。介于其間的其他產(chǎn)品則在塔側(cè)作為側(cè)線產(chǎn)品抽出分別進(jìn)入各自的提餾段。汽提塔則是側(cè)線產(chǎn)品提餾段逐個(gè)重疊而成的。石油精餾塔進(jìn)料以下是重油的提餾段。這種石油精餾塔根據(jù)其結(jié)構(gòu)原理，一般又把它稱為復(fù)合塔。39 石油精餾塔提餾段采取了哪些不同的提餾方式？提餾段的主要作用是把塔底或側(cè)線產(chǎn)品中的輕餾分蒸出，從而改善產(chǎn)品的分割，并能滿足某些產(chǎn)品對(duì)閃點(diǎn)的要求。石油精餾塔多數(shù)的提餾段都采取水蒸氣汽提的方法，其主要原理是通入過熱水蒸氣，在汽提段的塔板上與油品接觸，降低了油氣分壓而使被提餾的油品中的輕餾分汽化，從而達(dá)到提餾的目的。煉廠過熱水蒸氣容易取得而且常壓塔、減壓塔塔底以及下部側(cè)線的溫度很高，如果采用重沸器很難找到合適的熱源。故而水蒸氣汽提得到了廣泛的應(yīng)用。近年來常壓塔上部側(cè)線采用再沸器提餾的方式日益增加，這種做法是基于以下考慮：側(cè)線產(chǎn)品汽提時(shí)，產(chǎn)品中會(huì)溶解微量水分，會(huì)使航空煤油的冰點(diǎn)或燈用煤油的濁點(diǎn)上升，采用再沸器進(jìn)行提餾，可以免除這個(gè)弊病。水的分子量較油品分子量小得多，故少量的水蒸氣具有很大的體積。相當(dāng)于同樣重量的煤油或輕柴油餾分蒸氣體積的十倍。在相當(dāng)大的程度上加大了塔的汽液負(fù)荷，用再沸器代替?zhèn)染€汽提有利于提高蒸餾塔的處理能力。水蒸氣的冷凝潛熱很大，側(cè)線再沸提餾有助于降低塔頂冷凝器的熱負(fù)荷，降低能耗，并且減少含油污水的生成量。常減壓蒸餾技術(shù)問答 30 此外有個(gè)別煉廠采用干式減壓蒸餾來生產(chǎn)潤(rùn)滑油時(shí)，側(cè)線抽出物在汽提塔內(nèi)用減壓閃蒸撥出其中較輕餾分的辦法來進(jìn)行提餾。40 什么叫回流比？它的大小對(duì)精餾操作有何影響？回流比是指回流量 Lo 與塔頂產(chǎn)品 D 之比，即： LRO?回流比的大小是根據(jù)各組分分離的難易程度（即相對(duì)揮發(fā)度的大小）以及對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求而定，對(duì)于二元或多元物系它是根據(jù)精餾過程的計(jì)算而定的。石油精餾過程國內(nèi)主要用經(jīng)驗(yàn)或半經(jīng)驗(yàn)的方法設(shè)計(jì)，回流比主要由全塔熱量平衡確定。在生產(chǎn)過程中精餾塔內(nèi)的塔板數(shù)或理論塔板數(shù)是一定的，增加回流比會(huì)使塔頂輕組分濃度增加，質(zhì)量變好。對(duì)于塔頂、底分別得到一個(gè)產(chǎn)品的簡(jiǎn)單塔，在增加回流比的同時(shí)要注意增加塔底重沸器的蒸發(fā)量，而對(duì)于有多側(cè)線產(chǎn)品的復(fù)合石油蒸餾塔在增加回流比的同時(shí)要注意調(diào)整各側(cè)線的開度，以保持合理的物料平衡和側(cè)線產(chǎn)品的質(zhì)量。41 蒸餾塔板或填料在蒸餾過程中有何作用？蒸餾塔板或填料在蒸餾過程中主要提供汽液相良好的接觸條件，以便于傳熱，傳質(zhì)過程的進(jìn)行。在蒸餾塔板上或填料表面自上而下流動(dòng)的輕組分含量較多、溫度較低的液體與自下而上流動(dòng)溫度較高的蒸氣相接觸，回流液體的溫度升高、其中輕組分被蒸發(fā)到氣相中去，高溫的蒸氣被低溫的液體所冷卻，其中重組分被冷凝下來轉(zhuǎn)到回流液體中去。從而使回流液體每經(jīng)過一塊塔板其中重組分有所上升，而上升蒸氣每經(jīng)過一塊塔板的作用輕組分含量也有所上升，這就是蒸餾塔板或填料的傳質(zhì)過程也叫提濃效應(yīng)。液相的輕組分汽化需要熱量——汽化熱，這熱量是由汽相中重組分冷凝時(shí)放出的冷凝熱直接提供的。因此在蒸餾塔板上進(jìn)行傳質(zhì)過程的同時(shí)也進(jìn)行著熱量傳遞過程。蒸餾塔板或填料設(shè)計(jì)的一個(gè)重要的指導(dǎo)思想，在于提供汽、液充分接觸的傳熱、傳質(zhì)表面積。面積越大越有利于過程的進(jìn)行。42 循環(huán)回流有什么作用和優(yōu)缺點(diǎn)？如何設(shè)置中段循環(huán)回流？循環(huán)回流的作用首先是可以從下部高溫位取出回流熱，這部分回流熱幾乎可以全部用于滿足裝置本身加熱的需求。如果不是采用循環(huán)回流取熱，那么這些熱量將在塔頂全部以冷回流的形式取出。由于溫位很低，這部分熱量很難回收，還需要耗用較多的能量去把它們冷卻取熱，因此，采用循環(huán)回流對(duì)裝置的節(jié)能起了重要的作用。其次，采用循環(huán)回流之后塔內(nèi)汽液相負(fù)荷比較均勻，對(duì)新設(shè)計(jì)的蒸餾塔可以減小塔徑、節(jié)約投資。對(duì)于已有的精餾塔，采取了中段回流之后，一般可以較大幅度的提高其處理能常減壓蒸餾技術(shù)問答 31 力。國內(nèi)循環(huán)回流一般采用下方抽出從上方打回塔內(nèi)的方式，每個(gè)循環(huán)回流一般要占用2～3 塊塔板作為換熱塔板，因此塔的板數(shù)應(yīng)相應(yīng)有所增加。為了減低由于采用中段循環(huán)回流后使其上方內(nèi)回流減少、對(duì)分餾效果不利的影響，中段循環(huán)回流應(yīng)設(shè)置在盡量靠近上面抽出側(cè)線的位置。中段循環(huán)回流設(shè)置的方案見圖 4－2。圖 4－ 2循 環(huán) 回 流 的 形 式 與 位 置理論上中段循環(huán)回流的數(shù)目越多，塔內(nèi)汽、液相負(fù)荷越均衡，但流程也越復(fù)雜、設(shè)備投資也相應(yīng)增高。對(duì)于有三、四個(gè)側(cè)線的石油蒸餾塔，一般采用兩個(gè)中段循環(huán)回流。采用第三個(gè)中段循環(huán)回流的價(jià)值不大。43 石油蒸餾塔內(nèi)汽、液相負(fù)荷分布有何特點(diǎn)？了解石油蒸餾塔內(nèi)汽、液相負(fù)荷分布特點(diǎn)，對(duì)于設(shè)計(jì)和生產(chǎn)部門都有重要的意義。典型的常壓塔汽、液相負(fù)荷的分布圖見圖 4－3。常減壓蒸餾技術(shù)問答 32 圖 4－ 2循 環(huán) 回 流 的 形 式 與 位 置203塔板序號(hào)1無 中 段 循 環(huán) 回 流有 中 段 循 環(huán) 回 流 （ 不 包 括 循 環(huán) 量 在 內(nèi) ）汽 相 負(fù) 荷 與 液 相 回 流 公 斤 分 子 /時(shí)在同一精餾段內(nèi)，自下而上溫度逐漸降低，從熱量平衡的角度來看產(chǎn)品帶出熱量減少，內(nèi)回流帶出熱量以及內(nèi)回流量必然會(huì)有所增加，內(nèi)回流經(jīng)過抽出側(cè)線時(shí)，一部分回流液作為側(cè)線產(chǎn)品抽出，側(cè)線下方的內(nèi)回流數(shù)量必然有所減少，減少的數(shù)量近似等于側(cè)線產(chǎn)品抽出量。塔頂?shù)睦浠亓髋c塔頂溫差較大、塔內(nèi)板間溫差較小，因而塔頂?shù)睦浠亓鲾?shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于塔內(nèi)頂板向下溢流的內(nèi)回流量。在塔內(nèi)設(shè)置有中段循環(huán)回流時(shí)，中段循環(huán)回流輸入塔內(nèi)是處于過冷的狀態(tài)，與上升的蒸氣接觸、大量的內(nèi)回流蒸氣被循環(huán)回流所冷凝，因而循環(huán)回流下方的內(nèi)回流量遠(yuǎn)比循環(huán)回流上方大。44 石油有哪些不同的蒸餾過程？它們的餾出曲線相比較有何不同之處？煉廠主要應(yīng)用實(shí)沸點(diǎn)蒸餾、恩氏蒸餾、平衡汽化三種蒸餾過程。實(shí)沸點(diǎn)蒸餾是一種間歇精餾過程。塔釜加入油樣加熱汽化，上部冷凝器提供回流，塔內(nèi)裝有填料供汽、液相接觸進(jìn)行傳熱、傳質(zhì)，塔頂按沸點(diǎn)高低依次切割出輕、重不同的餾分。實(shí)沸點(diǎn)主要用于原油評(píng)價(jià)試驗(yàn)。恩氏蒸餾也叫微分蒸餾。油樣放在標(biāo)準(zhǔn)的蒸餾燒瓶中，嚴(yán)格控制加熱速度、蒸發(fā)出來的油氣經(jīng)專門的冷凝器冷凝后在量筒中收集，以確定不同餾出體積所對(duì)應(yīng)的餾出速度。恩氏蒸餾試驗(yàn)簡(jiǎn)單、速度快，主要用于石油產(chǎn)品質(zhì)量的考核及控制上。平衡汽化也稱為一次汽化，在加熱的過程中油品緊密接觸處于相平衡狀態(tài)，加熱終了使汽、液分離，如加熱爐出口，以及應(yīng)用“理論塔板”概念進(jìn)行精餾過程設(shè)計(jì)時(shí)的理論塔板，都可以視為平衡汽化過程。在石油蒸餾過程設(shè)計(jì)時(shí)還用它來求取進(jìn)料段、抽出側(cè)線以及塔頂?shù)臏囟?。通過三種蒸餾過程的餾出曲線進(jìn)行比較，很容易看出，實(shí)沸點(diǎn)蒸餾初餾點(diǎn)最低、終餾常減壓蒸餾技術(shù)問答 33 點(diǎn)最高、曲線的斜率最大。平衡汽化初餾點(diǎn)最高、終餾點(diǎn)最低、曲線斜率最小。恩氏蒸餾過程則居于兩者之間。基于以上的現(xiàn)象，經(jīng)過大量的試驗(yàn)積累了豐富的數(shù)據(jù)，經(jīng)處理得到三種蒸餾曲線換算圖表，主要用來從實(shí)沸點(diǎn)蒸餾數(shù)據(jù)或恩氏蒸餾數(shù)據(jù)出發(fā)，求取平衡汽化數(shù)據(jù)便于在石油蒸餾塔設(shè)計(jì)時(shí)求取塔內(nèi)各點(diǎn)的溫度。45 如何表示石油蒸餾塔的分離精確度？一般化工產(chǎn)品的精餾塔被分離物系是由若干個(gè)確定組成的組分構(gòu)成的，該塔的分離精確度可以用某些組分在塔頂產(chǎn)品的塔底產(chǎn)品中的含量來表示，換而言之是用塔頂產(chǎn)品和塔底產(chǎn)品的純度來表示。石油蒸餾的產(chǎn)品不是具體的組分，而是較寬的餾分，上述分離精確度表示的方法不能用在石油系統(tǒng)的蒸餾過程中，石油蒸餾過程兩相鄰餾分之間的分離精確度，通常用該兩個(gè)餾分的蒸餾曲線（一般是恩氏蒸餾曲線）的相互關(guān)系來表示。倘若較重餾分的初餾點(diǎn)高于較輕餾分的終餾點(diǎn)，則這兩個(gè)餾分之間有些“脫空”，煉油工業(yè)的術(shù)語稱這兩個(gè)餾分之間有一定的“間隙”。這個(gè)間隙可以用較重餾分的初餾點(diǎn)與較輕餾分的終餾點(diǎn)之間的溫差來表示：