精馏塔的计算

精馏塔的计算

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4.３塔设备设计

4.3.1 概述

在化工、石油化工及炼油中,由于炼油工艺和化工生产工艺过程的不同，以及操作条件的不同，塔设备内部结构形式和材料也不同。塔设备的工艺性能,对整个装置的产品产量、质量、生产能力和消耗定额,以及“三废”处理和环境保护等各个方面，都用重大的影响。

在石油炼厂和化工生产装置中，塔设备的投资费用占整个工艺设备费用的25.９3%。塔设备所耗用的钢材料重量在各类工艺设备中所占的比例也较多,例如在年产２50万吨常压减压炼油装置中耗用的钢材重量占62.4%，在年产6０-120万吨催化裂化装置中占48．９％。因此，塔设备的设计和研究，对石油、化工等工业的发展起着重要的作用。本项目以正丁醇精馏塔的为例进行设计。

４.3．2塔型的选择

塔主要有板式塔和填料塔两种，它们都可以用作蒸馏和吸收等气液传质过程，但两者各有优缺点，要根据具体情况选择。

a．板式塔。塔内装有一定数量的塔盘，是气液接触和传质的基本构件；属逐级（板)接触的气液传质设备；气体自塔底向上以鼓泡或喷射的形式穿过塔板上的液层，使气液相密切接触而进行传质与传热；两相的组分浓度呈阶梯式变化。

b．填料塔。塔内装有一定高度的填料,是气液接触和传质的基本构件；属微分接触型气液传质设备；液体在填料表面呈膜状自上而下流动;气体呈连续相自下而上与液体作逆流流动，并进行气液两相的传质和传热；两相的组分浓度或温度沿塔高连续变化。

4.3.2.1 填料塔与板式塔的比较：

表4-2 填料塔与板式塔的比较

塔型项目填料塔板式塔

压降

小尺寸填料,压降较大,大尺

寸及规整填料，压降较小。

较大

空塔气速（生产能力)

小尺寸填料气速较小，大尺

寸及规整填料气速较大。

较大

塔效率

传统填料,效率较低,新型乱

堆及规整填料效率较高。

较稳定、效率较高

液-气比对液体量有一定要求。适用范围较大

持液量较小较大

安装、检修较难较容易

材质金属及非金属材料均可一般用金属材料

造价新型填料,投资较大大直径时造价较低4.3.2.２塔型选择一般原则:

选择时应考虑的因素有:物料性质、操作条件、塔设备性能及塔的制造、安装、运转、维修等。

(1）下列情况优先选用填料塔：

a.在分离程度要求高的情况下，因某些新型填料具有很高的传质效率,故可采用新型填料以降低塔的高度;

b．对于热敏性物料的蒸馏分离,因新型填料的持液量较小,压降小，故可优先选择真空操作下的填料塔;

ｃ．具有腐蚀性的物料,可选用填料塔。因为填料塔可采用非金属材料，如陶瓷、塑料等；

d.容易发泡的物料,宜选用填料塔。

（2）下列情况优先选用板式塔:

a．塔内液体滞液量较大,操作负荷变化范围较宽，对进料浓度变化要求不敏感,操作易于稳定；

b．液相负荷较小；

c.含固体颗粒，容易结垢,有结晶的物料，因为板式塔可选用液流通道较大的塔板,堵塞的危险较小;

ｄ．在操作过程中伴随有放热或需要加热的物料,需要在塔内设置内部换热组件，如加热盘管,需要多个进料口或多个侧线出料口。这是因为一方面板式塔的结构上容易实现，此外,塔板上有较多的滞液以便与加热或冷却管进行有效地传热;

e．在较高压力下操作的蒸馏塔仍多采用板式塔。

综合考虑,本项目采用板式塔。

４.３．3 塔盘的类型与选择

4.3．3．1 板式塔塔板种类:

根据塔板上气、液两相的相对流动状态，板式塔分为穿流式和溢流式。目前板式塔大多采用溢流式塔板。穿流式塔板操作不稳定，很少使用。

4.3.3.2各种塔盘性能比较:

工业上需分离的物料及其操作条件多种多样，为了适应各种不同的操作要求，迄今已开发和使用的塔板类型繁多。这些塔板各有各的特点和使用体系，现将几种主要塔板的性能比较列表如下:

表４-3几种主要塔板的性能比较

塔盘类型优点缺点适用场合

泡罩板较成熟、操作稳定结构复杂、造价高、塔

板阻力大、处理能力小

特别容易堵塞的物

系

浮阀板效率高、操作范围宽浮阀易脱落分离要求高、负荷变化大

筛板结构简单、造价低、塔

板效率高

易堵塞、操作弹性较小

分离要求高、

塔板数较多

舌型板结构简单、塔板阻力小操作弹性窄、效率低分离要求较低的闪蒸塔

浮动喷射

板压降小、处理量大浮板易脱落、效率较低

分离要求较低的减

压塔

下表给出了几种主要塔板性能的量化比较

表4－4 几种主要塔板性能的量化比较

塔盘类型塔板效率处理能力操作弹性压降结构成本泡罩板１.0 1.0 5 １复杂 1

筛板１.２~1.4 1.4 3 ０．５简单０.４~0.

５

浮阀板 1.2~１.３ 1.5 9 0.6 一般0．7~0.

９舌型板 1.1~1．２ 1.5 ３0.８简单０.5～0.6

从以上各图可以看出:浮阀塔在蒸汽负荷、操作弹性、效率和价格等方面都比泡罩塔优越，结合本项目实际情况,初步选择浮阀塔。

浮阀塔的工艺尺寸计算

提取Asｐeｎpｌuｓ各塔板上的物性参数，选取塔板上气液相负荷最大的

第3块塔板进行手工计算和校核，然后再用K Ｇ－ＴＯＷＥR 进行软件计算，通过比较来检查计算的正确性。第3块物性参数如下表：

表4-５ 浮阀塔塔板参数

气相流液相流

气相密度液相密度混合液表面7.85 ０．033

3.045

726.03３

0．０07

1.塔径计算 初选塔板间距mm H 800=

板上液层高度mm h L 100=

m h H L T 7.0=-

气液两相流动参数:

0.0653.045726.03384986.703306.05

.05

.0V L =⎪⎭

⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛ρρs s V L

查史密斯关联图

图4.1 史密斯关联图