精馏塔分析.docx

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精馏塔分析

目录

摘要1

关键词1

Abstract1

Keywords1

前言1

1精馏塔的简介1

2精馏原理2

3精馏塔的精馏装置流程2

4精馏塔操作分析3

5精馏塔构件简介5

6对塔设备的要求6

7精馏塔的发展6

参考文献7

精馏塔分析

摘要：

塔设备是化工、石油化工和炼油等生产中最重要的设备之一。

它的性能对于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，都有重大的影响。

因此，塔设备的设计和研究，受到化工、炼油等行业的极大重视。

关键词：

气化；冷凝；简单机制

Abstract:

atowerinthechemical,petrochemicalandoil-refiningproductionisoneofthemostimportantpiecesofequipment.Itsperformancefortheentireunitproductqualityofproduction,productioncapacityandconsumption,aswellaswastedisposalandenvironmentalprotectionandsoon,whichhaveasignificantimpact.Therefore,Towerdesignandresearch,chemical,oilrefiningandotherindustriesofgreatimportance.

Keywords:

gasification;condensation;simplemechanisms

前言

塔设备是化工、石油化工和炼油等生产中最重要的设备之一。

它可使气液或液液两相之间进行紧密接触，达到相际传质及传热的目的。

可在塔设备中完成的常见的单元操作有：

精馏、吸收、解吸和萃取等。

此外，工业气体的冷却与回收、气体的湿法净制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的增湿、减湿等。

在化工厂、石油化工厂、炼油厂等，塔设备的性能对于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，都有重大的影响。

据有关资料显示，塔设备的投资费用占整个工艺设备投资费用的较大比例；它所耗用的钢材重量在各类工艺设备中也属较多。

因此，塔设备的设计和研究，受到化工、炼油等行业的极大重视。

1精馏塔的简介

精馏塔是进行精馏的一种塔式汽液接触装置，又称为蒸馏塔。

有板式塔和填料塔两种类型。

又可根据操作方式分为连续精馏塔和间歇精馏塔。

精馏塔中，蒸汽由塔底进入，与下降液进行逆流接触，两相接触中，下降液中的易挥发（低沸点）组分不断地向蒸汽中转移，蒸汽中的难挥发（高沸点）组分不断地向下降液中转移，蒸汽愈接近塔顶，其易挥发组分浓度愈高，而下降液愈接近塔底，其难挥发组分则愈富集，达到组分分离的目的。

由塔顶上升的蒸汽进入冷凝器，冷凝的液体的一部分作为回流液返回塔顶进入精馏塔中，其余的部分则作为馏出液取出。

塔底流出的液体，其中的一部分送入再沸器，热蒸发后，蒸汽返回塔中，另一部分液体作为釜残液取出。

2精馏原理

精馏是多次而且同时运用部分气化和部分冷凝的方法，使混合液得到较完全分离，以分别获得接近纯组分的操作。

理论上多次部分气化在液相中可获得高纯度的难挥发组分，多次部分冷凝在气相中可获得高纯度的易挥发组分，但因产生大量中间组分而使产品量极少，且设备庞大[1]。

工业生产中的精馏过程是在精馏塔中将部分气化过程和部分冷凝过程有机结合而实现操作的。

3精馏塔的精馏装置流程

典型的精馏设备是连续精馏装置，包括精馏塔、冷凝器、再沸器。

如下图所示，用于精馏的塔设备有两种，即板式塔和填料塔，但常采用的是板式塔。

连续精馏操作中，原料液连续送入精馏塔中，同时从塔顶和塔底连续得到产品（流出液、釜残液），所以是一种定态操作过程。

精馏塔以加料板为界分为两段，精馏段和提馏段。

精馏装置的作用：

1精馏段的作用：

加料板以上的塔段为精馏段，其作用是逐板增浓上升气相中易挥发组分的浓度。

2提馏段的作用：

包括加料板在内的以下塔板为提馏段，其作用逐板提取下降的液相中易挥发组分。

3塔板的作用：

塔板是供气液两相进行传质和传热的场所。

每一块塔板上气液两相进行双相传质，只要有足够的塔板数，就可以将混合液分离成两个较纯净的组分。

4再沸器的作用：

提供一定流量的上升蒸气流。

5冷凝器的作用：

提供塔顶液相产品并保证有适当的液相回流。

回流主要补充塔板上易挥发组分的浓度，是精馏连续定态进行的必要条件。

精馏是一种利用回流使混合液得到高纯度分离的蒸馏方法。

4精馏塔操作分析

用精馏塔分离液体混合物为纯组分，是利用各组分间挥发度不同的原理。

精馏塔操作的要求：

①产品能达到规定的分离纯度；②塔的生产效率要高，能量的消耗要尽量低。

影响精馏塔操作的因素：

①塔压；②进料量；③进料组成；④进料温度；⑤加入热量；⑥移走热量；⑦塔底釜液流量；⑧塔顶出料量。

精馏塔的操作目的，是要获得塔顶和塔底的产品纯度，可这两个量没有列入上述变量中，因为它们不是自变量，它们是随着上述8个变量的改变而改变的。

分析主要变量对纯度的关系[2]。

<1>压力

根据相律，对于二种组分的混合物，在气液两相并存时，在压力、温度、组成三个变量中只有两个独立变量。

如果压力恒定，温度和组成就有确切的对应关系。

这才可以用温度来间接确定产品的组成。

只有在压力恒定的前提下，才有可能用温度调节器来代替产品的组成控制器，使产品质量合乎预定的指标。

<2>进料组成的影响

讨论的前提是：

假设塔压稳定、再沸器的加热量和回流量都维持稳定。

（a）全部为液相进料

由于进料量的增加，整个塔的温度下降，使塔顶和塔底产品中的轻组分含量增加。

若进料量减少，则相反。

从时间上讲，提馏段的操作最先受影响。

因此要克服进料量的影响，温度调节系统的测温元件安装在提馏段是合适的。

测温元件装在提馏段，改变加热量作为调节手段，比采用回流比调节的通道短，那么调节时的滞后小，动态性能好！

（b）全部为汽相进料

由于进料量的增加，整个塔的温度升高，使塔顶和塔底产品中的重组分含量增加。

若进料量减少，则相反。

因此要克服进料量的影响，温度调节系统的测温元件安装在精馏段是合适的。

测温元件装在精馏段，改变回流量作为调节手段。

（c）汽液两相混合进料

若进料量增加，则对塔顶和塔底都有影响，会使上部温度上升，下部温度下降；塔顶的产品中重组分含量增加，塔底产品中轻组分含量增加。

调节手段即可以采用提馏段温控，也可以采用精馏段温控。

具体看进料组成中汽液比例而定。

<3>进料组成波动的影响

前提是再沸器加热量和回流量恒定，进料中轻组分增加，使整个塔的温度下降，塔顶和塔底的轻组分都会增加，当进料中重组分增加，则相反。

尤其要注意比轻关键组分更轻的组分变化，虽然它的含量很低，但是稍微增加一点，就会影响塔顶的温度下降，迫使调节器动作，降低回流量，使塔顶的产品中重组分含量增加，产品不合格！

所以要找出灵敏版。

<4>进料温度波动的影响

进料温度下降，会使塔底轻组分含量增加，就需要加大再沸器加热量。

在进料是沸点很高的混合物时，进入塔以前，需要预热，可以采用进料温度自动调节。

<5>加热量波动的影响

塔内蒸汽流动的速度，对塔的分离效果和经济性有很大的影响，要维持塔内蒸汽流速在“液泛”速度的70-80之间。

要维持这个速度，需要通过塔压或压差来控制加热量。

在用蒸汽加热的时候，一定要维持稳定的蒸汽压力，再通过定流量调节来维持再沸器的加热量。

这样容易控制。

<6>回流量波动的影响

定于△H的值，由于实际操作中，塔顶产品中所带的水量会在一定范围内变化，△H也会随之波动。

为了减少界面波动范围，以提高调节质量，可适当加大连通管的管径。

5精馏塔构件简介

塔设备经过长期的发展，形成了形式繁多的结构，以满足各方面的特殊需要。

但构件中，除了种类繁多的各种内件外，其余构件则大致是相同的[3]。

<1>塔体

塔体是塔设备的外壳。

常见的塔体是由等直径、等壁厚的圆筒和作为头盖和低盖的椭圆形封头所组成。

随着化工装置的大型化，渐有采用不等直径、不等壁厚的塔体。

<2>塔体支座

塔体支座是塔体安放到基础上的连接部分。

它必须保证塔体坐落在确定的位置上进行正常的操作。

为此，它应该具有足够的强度和刚度，能承受各种操作情况下的全塔重量，以及风力、地震等引起的载荷。

<3>除沫器

除沫器用于捕集夹带在气流中的液滴。

使用高效的除沫器，对于回收贵重物料、提高分离效率、改善塔后设备的操作状况，以及减少对环境的污染等，都是非常必要的。

<4>接管

塔设备的接管是用以连接工艺管路，把塔设备与相关设备连成系统。

接管的用途，分为进液管、出液管、进气管、出气管、回流管、侧线抽出管和仪表接管等。

<5>人孔和人手

人孔和人手一般都是为了安装、检修检察和装填填料的需要而设置的。

在板式塔和填料塔中，各有不同的设置要求。

<6>吊耳

塔设备的运输和安装，特备是在设备大型化后，往往是工厂基建工地上一项举足轻重的任务。

为起吊方面，可在塔设备上焊以吊耳。

<7>吊柱

在塔顶设置吊柱是为了在安装和检修时，方面塔内件的运送。

6对塔设备的要求

作为主要用于传质过程的塔设备，首先必须使气液两相充分接触，以获得较高的传质效率。

此外，为了满足工业成产的需要，塔设备还得考虑下列各项要求。

<1>生产能力大。

在较大的气液流速下，仍不至于发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏正常操作的现象。

<2>操作稳定、弹性大。

当塔设备的气液复合量有较大的波动时，仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作。

并且塔设备应保证能长期连续操作。

<3>流体流动的阻力小，即流体通过塔设备的压力降小。

这将大大节省生产中的动力消耗，以降低经常操作费用。

对于减压蒸馏操作，较大的压力降还将使系统无法维持必要的真空度。

<4>结构简单、材料耗用量小、制造和安装容易。

这可以减少基建过程中的投资费用。

<5>耐腐蚀和不易堵塞，方面操作、调节和检修。

事实上，对于现有的任何一种塔型，都不可能完全满足上述的所有要求，仅是在某些方面有独到之处。

人们对于高效率、生产能力大、稳定操作和低压力降的追求，推动着塔设备新结构型式的不断出现和发展。

7精馏塔的发展

塔设备的广泛应用是伴随着十九世纪初期迅猛发展的炼油工业，并且随着炼油和石化企业的不断发展而成为主导的工业单元操作过程。

并且伴随着炼油、石油加工和化学加工工业的历史发展，为了适应生产的需要，在不同历史时期相继成功地开发出数百种不同气液接触结构、不同气液流动型式的塔内件构型，以适应不同操作压力、设备规模、物系性质、操作特性和不同生产要求等的广谱的精馏过程。

各类塔内件的工业应用相对趋势在不同时代都呈现出波浪式前进和螺旋式上升的变化规律。

在每个石油化学加工工业发展的历史阶段都对塔内件有特定的要求，呈现出需求决定发展，发展中不断完善、开拓，继续促进需求的发展的自然辩证原理。

塔设备对操作体系和生产要求的广谱适应性，但是不可能开发出一种“万能的塔内件”。

随着人类文明的不断进步，虽然在某一历史阶段和特定的市场要求下，某一类塔内件的需求可能占主导，但在总体上，未来塔内件应用形势将呈现出各类塔内件并存，相互竞争，相互补充，共同发展的趋向，不存在孰优孰劣的问题。

精馏过程是一个CaseStudy过程，这其中包含了精馏过程工艺、设备问题，同时也包括了操作控制实施中广义的概念。

不过狭义的讲，对于精馏设备开发而言，精馏塔内件的发展也逐渐向CaseStudy过程发展，即针对特殊的生产要求、生产环境以及预定的开发目标，进行专门的设计和开发，传统的“普适性”塔内件技术市场越来越小，塔内件技术也必将由粗放型向精细化的方向发展。

未来塔设备的开发按照复杂的化工过程都可以分解为由数个简单过程构成的原理，可以按照分别实现某一技术指标的简单机制的技术共同偶合的策略，按照第一开发目标和第二开发目标的次序分别确定一些典型的结构参数，最终形成了一个简单机制复杂化技术模型，或者构成一个复杂机制技术构思[4]。

对于这些构思进行CFD理论计算分析或试验研究及优化，验证技术的可靠性，通过试验不断完善，最终形成新的技术。

另一方面是对传统简单机制的复杂化。

在开发思路或试验室研究中都表现出极为优良的操作性能，但当前工业应用报导的实例极少，其中涉及了当前相关支撑技术的限制，生产条件的限制以及操作控制等方面的制约。

但无论如何，随着人类文明的进步和相关支撑科学的发展，炼油和石化工业新的需求将激励这些技术的发展和变更，在未来十年里，将会大幅度地应用到工业生产，并且随着对传质理论的深入理解，将会重新形成更为复杂化的塔设备构型，更加丰富了塔设备技术。

综上所述，未来塔内件技术逐渐向复杂机制的方向发展，随着基础研究的不断积累和深化，复杂机制的操作性能可以通过构成这一复杂机制所有的简单机制的性能计算和预测，一旦技术发展达到一水平，未来塔内件无需通过试验开发，仅需通过计算机进行结构模拟设计并绘制出最适宜的塔内件机械图纸，塔内件的设计完全像化工过程设备设计一样容易，基础研究恰是该技术发展的可靠保证。

参考文献

[1]史继森.精馏塔的控制[J].自动化博览,2008,（08）.

[2]刘福学.精馏塔的研究与应用[J].中国石油和化工标准与质量,第9期.

[3]柴诚敬,刘国维,李阿娜.化工原理课程设计[M].天津大学出版社.2002.

[4]郑津洋,董其伍,桑芝富.过程设备设计.第二版.北京:

化学工业出版社,2005.

课程设计成绩评定表

评语

成绩：

指导教师（签字）：

201年月日

学院意见：

学院院长（签名）：

201年月日