06万吨年分离甲醇水混合液的填料精馏塔设计.docx

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06万吨年分离甲醇水混合液的填料精馏塔设计

0.6万吨/年分离甲醇-水混合液的填料精馏塔设计

摘要

精馏是借助回流技术来实现高纯度和高回收率的分离操作，在抗生素药物生产中，需要甲醇溶媒洗涤晶体，洗涤过滤后产生废甲醇溶媒，然后对甲醇溶媒进行精馏。

操作一般在塔设备中进行，塔设备分为两种，板式塔和填料塔。

填料塔结构简单、装置灵活、压降小、持液量少、生产能力大、分离效率高、耐腐蚀，且易于处理易气泡、易热敏、易结垢物系等优点，同时也有投资费用较高、填料易堵塞等缺点。

近年来由于填料塔结构的改进，新型的高负荷填料的开发，既提高了塔的通过能力和分离效能又保持了压降小及性能稳定的特点。

因此，填料塔已被推广到大型气液操作中，在某些场合还代替了传统的板式塔。

从设备设计的角度看，不论板式塔还是填料塔，基本上由塔体、内件、裙座、和附件构成。

近年来由于填料塔结构的改进，新型的、高负荷填料的开发，既提高了塔的通过能力和分离效能又保持了压降小以性能稳定等特点。

因此填料塔已被推广到大型汽液操作中，在某些场合还代替了传统的板式塔。

但国内在这方面的研究则较少,如何设计规整填料蒸馏塔已成为一个重要的课题,它对自行设计,改进现有设备生产状况都较为重要。

随着对填料塔的研究和开发，性能优良的填料塔必将大量用于工业生产中。

关键词：

精馏，填料塔，设备设计

Abstract

Distillationthroughrefluxtechnologytoachievetheseparationofhighpurityandhighrecoveryoperationintheproductionofantibiotics,methanolsolventwashingcrystal,washingthefilteredwastemethanolsolvent,andthenthemethanolsolventdistillation.Theoperationgenerallytowerequipment,towerequipmentisdividedintotwotypes,platetowerandpackedtower.Packedtowerstructureissimple,flexibledevices,lowpressuredrop,holdlessliquid,largeproductioncapacity,andhighseparationefficiency,corrosionresistance,andeasytohandleandeasybubble,easytothermal,easytoscaleintheDepartmentofadvantages,butalsoinvestmentcostshigherfillereasytoplugtheshortcomings.Inrecentyears,duetotheimprovementofthepackedtowerstructure,thedevelopmentofnewhigh-loadpacking,bothtoimprovethetowerthroughthecapacityandseparationefficiencywhilemaintaininglowpressuredropandstableperformancecharacteristics.Therefore,thepackedtowerhasbeenextendedtolarge-scalegas-liquidoperations,insomecasesinsteadofthetraditionalplatetower.Inrecentyears,duetotheimprovementofthepackedtowerstructure,thedevelopmentofnew,high-loadpacking,notonlyimprovesthetowercapacityandseparationefficiency,whilemaintainingthepressuredropandsmalltostableperformance.Packedtowerhasbeenextendedtothelargevapor-liquidoperations,insomecasesinsteadofthetraditionalplatetower.Domesticresearchinthisareaisless,howtodesignastructuredpackingdistillationtowerhasbecomeanimportantissue,itsowndesign,improvementofexistingequipmentconditionsaremoreimportant.Withtheresearchanddevelopmentofthepackedtower,theexcellentperformanceofthepackedtowerisboundtoalargenumberofindustrialproduction.

Keywords:

Distillation,packedtower,equipmentdesign

前言

本设计目的是分离甲醇-水混合液，处理量不大，故选用填料塔。

填料塔，是一类用于气液和液液系统的微分接触传质设备，主要由圆筒形塔体和堆放在塔内对传质起关键作用的填料等组成，用于吸收、蒸馏和萃取，也可用于接触式换热、增湿、减湿和气液相反应过程。

所以塔设备的研究一直是国内外学者普遍关注的重要课题。

　　填料塔的应用始于19世纪中叶，起初在空塔中填充碎石、砖块和焦炭等块状物，以增强气液两相间的传质。

1914年德国人F.拉西首先采用高度与直径相等的陶瓷环填料（现称拉西环）推动了填料塔的发展。

此后，多种新填料相继出现，填料塔的性能不断得到改善，近30年来,填料塔的研究及其应用取得巨大进展,不仅开发了数十种新型高效填料，还较好地解决了设备放大问题。

到60年代中期，直径数米乃至十几米的填料塔已不足为奇。

现在，填充塔已与板式塔并驾齐驱，成为广泛应用的传质设备。

填料塔自它发明以来已广泛地应用于化工生产的各个领域。

近二十年,规整填料塔对板式塔、散装填料以及其它多种塔设备产生了巨大的冲击,在国内外引起众多研究者的极大兴趣,在近几年的文献中,国外有大量的规整填料研究报道。

它因其高通量,低压降,操作稳定而广泛地用于气-液,液-液接触的塔设备中,如蒸馏、吸收、萃取等诸多领域。

特别是在气液接触中,已越来越多地被采用,如已有设备通过利用规整填料来更换塔内构件,从而达到提高塔负荷的目的。

规整填料种类较多,有板波纹填料、格栅填料、丝网填料等,材质有金属、塑料、陶瓷等。

即使同样的种类亦有不同的规格,它们的比表面、空隙率及几何尺寸存在差异,这样在选择填料时,应根据体系物性,操作负荷,压降要求,同时兼顾材料性能等,进行综合考虑,保证既经济又能正常生产。

第一章填料塔的简介

1.1概述

填料塔，是一类用于气液和液液系统的微分接触传质设备，主要由圆筒形塔体和堆放在塔内对传质起关键作用的填料等组成，用于吸收、蒸馏和萃取，也可用于接触式换热、增湿、减湿和气液相反应过程。

所以塔设备的研究一直是国内外学者普遍关注的重要课题。

填料塔的优点有：

（1）压降非常小。

气相在填料中的液相膜表面进行对流传热、传质，不存在塔板上清液层及筛孔的阻力。

在正常情况下，规整填料的阻力只有相应筛板塔阻力的1/5～1/6；

（2）热、质交换充分，分离效率高，使产品的提取率提高；

（3）操作弹性大，不产生液泛或漏液，所以负荷调节范围大，适应性强。

负荷调节范围可以在30%～110%，筛板塔的调节范围在70%～100%；

（4）液体滞留量少，启动和负荷调节速度快；   

（5）可节约能源。

由于阻力小，空气进塔压力可降低0.07MPa左右，因而使空气压缩能耗减少6.5%左右；

（6）塔径可以减小。

此外，应用规整填料后，由于当量理论塔板的压差减小，全精馏制氩可能实现，氩提取率提高10%～15%。

规整填料精馏塔一般分为3～5段填料层，每段之间有液体收集器和再分布器，传统筛板塔的板间距为110～160mm，而规整填料的等板高为250～300mm，因此填料塔的高度会增加。

一般都选择铝作为规整填料的材料，这样可减轻重量和减少费用，但必须控制好填料金属表面残留润滑油量小于50mg/m2。

在这样条件下，可认为铝填料塔和铝筛板塔用于氧精馏是同样安全的。

塔设备按其结构形式基本上可分为两类：

板式塔和填料塔。

以前，在工业生产中，当处理量大时多用板式塔，处理量小时采用填料塔。

近年来由于填料塔结构的改进，新型的、高负荷填料的开发，既提高了塔的通过能力和分离效能又保持了压降小以性能稳定等特点。

因此填料塔已被推广到大型汽液操作中。

在某些场合还代替了传统的板式塔。

如今，直径几米甚至几十米的大型填料塔在工业上已非罕见。

随着对填料塔的研究和开发，性能优良的填料塔必将大量用于工业生产中。

填料塔为逐级接触式汽液传质设备，它具有结构简单、安装方便、操作弹性大、持液量小等优点。

同时也有投资费用较高、填料易堵塞等缺点。

本设计目的是分离甲醇-水混合液，处理量不大，故选用填料塔。

塔型的选择因素很多。

主要因素有物料性质、操作条件、塔设备的制造安装和维修等。

与物性有关的因素：

（1）易起泡的物系在板式塔中有较严重的雾沫夹带现象或引起液泛，故选用填料塔为宜。

因为填料不易形成泡沫。

本设计为分离甲醇和水，故选用填料塔。

（2）对于易腐蚀介质，可选用陶瓷或其他耐腐蚀性材料作填料，对于不腐蚀的介质，则可选金属性质或塑料填料，而本设计分离甲醇和水，腐蚀性小可选用金属填料。

与操作条件有关的因素：

（1）传质速率受气膜控制的系统，选用填料塔为宜。

因为填料塔层中液相为膜状流、气相湍动，有利于减小气膜阻力。

（2）难分离物系与产品纯度要求较高，塔板数很多时，可采用高效填料。

（3）若塔的高度有限制，在某些情况下，选用填料塔可降低塔高，为了节约能耗，故本设计选用填料塔。

（4）要求塔内持液量、停留时间短、压强小的物系，宜用规整填料。

1.2流程确定和说明

1.2.1加料方式

加料方式有两种：

高位槽加料和泵直接加料。

采用高位槽加料，通过控制液位高度，可以得到稳定的流量和流速。

通过重力加料，可以节省一笔动力费用。

但由于多了高位槽，建设费用增加；采用泵加料，受泵的影响，流量不太稳定，流速也忽大忽小，从而影响了传质效率，但结构简单、安装方便；如采自动控制泵来控制泵的流量和流速，其控制原理较复杂，且设备操作费用高。

本次实验采用高位槽进料。

1.2.2进料状况

进料状况一般有冷液进料、泡点进料。

对于冷液进料，当组成一定时，流量一定，对分离有利，节省加热费用。

但冷液进料受环境影响较大，对于合肥地区来说，存在较大温差，且增加塔底蒸汽上升量，增大建设费用。

采用泡点进料，不仅对稳定塔操作较为方便，且不受季节温度影响。

综合考虑，设计采用泡点进料。

泡点进料时，基于恒摩尔流假定精馏段和提馏段塔径基本相等，制造上较为方便。

1.2.3塔顶冷