筛板式乙醇精馏塔的设计

筛板式乙醇精馏塔的设计

作者：刘志鹏

来源：《中国科技博览》2015年第24期

[摘要]在生产中，为了提纯和回收有用组分，经常要对液体很合物进行分离。因为精馏有很多的优点，所以总是被优先考虑。一直以来精馏总被认为操作范围狭窄，筛孔容易堵塞，所以很少有人用它。本次设计的研究结果表明：是因为设计不良，导致筛板操作范围过于狭窄，而对于筛孔易堵塞的问题，可以用大孔径筛板代替予以解决。

[关键词]乙醇；精馏塔；尺寸设计；塔板

中图分类号：O623.71+3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）24-0098-02

1 概述

在石化工业中，精馏塔属于最为常见和能耗较大的设备。在很多时候，尽管精馏塔能正常操作，但其内件设计却并非合理，而且由于设计者主观和客观因素，所以存在一些不合理的地方，这些不合理的地方也因为塔径过大、塔板数过多而掩盖，而这两个因素往往由于塔能正常工作而不被发现，从而造成不必要的浪费。

精馏广泛用于多组分混合物的分离，它的原理是根据在一样条件下各组分挥发性的不同，然后加热到不同温度而使其分离的过程。精馏的特点对汽化和冷凝进行重复，即对不同沸点的组分，进行一系列的汽化和冷凝实验来进行分离，因此热效率与其他方法相比非常低。一般情况下，塔顶冷凝器会带走再沸器加热到精馏塔上的95%以上的能量，真正能被有效利用的能量只有5%。

据报道，在我国目前的能量总能耗中，精馏系统消耗占了15%以上。近几年能源价格高涨，人们开始思考该如何降低能耗以减小压力，所以设计人员的工作重心也转到了开发降低精馏系统的能耗系统上面。当前精馏节能的方法有几种：回收显热；回收潜热；减少系统的热损失；降低回流比等。其中回流比对精馏塔节能作用最大。

2 塔板和塔的主要工艺尺寸设计

2.1 塔板间距的初选

塔板间距的大小液沫夹带和液泛气速有重要影响，板距大，塔身高度达，但允许气速大，对一定的生产任务而言，所需塔径较小，故在经济上存在一个合理的板间距，板间距还要考虑到制造、安装、维修的方便[6]。选择板间距时，可按表1所示经验关系选取。

塔径在0.8～1.6范围内，选取板间距为400mm为初选值。

2.2 塔径的计算

由于蒸汽速度太快会产生液沫，故蒸汽有一定的限速，成为容许蒸汽速度，已知容许蒸汽速度后可计算它的内径，如式（1）：

∴对于选取板间距400mm情况下，R取不同值时，塔内径不同：

R=2Rmin时，D=0.60m ；R=1.7Rmin时，D=0.57m；R=1.4Rmin时，D=0.54m；

再分别选取板间距为300，350，400，450，500（mm），分别对不同条件下的R计算塔内径，

这个方法计算出的塔径为初步塔径，之后还需进行流体力学校核，合格之后才能定出实际的塔径。

3 设计成果

在进行了以上工作后，本次设计最有工艺参数如下：

xF=0.195 xD=0.841 xW=3.9×10-5

D=4.64×10-3kmol/s F=2.00×10-2kmol/s W=1.54×10-2kmol/s

L=7.46×10-3kmol/s =2.75×10-2kmol/s

V=1.21×10-2kmol/s =1.21×10-2kmol/s

R=1.7Rmin=1.608

理论板数为16，第13块板为加料板，精馏段需12块板（理论）

塔板总效率为76.8%

实际板数为20，第17块板为进料板。

塔板间据为0.35m，有效塔高位7m，塔径0.63m。

堰长0.504m，提馏段堰上液层高度0.014m，堰高范围0.037～0.087m

精馏段堰上液层高度0.006m，堰高范围0.044～0.094m

弓形降液管宽度0.126m，截面积0.05m2。

筛板上开孔区的总面积0.065m2，孔径0.008m，孔心距0.024m

筛板上筛孔总面积0.026m2，筛孔数522个，开孔率40.4%

溢流液前安定区0.07m

4 结论

本文的设计首先明确目标，确定设计方案，再计算出精馏塔工艺每个环节的数据，从而得到塔板和塔的主要工艺尺寸的数据，最后对其流体力学进行检验。结果表明达到了效果。

参考文献

[1] 王明辉.化工单元过程课程设计[M]. 北京：化学工业出版社，2002，56-70.

[2] 匡国柱，史启才.化工单元过程及设备课程设计[M]. 北京：化学工业出版社，2001，102-130.

[3] 倪进方.化工过程设计[M]. 北京：化学工业出版社，1999，89-103.