（化学工程专业论文）醇酮装置双效蒸馏塔优化操作的研究.pdf

大连理t 大学专业学位硕十学位论文 摘要 塔器是在石油、化工、轻工等部fj 广泛应用的工艺设备，主要用来处理流体( 气体 或液体) 之间的传热与传质，实现物料的净化和分离。蒸馏是液体混合物分离的首选工 艺，但它也是最耗能的化工生产单元操作之一，所以节能问题始终是蒸馏系统和塔设计 者最关注的问题之一。 辽阳石化分公司尼龙厂新醇酮装置是2 0 0 3 年尼龙厂1 4 万吨精己二酸技改工程的主 体生产装置，是在原醇酮装置工艺的皋础上，结合多年来生产实践，并加以改进，采用 自己独立的工艺包，由大辰设计院进行工程设计的，设计年产量为5 2 5 0 0 吨。其中双效 蒸馏( d 2 3 0 1 a b 塔) 工艺应用存装置的3 0 0 # 工段，即分离工段。 原醇酮蒸馏采用法国设计的单效常压蒸馏工艺，为减少蒸馏过稃中水蒸气的消耗， 在尼龙厂精己二酸技术改造过程中，新建醇酮装置的蒸馏系统采用双效加压( 0 2 5 m p a ) 蒸馏操作。该装置自开车以来，不仪没有减少水蒸气的消耗，而且蒸馏塔塔盘经常堵塞， 塔底再沸器也结焦严鼋，使双效蒸馏塔的操作负荷急剧下降，必须停车碱洗，严重影响 了系统的生产能力；因此，首先需要对新醇酮装置双效蒸馏系统的设备和工艺操作系统 进行现场核定和理论分析，确定双效蒸馏系统的故障原因，在此基础上，建立模拟醇酮 蒸馏过程的计算机模型，提出改进双效蒸馏系统的改造方案，通过模拟计算和校核，最 终确定最佳的改造方案。 由于时f , j 矛u 资金的限制，对d 2 3 0 1 a b 塔的改造一时难以实现，在保证平稳生产的 前提下，白2 0 0 5 年以来，我们利用现有设备，对d 2 3 0 1 a b 塔的操作参数进行多次调整， 同时调整d 2 3 0 2 塔的操作参数，通过联合调整，调整这3 个塔的负荷、操作温度、操作 压力，基本解决了d 2 3 0 1 a b 塔底再沸器和塔盘结焦问题，生产周期达到设计要求。同 时，通过调整，能耗有所下降，但未达到节能2 0 的目的。调整后，d 2 3 0 1 a b 塔的操 作裕度和生产能力有所f 降。要达到节能目标，同时得到良好的操作裕度和生产能力， 应按模拟计算的结果进行改造，增加设备，调整操作参数。 关键词：双效蒸馏；水蒸气的消耗；模拟计算；理论分析；工艺调整 酵酮装置双效蒸馏塔优化操作的研究 t h es t u d yo fo p e t i m a lo p e r a t i o no fd o u b l e e f f e c td i s t i l l a t i o nc o l u m no f a l c o h o lk e t o n ep l a n t a b s t r a c t t h et o w e rv e s s e lw a st h ep r o c e s se q u i p m e n tt h a tw a s a p p l i e dw i d e l yi nt h ep e t r o l e u m a n dc h e m i c a la n dl i g h ti n d u s t r yd e p a r t m e n t i tw a su s e dt oh a n d l et h eh e a ta n dm a s st r a n s f e r b e t w e e nt h ef l u i d s ( g a so rl i q u i d ) t op u r i f ya n ds e p a r a t et h em a t e r i a l d i s t i l l a t i o nw a st h ef i r s t c h o i c ef o r t h el i q u i dm i x t u r es e p a r a t i o np r o c e s s b u ti tw a st h em o s te n e r g yd i s s i p a t i o nu n i ta s w e l l s ot h ee n e r g ys a v i n gw a st h e c a r em o s tp r o b l e mf o rt h ed e s i g n e ro ft h ed i s t i l l a t i o n s y s t e m t h en e wa l c o h o lk e t o n ep l a n to fn y l o nf a c t o r yo fl i a o y a n gp e t r o c h e m i c a lc o m p a n yw a s t h em a j o rp r o d u c t i o np l a n ti nt e c h n i c a lr e n o v a t i o np r o j e c to f1 4m i l l i o nt o n sp u r ea d i p i ca c i d o fn y l o nf a c t o r ya t2 0 0 3 o nt h eb a s i so ft h eo l da l c o h o lk e t o n ep l a n tp r o c e s s w em o d i f i e d t h eo l dp r o c e s sw i t hm a n yy e a r sp r o d u c t i o np r a c t i c ee x p e r i e n c e t h e nw ef o r m e do u ro w n i n d e p e n d e n tp r o c e s sp a c k a g e t h ep r o j e c td e s i g nw a sm a d eb yt i a n c h e nd e s i g ni n s t i t u t e i t s d e s i g na n n u a lo u t p u tw a s5 2 5 0 0t o n s t h ed o u b l e e f f e c td i s t i l l a t i o np r o c e s sw a sa p p l i e do n 3 0 0 # u n i t t h a tw a ss e p a r a t i o nu n i t t h es i n g l e e f f e c ta t m o s p h e r i cd i s t i l l a t i o np r o c e s st h a tw a sd e s i g n e db yf r e n c hw a s a p p l i e do no r i g i n a la l c o h o lk e t o n ep r o c e s s i no r d e rt or e d u c i n gt h es t e a mc o n s u m p t i o no f d i s t i l l a t i o no p e r a t i o nd o u b l e e f f e c tp r e s s u r i z e d ( o 2 5 m p a ) d i s t i l l a t i o no p e r a t i o nw a sa p p l i e do n t h ed i s t i l l a t i o ns y s t e mo fn e wa l c o h o lk e t o n ep l a n td u r i n gt h et e c h n i c a lr e n o v a t i o no gp u r e a d i p i ca c i dp l a n to fn y l o nf a c t o r y b u ts i n c ei ts t a r t u p e dt h es t e a mc o n s u m p t i o nw a sn o t r e d u c e db u tt h et r a yw a sa l w a y sb l o c k e d t h eh e a v yc o k eo ft h er e b o i l e ra tt h eb o t t o mo ft h e t o w e rc a u s e dt h eo p e r a t i o nl o a do fd 2 3 0 1t o w e rd r o p p i n gd o w ns h a r p l y s ow eh a dt o s h u t d o w nt h ew h o l ep l a n ta n dm a k et h ec a u s t i cw a s h i n g i ta f f e c t e dt h ep r o d u c t i o nc a p a c i t y o ft h es y s t e mh e a v i l y t h e nt h ef i e l dd e t e c t i o no ft h ee q u i p m e n to ft h ed i s t i l l a t i o ns y s t e ma n d t h et h e r o r e t i c a la n a l y s i so nt h ep r o c e s so p e r a t i o ns y s t e mw e r en e c e s s a r y w eb u i l tu pt h e c a l c u l a t i o nm o d e lo ft h es i m u l a t e dd i s t i l l a t i o no p e r a t i o no nt h eb a s i so ft h e m w ep u tf o r w a r d t h et e c h n i c a ls c h e m et oo p t i m i z i n gt h ep r o c e s so p e r a t i o no fa l c o h o lk e t o n ed i s t i l l a t i o ns y s t e m w i t ht h es i m u l a t e dc a l c u l a t i o na n dt h ec o m p a r i s o n w ec h e c k e dt h ep r o d u c t i o nc a p a c i t yo ft h e m a j o re q u i p m e n to nt h ec o n d i t i o no ft h ed i f f e r e n ts c h e m e i nt h ee n dw ed e t e r m i n e dt h e f e a s i b l et e c h n i c a lr e n o v a t i o ns c h e m ea n dt h en e c e s s a r yi m p r o v e m e n tm e a s u r e s 大连理丁大学专业学位硕+ 学位论文 i tw a sh a r dt oi m p l e m e n tt h er e c o n s t r u c t i o no fd 2 3 0la bt o w e rb e c a u s eo ft h el i m i to f t i m ea n df u n d s s ow ea d j u s t e dt h ep a r a m e t e r so fd 2 3 0la bt o w e rm a n yt i m e so nt h eb a s i s o ft h es t a b l ep r o d u c t i o ns i n c e2 0 0 5 a tt h es a m et i m ew ea l s oa d j u s t e dt h ep a r a m e t e r so f d 2 3 0 2t o w e r w eb a s i c l l ys o l v e dt h eh e a v yc o k ep r o b l e mi nt h er e b o i l e ra tt h eb o t t o mo ft h e t o w e rt h r o u g ha d j u s t i n gt h el o a da n do p e r a t i n gt e m p e r a t u r ea n do p e r a t i n gp r e s s u r eo ft h e t h r e et o w e r s t h ep r o d u c t i o nc y c l em a t c h e dt h ed e s i g nr e q u i r e m e n t s a tt h es a m et i m et h e e n e r g yc o n s u m p t i o ng o td o w n i tb a s i c a l l yc l o s e dt ot h ed e s i g no f t h ef r e n c h b u tt h e t u r n d o w nr a t i oo fd 2 3 0la bt o w e ra n dd 2 3 0 2t o w e rw a sr e d u c e dal i t t l ei no r d e rt os a v e 2 0 e n e r g y s o i fy o uw a n t e db o t ht h eg o o de n e r g ys a v i n ge f f e c ta n dt h eh i g ht u r n d o w n r a t i ow em u s tr e c o n s t r u c tt h ep r o c e s sa c c o r d i n gt ot h er e s u l to ft h es i m u l a t e dc a l c u l a t i o nt o i n c r e a s ee q u i p m e n t sa n da d j u s tt h ep r o c e s sp a r a m e t e r s k e y w o r d ：d o u b l e e f f e c td i s t i l l a t i o n ；t h es t e a mc o n s u m p t i o n ；t h es i m u l a t e dc a l c u l a t i o n ； t h e o r e t i c a l l ya n a l y z i n g ；t h ep r o c e s sa d j u s t m e n t i i i 大连理工大学学位论文独创性声明 作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究 工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外， 本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请 学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献 均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 作者签名： 大连理t 大学硕f ：研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间 论文工作的知识产权属于大连理工大学，允许论文被查阅和借阅。学校有 权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 作者签名： 导师签名： 新乏为 日期：竺1 2 年j 三月兰日 日期： 圭呼年j 土月立生日 大连理t 大学专业学位硕十学何论文 1 绪论 1 1论文研究工作的背景 辽阳石化分公司尼龙厂原醇酮蒸馏( u 8 3 d 3 0 1 ) 采用法国设计的单效常压蒸馏工艺， 为减少蒸馏过程中水蒸气的消耗，在尼龙厂精己二酸技术改造过程中，新建醇酮装置的 蒸馏系统( u 2 8 3 d 2 3 0 l a b ) 采用双效加压( o 2 5 m p a ) 蒸馏操作，利用d 2 3 0 1 a 塔顶蒸 汽加热d 2 3 0 1 b 塔底物料，回收d 2 3 0 1 a 塔顶蒸汽热量，减少2 0 水蒸汽用量。 新醇酮( u 2 8 3 ) 工艺设计的碱洗周期为3 - - 4 个月，进料量为8 8 2 6 1 0 4 k g h 时， d 2 3 0 1 a 蒸汽消耗设计值为6 8 1 0 6 k c a l h r 。装置自投料开车后的两年时间罩，实际蒸 汽消耗比设计值高2 0 3 0 ，能耗较高；同时双效蒸馏系统中的d 2 3 0 1 a 塔底再沸器 e 2 3 0 1 多次结焦，d 2 3 0 1 a 塔塔盘多次堵塞，造成装置被迫停车，运行周期比设计值缩 短，严重制约了装置的平稳、长周期运行，详见表1 - l 。 表l - l2 0 0 5 年停车碱洗周期统计表 t a b 1 1t h es t a t i s t i c a lt a b l eo ft h es h u t d o w nc a u s t i cw a s h i n gp e r i o do f2 0 0 5 鉴于e 2 3 0 1 快速结焦、堵塞影响换热的问题，将d 2 3 0 1 a b 新、老装置工艺参数进 行对比，从中可以发现问题，以便进一步优化d 2 3 0 1 a b 塔的运行参数，达到延长碱沈 周期的目的。新老装置工艺设计参数对比如表1 2 所示。 表1 2 新老装置蒸馏塔t 艺参数对比 t a b 1 2t h ec o m p a r i s o no fp r o c e s sp a r a m e t e r sb e t w e e nt h eo l da n dn e wd i s t i l l a t i o nc o l u m n 因此本文以醇酮装置双效蒸馏塔优化操作的研究为课题，寻找最佳操作方法，希望 能使醇酮装置双效蒸馏系统达到平稳运行、节能的目标，保证装置半稳运行，创造最大 效益。 醇酮装置双效蒸馏塔优化操作的研究 1 2国内外塔器发展现状 塔器是在石油、化工、轻工等部门广泛应用的工艺设备，主要用来处理流体( 气体 或液体) 之问的传热与传质，实现物料的净化和分离。气一液之i 、u j 的相际传质过程，如 蒸馏、吸收、解吸、气提、增温等过程一般均在塔器中进行。塔器的产生是与炼油、化 工的发展相同步，但只有进入2 0 世纪，随着炼油工业的发展，才使塔器成为特有的一 类传质设备而发展起来，整个2 0 世纪塔器技术得到不断发展和充实。塔器也始终保持 了传质分离过程的首选设备。 2 0 世纪9 0 年代以后，填料塔虽以其低压降、高效率、高通量而有超过板式塔的势 头，但由于填料塔固有的不适于含固体物料，也因物料的多次抽出和送入使塔的结构过 于复杂，填料生产成本较高以及填料塔对于加压物系传质效率较低等原因，自2 0 世纪 9 0 年代起，人们又重新关注板式塔的改进，综合地从阀门、阀片、导向孔、降液管的改 进结构到多降液管的开发，都取得了卓有成效的创新和发展。比较具有代表性的如 s u p e r f r a c 塔板、n y e 塔板、m a x - f a r c 塔板、b i - f r a c 塔板、t r i t o 塔板、m v g 塔板、m d 塔板、e c m d 塔板、e e m d 塔板和导向浮阀塔板等。此外，在2 0 世纪9 0 年代，人们开始 考虑并实践“液体并流”塔板，以改善塔板效率。也有把填料与塔板结和起来，充分发 挥各自的优点，创造出了复合塔。2 0 世纪7 0 年代末，规整填料的发展主要是用来解决 低压蒸馏的，至今已广泛应用。 蒸馏是液体混合物分离的首选工艺，但它也是最耗能的化工生产单元操作之一，例 如在英国，蒸馏的能耗高达加工工业总能耗的1 3 ，所以节能问题始终是蒸馏系统和塔 设计者最关注的问题之一，人们在多年的研究和实践的基础卜，找到一些降低蒸馏过程 能耗的途经，主要有： 1 ) 、从塔设备本身而言，主要是采取有效措施降低过程对能量的要求，其手段包 括尽量减少操作回流比、减小压降、使用中间换热器以及绝热保温等。 2 ) 、对于多塔系统来讲，减少能耗的主要措施是川收与重复利用塔顶排出的热量， 其主要手段包括对多元组分蒸馏进行“热偶联”和采用热泵系统等。 3 ) 、从工厂加工系统来看，节能的重要措施是能量的优化配置，如将蒸馏塔与反 应器、换热器等其他装置组成一个热集系统，在设计中采用“窄点”技术。 1 3 研究内容 根据作者的工作性质和工作需要，结合近年来的技术管理的工作成果，制定本论文 研究的 i 要内容： 人连理r 大学专业学位硕十学何沦文 1 ) 分析新醇酮装置碱洗剧期比设计值短的原因。 2 ) 如何通过设备的改进，工艺参数的调整，使双效蒸馏塔甲稳工作，满足工艺 要求，达到节能目的。 3 ) 如何利用现有设备，通过工艺调整，延长装置碱冼周期，使双效蒸馏塔平稳 工作，满足： 艺要求，达到节能目的。 醇酮装置双效蒸馏塔优化操作的研究 2 双效蒸馏塔的基本概况及运行环境 2 1新醇酮装置的基本情况 新醇酮装置( u 2 8 3 ) 是辽阳石化分公司尼龙厂精己二酸技改工程项目中新建装置。 于2 0 0 4 年“月1 1 日建成投产。设计能力为5 2 5 0 0 吨醇酮年( 按8 0 0 0 d , 时计) 。本装置划 分为氯化区( 包括氧化反应器和尾气与环己烷换热的热交换器) 、催化剂制备区、压缩机 区、塔罐区四个区域，由1 0 0 l 氧化工段、2 0 0 l 予浓缩一脱过氧化工段、3 0 0 l 蒸馏工 段、4 0 0 l 尾气处理工段、9 0 0 # 一公用工程工段五个工段组成。 新醇酮装置( u 2 8 3 ) 是以环己烷作原料，经贫氧空气氧化生产环己醇、环己酮混合 物，是一个连续生产装置。主要具有如下工艺优点： 环己烷氧化没有催化剂； 氧化条件比较缓和； 氧化深度较浅，即转化率较低； 反应中使用钝化剂( 焦磷酸钠) ，防止反应过深； 控制反应温度，使生成的环已基过氧化氢比较稳定，有利于氧化物的后处理； 环己基过氧化氢利用铬酸叔丁酯催化剂，催化分解生成醇酮； 产品醇酮混合物中，环己酮的含量高，酮醇比例约为1 5 ：l ； 醇酮混合物中脱环己烷工艺，采用常压双效蒸馏工艺以及减压蒸馏工艺； 装置产生的尾气用洗涤油将其中环己烷吸收，再进行解吸以回收环己烷。 2 2 原料环己烷中的醇酮含量对工艺的影响 纯的环己烷在用空气氧化时其反应速度极小，当环己烷中含有一定量的醇酮时町以 大大提高反应速度，但应适当控制环己烷中醇酮的含量，若醇酮含量过高必然会降低产 品的收率，并将增加反应付产物。环己醇与环己酮比较，酮的存在町显著的增加反应速 度，但醇的作用不如酮显著。 j 下常操作时控制循环的环己烷中刚的含量不得高于0 i ，设计值为0 0 8 。 2 3 双效蒸馏塔( d 2 3 0 1 a b ) 的基本结构 2 3 1双效蒸馏塔设备基本结构简介 d 2 3 0 1 a 为填料与塔板结和起来的复合塔，精馏段采用填料结构，填料分为两层，每 层填料高3 米，塔径巾2 2 0 0 m m ，填料采用波纹舰整填料，填料型号为m e l1 a p a c k3 5 0 y 大连理1 ：大学专业学位硕十学位论文 ( s m - 3 5 0 ) ，填料因子中7 6 m ，厂家提供的s m 一3 5 0 规整填料操作条件下的动能冈子为 2 0 。提馏段采用塔板结构，共9 层塔板，板问距6 0 0 m m ，塔径巾2 6 0 0 m m ，采用双溢流结 构，塔板为组合导向浮阀塔板，浮阀包括矩形导向浮阀和梯形导向浮阀，导向浮阀e 的 导向孔开孔方向与塔板上的液体流动方向一致。 d 2 3 0 i b 为填料与塔板结和起来的复合塔，精馏段采用填料结构，填料分为两层，每 层填料高3 米，塔径巾2 4 0 0 m m ，填料采用波纹规整填料，填料型号为m e l l a p a c k3 5 0 y ( s m 一3 5 0 ) ，填料因子巾7 6 m ，厂家提供的s m 一3 5 0 规整填料操作条件下的动能冈子为 2 o 。提馏段采用塔板结构，共9 层塔板，板问距6 0 0 m m ，塔径由2 4 0 0 m m ，采用双溢流结 构，塔板为组合导向浮阀塔板，浮阀包括矩形导向浮阀和梯形导向浮阀，导向浮阀上的 导向孔开孔方向与塔板上的液体流动方向一致。 2 3 2d 2 3 0 1 a b 设备结构图 醇酮装置双效蒸馏塔优化操作的研究 蕞 书抖袁 t t t t t l 7 1 ：一9 l ? 5 t ”t | l l i t l 9 9 i t ，ij i j ，- 4 2 ：6 ，2 9 9 8 4 t 二， l t i c ，0 r 1 9 9 8 5t b 自，q l 4 7 0 q - 2 0 0 0 54 ：h t j j ”一 0 7t t j t l o h 0 2 0 ，9 l 一糯j ，9 7 谴 鼻 一一一 u t 无n t ， 2 0 z 世 ，一一 i ，如 u t k 5 fu 衰 ! t q 嚣一t t n ：搿： 6 0 0 帆6 0 0 ? ：h 哥+ w i ， 面+ 百e 唧z ：h 。2 1 ，w t ji ， c1 0 8 0 0n 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幽茸 l f - 2 3 0 1 j 【 ， n n j 、 l 一 ，、 s 2 3 0 1 工默两 。 kp 2 3 0 1 a b 一 i 堕：! 矿 掣圃 i 百j上f 厂吨妇 坚! ! ! p 一 炒一 回 2 j 0 9 ，1 _ 蕾 p 2 j 0 2 8 图2 3 双效蒸馏塔( d 2 3 0 i a b ) 的j i ：艺流程图 f i g 2 3 t h ep r o c e s sc h a r to fd o u b l e e f f e c t ( d 2 3 0 1 a b ) d i s t i l l a t i o nc o l u m n 9 f - 1 醒t 一- 躺 o 撕1 0 ”“ 醇酮装置舣效蒸馏塔优化操作的研究 3 精馏塔的工作原理 3 1精馏过程及精馏原理 3 1 1精馏原理 精馏塔料液自塔的中部适当位置连续地加入塔内，塔顶设有冷凝器将塔顶蒸汽冷凝 为液体。冷凝液的一部分回入塔顶，称为回流液，其余作为塔顶产品( 馏出液) 连续排 出。在塔内上半部( 加料位置以一l ) 上升蒸汽和回流液体之间进行着逆流接触和物质传 递。塔底部装有再沸器( 蒸馏釜) 以加热液体产生蒸汽，蒸汽沿塔上升，与下降的液体 逆流接触并进行物质传递，塔底连续排出部分液体作为塔底产品。 在塔的加料位置以上，上升蒸汽中所含的重组分向液体传递，而l 旦l 流中的轻组分向 汽相传递。如此物质交换的结果，使上升蒸汽中轻组分的浓度逐渐升高。只要足够的相 际接触表面积和足够的液体回流量，到达塔顶的蒸汽将成为高纯度的轻组分。塔的上半 部完成了上升蒸汽的精制，即除去其中的荤组分，因而称为精馏段。 在塔的加料位置以下，下降液体( 包括网流液和加料液中的液体) 中的轻组分向汽 相传递，上升蒸汽中的重组分向液相传递。这样，只要两相接触面积和上升蒸汽量足够， 到达塔底的液体中所含的轻组分可降至很低，从而获得高纯度的重组分。塔的下半部完 成了下降液体中重组分的提浓即提出了轻组分，因而称为提馏段。 一个完整的精馏塔应包括精馏段和提馏段，在这样的塔内可将一个双组分混合物连 续地、高纯度地分离为轻、重两组分。 由此不难看出，精馏之关键在于回流，包括塔顶的液相回流与塔釜部分汽化造成的 汽相回流。回流是构成汽、液两相接触传质的必要条件，没有汽液两相的接触也就无从 进行物质交换。另一方面，组分挥发度的差异造成了有利的相平衡条件( 在一定温度、 压力条件下，汽相中的轻组分摩尔浓度大于液相中的轻组分摩尔浓度) 。这使上升蒸汽 在与自身冷凝回流液之间的接触过程中，重组分向液相传递，轻组分向汽相传递。相平 衡条件使必需的回流液数量小于塔顶冷凝液的总量，即只需部分回流而无需全部【_ 流。 唯其如此，才有可能从塔顶抽出部分凝液作为产品。 3 1 2 精馏塔物料衡算 大连理t 大学j 车- , l k 学位硕十学位论文 加料流率f 组成x f 馏液流率d 组成x d 釜液流率w 组成x 。 图3 1 精馏塔物料衡算 f i g 3 1 t h em a t e r i a lb a l a n c ec a l c u l a t i o no ft h er e c t i f y i n gt o w e r 从整体上来说，连续精馏过程的塔顶和塔底产物的流率和组成与加料的流率和组成 有关。无论设备内汽液两相接触情况如何，这些流率与组成之问的关系均受全塔物料衡 算的约束。 若采用图3 1 所示的命名，其中流率均以k m o l s 表示，组成均以轻组分的摩尔分 率表示，对定态的连续过程作总物料衡算可得f = d + w ， 做轻组份物料衡算可得 f x f = d x d + w x 。 由以上两式可求出： dx ，一z w - f x d x w d 一一一一 ff 式中d f 和w f 分别为馏出液和爷液的采出率。 进料组成x ，是给定的。凶受式( 3 2 ) 、 ( 3 3 ) 的约束，则 ( 3 1 ) ( 3 2 ) ( 3 3 ) 醇喇装置双效蒸馏塔优化操 f 4 - f f j 研究 ( 1 )当塔顶、塔底产品组成x 。、x w 产品质鼍已舰定，产品采出率d f 和w f 亦随 之确定而不能再自由选择； ( 2 ) 当规定塔顶产品的产出率和质量x 。，则塔底产品质量x 及产率亦随之确定而 不能再自由选择( 当然也可以规定塔底产品的产率和质量) 。 在规定分离要求时，应使d x 。f x ，或d f ! 。如果塔顶产出率d f 取得过大，即 x d 使精馏塔有足够的分离能力，塔顶仍不可能获得高纯度产品，因其组成必须满足： x 。生 d 3 1 3 回流比和能耗 设置精馏段的目的是除去蒸汽中的重组分。回流量与上升蒸汽量的相对比值大，有 利于提高塔顶产品的纯度。回流量的相对大小通常以回流l ：l ：, l i l j 塔顶回流量l 与塔顶产品 量d 之比表示。 尺：土( 3 4 ) d 在塔处理量f 已定的条件下，若规定了塔顶及塔底产品的组成，根据物料衡算，塔 顶和塔底产品的量也已确定。凶此增加回流比并不意味着产品流率d 的减少而意味着上 升蒸汽量的增加。增大回流比的措施足增大塔底的加热速率和塔顶冷凝量。增大回流比 的代价是能耗的增大。 设置提馏段的目的是脱除液体中的轻组分，提馏段内的上升蒸汽量与下降液量的相 对比值大，有利于塔底产品的提纯。加大凹流比本来就是靠增大塔底加热速率达到的， 因此加大p 1 流比既增加精馏段的液、汽比，也增加了提馏段的汽、液比，对于提高两组 分的分离程度都起积极作用。 3 2 板式塔工作原理 3 2 1 板式塔工作原理 为有效地实现气液两相之1 1 i j 的传质，板式塔应具有以下两方面的功能： ( 1 ) 在每块塔板上气液两相必须保持密切而充分的接触，为传质过程提供足够大 而目不断更新的桐际接触表面，减小传质阻力； ( 2 ) 在塔内应尽量使气液两相呈逆流流动，以提供最大的传质推动力。 大连理t 大学号业学位硕十学位论文 但是，在每块塔板上，由于气液两相的剧烈搅动，是不可能达到充分的逆流流动的。 为获得尽可能人的传质推动力，目前在塔板设计中只能采用错流流动的方式，即液体横 向流过塔板，而气体只能垂卣穿过液层。 由此可见，除保证气液两相在塔板上有充分的接触之外，板式塔的设计意图在塔内 造成一个对传质过程最有利的理想流动条件，即在总体上使两相呈逆流流动，而在每一 块塔板上两相呈现均匀的错流接触。 气体通过筛孔的速度不同，两相在塔板上的接触状态亦不同，气液两相在板上的接 触隋况大致分为三种状态：鼓泡接触状态、泡沫接触状态、喷射接触状态。在工业实际 应用的筛板塔中，两相接触不是泡沫状态就是喷射状态。 3 2 2 浮阀塔工作原理 浮阀塔自1 9 5 0 年问世后，很快在石油、化工行业得到推广并逐步取代了泡罩塔以 及一些传统旧式塔板，至今为应用最广的一种塔板。浮阀塔是在泡罩塔板和筛孔塔板基 础上开发的一种板型。有多种浮阀形式，但其结构的摹本特点是相式的，即在塔板上按 一定的排列开若干个孔，孔的上方安置可以在孔轴线方向上下浮动的阀片。阀片周边的 定距片，以保证阀片最小开启高度。这样阀片可随上升气量的变化而自动调节开启度。 同时，气体水平进入液层也强化了汽液接触传质。浮阀塔具有结构简单，生产能力和操 作弹性大，板效率高的优点，是一种综合性能较优异的板型。 3 2 3 塔板上不正常操作现象 若塔板设计不当或操作时参数失调，不仅会引起塔板效率大大降低，严重时塔内还 会出现一些不正常现象使塔无法工作。板式塔不正常操作现象有如下几种情况。 ( 1 ) 漏液 正常操作的浮阀塔板上，液体横向流过塔板后经降液管流下。但当气速较小时，气 体通过阀孔的速度压头小，不足以抵消塔板上液层的重力。部分液体会从阀孔直接漏下。 这种现象称为漏液，严重的漏液会使塔板上不能彤成液层，气、液无法进行传热、传质， 塔板也就失去了它的基本功能。除降低气速造成的漏液外，气体在塔板卜的不均匀公布 也是造成漏液有重要原囚。板上液层厚度的不均匀存在于两个方面，液层波动和液面落 差。 ( 2 ) 液沫夹带和汽泡夹带 当汽体以一定速度鼓泡通过板k 液层时，必将部分液体分散成液滴，这些液滴的一 部分会被上升气泫带入上层塔板，这种现象称为液沫央带。从传质的角度看，液沫夹带 足液体的返混，对传抟小利。对一定的物系液沫央带量与气、液流量和板川距有关。另 醇酮装置双效蒸馏塔优化操作的研究 外，在塔板上与气体充公接触传质、传热后，液体内必含有大量的气泡。液体越过溢流 堰进入降液管后，需要在此有一定的停留时问以便气泡逸出。如果液体在降液管内冈液 体内气泡过多，导致降液管内液位超过降液管高度，可诱发塔内发卜液泛，从而完全破 坏塔的正常操作。因此夹带量必须严格地控制在一最大允许值范围内。 ( 3 ) 液泛 当塔内液体不能顺畅逐板下流时，塔内的持液量增多，气相空间变小，大量液体