精馏塔设计

前言

化工生产过程中，应用最多就是分离设备，其中又以精馏塔和吸收塔最为常见，无论是在炼油、煤化、高分子、精细化工精馏塔都是随处可见的。你知道你每天都操作的精馏塔是如何设计出来的吗？如何优化操作参数？

精馏塔设计

1设计步骤

根据流程整体工艺路线，确定分离要求，进行工艺参数计算得到回流比、进料位置、塔顶温度、塔底温度、进料组成、测线采出位置（多组分）、塔板数（板式塔）或填料高度（填料塔）等。之后再进行流体力学计算，计算出板间距、压降、塔高、塔径等参数由此选出塔板类型或填料类型等塔内部件。之后进行强度计算及校核，选出塔体壁厚及材料，最后确定控制方案。

2工艺计算

工艺计算是根据进料组成与分离要求计算工艺参数，分为手算与软件计算两种，目前工业上多用软件进行模拟，我们在Aspen教程中会重点进行讲解。这里我们举一个最简单二元物系板式精馏塔的手动计算流程方便大家理解计算原理。

2.1物料衡算与物性估算

对于二元物性而言物料衡算很简单，但是对于多元物系就必须先规定轻重关键组分。根据热力学方程估算物性参数，多采用逸度法或活度系数法。同时计算出物系汽液相平衡方程。

2.2确定塔板数

根据物料衡算结果计算R（min）＝L／D，实际回流比一般为最小回流比的1.2-2倍。然后分别计算出精馏段、提馏段操作线方程。采用操作线方程与汽液相平衡方程交替主板计算确定理论塔板数，或采用图解法原理相同。再将理论塔板数除以塔板效率，得到实际塔板数。

2.3实际设计流程

工业上应用的精馏塔多是物系复杂，带侧线采出，实际实际中多采用FUG 法计算

2.3流体力学计算与塔内部件设计

流体力学计算多采用软件计算，而塔内部件多为定型部件或专利部件。这里

介绍几种常见的塔板。

3强度计算与绘制装配图

在完成内部设计之后，我们将根据压力、温度、介质环境等对塔体进行选材并计算出壁厚，载荷等参数。并提出加工要求绘制装备图。

4确定控制方案绘制PID图

根据工艺要求，进行配套的仪表、阀门选型，确定控制方案，并绘制出带夹点控制的工艺流程图PID

5精馏塔优化

在对精馏塔进行优化时，首先要从众多参数中确定出独立的设计变量与可调设计变量。下面由小灰灰来介绍几种常见的优化方式。

5.1操作压力的优化

常规精馏塔单塔的压力优化相对较简单，在满足塔顶冷凝器的温度可以在最炎热的夏季也能够用自来水冷却的前提下，可以参用相对较低的操作压力以减少再沸器的热负荷。在实际设计的时候，由于增加壁厚而增加的设备费用将随着压力的增加而增大，在满足分离要求的前提下，低压（正压）相对有利。

5.2理论塔板数与回流比的优化

理论塔板数越多，分离效果越好，制造成本越大。

5.3进料位置和进料状态的优化

相同分离要求及板数下，回流比最小或冷凝器、再沸器热负荷最小；相同板数及回流比下，塔顶和塔釜产品的分离纯度最高；相同分离要求和回流比下，所需塔板数最少。