板式塔精馏

关键词： 效果 石油化工 精馏 产品

板式塔精馏（精选四篇）

板式塔精馏 篇1

关键词：石油化工,精馏,处理措施

随着人们生活水平的提高,人们对石油化工产品质量的要求不断提高,这就要求石油化工企业不断提高生产技术,满足市场需求。在石油化工产品生产过程中,精馏效果直接影响石油化工产品质量,更影响石油化工企业的生产效率。鉴于此,为保证产品质量,提高生产效率,石油化工企业必须不断提高精馏效果。

1 精馏及精馏塔概述

精馏的工作原理是利用溶液中成分的分蒸汽压的差异性,溶液中的不同成分即便在同一温度、同一压力条件下,其发挥度、沸点也存在一定的差异性[1]。如甲醇,与水相比其沸点较低,但其发挥度较高,因此极易从液体中汽化出来。再将汽化的蒸汽进行冷凝处理,便可得到由甲醇组成的合成品,多次的液化和冷凝之后,就可实现甲醇和水的分离。在多次汽化和冷凝的过程中,可从汽相中获得纯较高的易挥发组分,从液相中获得纯度较高的难挥发组分,这个过程就是精馏。

在精馏过程中,精馏塔的作用就是集中发挥程度不同的组分构成的混合物,根据不同组分的发挥程度进而控制温度,对部分组分进行汽化和冷凝,保证混合物的分离,最终获得纯度较高的产品。

在整个精馏过程中,精馏设备一般包括三种:精馏塔、冷凝器和再沸器[2]。精馏塔是保证汽相和液相两种不同的物质的接触;冷凝器一般位于精馏塔顶部,可以对蒸汽进行部分冷凝,冷凝后的液体回流塔底,未能进行冷凝处理的馏出的液体则是塔顶产品;再沸器位于蒸馏塔底部,可将流回塔底的液体进行部分汽化,汽化后进入蒸馏塔内部,余下的未进行汽化的液体则是塔底产品。

2 精馏塔蒸馏效果的影响因素

2.1 进料温度

在整个精馏过程中,精馏效果在很大程度上受精馏塔内部原料温度的影响,因此,要想保证精馏效果及精馏效率,必须严格控制进料温度。通常情况下,精馏塔的进料分为五种:冷进料;气液混合物;饱和液;饱和气;过热器。由于进料温度不同,精馏过程中的回流量及气液平衡均会受到影响[3]。

2.2 物料平衡

为保证精馏效果,应当保证精馏塔液面的稳定性。在精馏过程中,如精馏塔塔顶和塔底有液体流出,会导致精馏塔液面的不稳定。如果液体采集量过大,将会导致液面下降,降低再沸器内的循环量,降低产品质量;如果液体采集量过低,将会导致液面上升,增加反应液循环的阻力,可能造成重大安全事故。

2.3 回流比

精馏效果受回流比影响最大,精馏产品的质量一般都是通过回流比进行控制的。如果回流比增加,会增加蒸馏塔内的上升汽量,下降的液体量也会随之增加,精馏品的质量也会随之增加。在操作过程中改变回流比可以满足产品对于质量的要求,当塔顶增加馏分重组份含量时,通常加大回流比是重组份降低,保证产品质量符合需要标准。当精馏段当中的轻组份下到提馏段时,造成塔下温度下降,能够通过采用适当降低回流比方式提升塔釜温度。

回流比增减,对于精馏过程十分重要,为提升产品质量,改变回流比效果较好,但需要改变塔的精馏生产能力,并增大消耗,回流比过大又会导致塔内物料出现大量循环情况,容易造成液泛,对塔的工作造成破坏,因此需要谨慎处理。

2.4 反应温度

要想提高精馏产品的质量,必须保证反应温度的稳定性。随着反应温度的提高,精馏塔反应液中的易挥发物质减少,蒸汽的产生速度会明显增加,塔顶产品量会明显增加。如果想要获得塔底产品,则进入塔顶的蒸汽会明显增多,尽管塔底产品量会降低,但产品的纯度较高;如果想得到塔顶产品,尽管产品数量较多,但产品纯度相对较低。因此,在整个精馏过程中,应当考虑反应温度对产品数量和纯度的影响,提高企业经济效益。

2.5 反应压力

如果精馏塔内的反应压力增加,则会导致精馏塔内蒸汽量的减少,蒸汽中难发挥物质的浓度也会随之降低;如果精馏塔内的反应压力降低,精馏塔内的蒸汽量就会增加,蒸汽中的成分也会随之增多。与反应温度的影响相一致,反应压力的不同会导致产品产出部位的不同,进而导致产品质量和数量的变化。

3 提高精馏塔精馏效果的处理措施

3.1 调整进料量,控制温度

严格控制进料量,不能超过精馏塔冷凝器及再沸器的负荷能力,并进行适当的调节,避免对产品质量及产品数量造成过大的影响。需要注意的是,如果调节范围过大,则会影响物质的反应平衡,导致产品质量不合格。因此,必须保证进料及温度的平衡,保证物质反应顺利进行。

3.2 控制物料平衡

为保证精馏塔塔顶及塔底产品质量,应当保证精馏塔内物料处于一种平衡状态。在控制物料平衡中,主要通过控制精馏塔底部液面高度来实现。

3.3 控制回流比

回流比是影响产品质量和产品数量的主要因素,通常情况下采用三种方法控制回流比:降低塔顶产品采出量,增加冷凝回流液体,进而增加回流比;增加塔顶冷凝剂的含量,提高液体凝结速率,进而增加回流比;适当打开回流液贮槽,增加回流量,进而增加回流比。

3.4 控制反应温度

反应温度会对产品质量和数量有重要的影响,因此在实际的生产过程中,可以适当改变一下温度,以产品数量的适当损失来增加产品的质量。

3.5 控制反应压力

在提高反应压力的情况下,精馏塔塔底产品的产量会有所提高,但纯度则会下降;同样情况下,如果精馏塔塔顶产品的产量会有所下降,但纯度会有所提高。在实际精馏过程中,可设置与大气相通的管道,保证精馏塔反应器的气压与大气压接近;另外,还可以通过调整加热的蒸汽量来控制反应压力。

4 结论

精馏塔的精馏效果可以明显提高石油化工产品的产品质量和产品数量,保证石油化工产品满足市场需求。提高精馏效果,还可以提高企业的产品的生产效率,提高企业经济效益,有利于企业的可持续发展。

参考文献

[1]张磊磊.萃取精馏塔开裂的影响因素与处理措施探究[J].中国化工贸易,2015,5(10):65~68.

[2]王伟,王成学.影响精馏塔精馏效果的因素及处理措施[J].硅谷,2014,8(8):191~192.

板式精馏塔的设计原则与步骤 篇2

总的原则是尽可能多地采用先进的技术，使生产达到技术先进、经济合理的要求，符合优质、高产、安全、低能耗的原则，具体考虑以下几点。

⑴ 满足工艺和操作的要求 所设计出来的流程和设备能保证得到质量稳定的产品。由于工业上原料的浓度、温度经常有变化，因此设计的流程与设备需要一定的操作弹性，可方便地进行流量和传热量的调节。设置必需的仪表并安装在适宜部位，以便能通过这些仪表来观测和控制生产过程。

⑵ 满足经济上的要求 要节省热能和电能的消耗，减少设备与基建的费用，如合理利用塔顶和塔底的废热，既可节省蒸汽和冷却介质的消耗，也能节省电的消耗。回流比对操作费用和设备费用均有很大的影响，因此必须选择合适的回流比。冷却水的节省也对操作费用和设备费用有影响，减少冷却水用量，操作费用下降，但所需传热设备面积增加，设备费用增加。因此，设计时应全面考虑，力求总费用尽可能低一些。

⑶ 保证生产安全 生产中应防止物料的泄露，生产和使用易燃物料车间的电器均应为防爆产品。塔体大都安装在室外，为能抵抗大自然的破坏，塔设备应具有一定刚度和强度。2 设计步骤

板式精馏塔的设计大体按以下步骤进行： ⑴ 确定设计方案；

⑵平衡级计算和理论塔板的确定； ⑶ 塔板的选择； ⑷ 实际板数的确定； ⑸ 塔体流体力学计算；

⑹ 管路及附属设备的计算与选型； ⑺ 撰写设计说明书和绘图。3 设计方案的内容

设计方案包括精馏流程、设备的结构类型和操作参数等的确定。例如组分的分离顺序（多组分体系）、塔设备的形式、操作压力、进料热状态、塔顶蒸气的冷凝方式、余热利用的方案、安全、调节机构和测量控制仪表的设置等。限于篇幅，仅对其中一些内容作些阐述，其他内容可见参考文献。3.1 操作压力

塔内操作压力的选择不仅牵涉到分离问题，而且与塔顶和塔底温度的选取有关。根据所处理的物料性质，兼顾技术上的可行性和经济上的合理性来综合考虑，一般有下列原则： ⑴ 压力增加可提高塔的处理能力，但会增加塔身的壁厚，导致设备费用增加；压力增加，组分间的相对挥发度降低，回流比或塔高增加，导致操作费用或设备费用增加。因此如果在常压下操作时，塔顶蒸气可以用普通冷却水进行冷却，一般不采用加压操作。操作压力大于1.6MPa才能使普通冷却水冷却塔顶蒸气时，应对低压、冷冻剂冷却和高压、冷却水冷却的方案进行比较后，确定适宜的操作方式。

⑵ 考虑利用较高温度的蒸气冷凝热，或可利用较低品位的冷源使蒸气冷凝，且压力提高后不致引起操作上的其他问题和设备费用的增加，可以使用加压操作。

⑶ 真空操作不仅需要增加真空设备的投资和操作费用，而且由于真空下气体体积增大，需要的塔径增加，因此塔设备费用增加。3.2 进料状态

进料状态有5种，可用进料状态参数q值来表示。进料为过冷液体：q＞1；饱和液体（泡点）：q＝1；气、液混合物：0＜q＜1；饱和蒸气（露点）：q＝0；过热蒸气：q＜0。q值增加，冷凝器负荷降低而再沸器负荷增加，由此而导致的操作费用的变化与塔顶出料量D和进料量F的比值D/F有关；对于低温精馏，不论D/F值如何，采用较高的q值为经济；对于高温精馏，当D/F值大时宜采用较小的q值，当D/F值小时宜采用q值较大的气液混合物。如果实际操作条件与上述要求不符，是否应对进料进行加热或冷却可依据下列原则定性判断：

⑴ 进料预热的热源温度低于再沸器的热源温度，可节省高温热源时，对进料预热有利，但会增加提馏段的塔板数；

⑵ 当塔顶冷凝器采用冷冻剂进行冷却，又有比较低的冷量可利用时，对进料预冷有利。泡点进料时的操作比较容易控制，且不受季节气温的影响；此外，泡点进料时精馏段和提馏段的塔径相同，设计和制造时比较方便。3.3 加热方式

塔釜一般采用间接蒸汽加热，但对塔底产物基本是水，且在低浓度时的相对挥发度较大的体系，也可采用直接蒸汽加热。直接蒸汽加热的优点是：可利用压力较低的蒸汽加热，塔釜只须安装鼓泡管，一般可节省设备费用和操作费用。3.4 回流比

影响精馏操作费用的主要因素是塔内蒸气量V。对于一定的生产能力，即馏出量D一定时，V的大小取决于回流比。实际回流比总是介于最小回流比和全回流两种极限之间。由于回流比的大小不仅影响到所需理论板数，还影响到加热蒸汽和冷却水的消耗量，以及塔板、塔径、蒸馏釜和冷凝器的结构尺寸的选择，因此，适宜回流比的选择是一个很重要的问题。适宜回流比应通过经济核算决定，即操作费用和设备折旧费之和为最低时的回流比为适宜回流比。但作为课程设计，要进行这种核算是困难的，通常根据下面3种方法之一来确定回流比。

⑴ 根据本设计的具体情况，参考生产上较可靠的回流比的经验数据选定；

⑵ 先求出最小回流比Rmin，根据经验取操作回流比为最小回流比的1.1∽2倍，即R＝（1.1∽2）Rmin；

⑶ 在一定的范围内，选5种以上不同的回流比，计算出对应的理论塔板数，作出回流比与理论塔板数的曲线，如图1-1所示。当R= Rmin时，塔板数为∞；R＞Rmin后，塔板数从无限多减至有限数；R继续增大，塔板数虽然可以减少，但减少速率变得缓慢。因此可在斜线部分区域选择一适宜回流比。上述考虑的是一般原则，实际回流比还应视具体情况选定。3.5 产品纯度或回收率

产品纯度通常是根据客户的要求决定的。若客户对精馏塔顶和塔底产品的纯度都有要求，则产品的回收率也已确定；若用户仅指定其中一种产品的纯度，设计人员则可根据经济分析决定产品的回收率。提高产品的纯度意味着提高产品的回收率，可获得一定的经济效益。但是产品纯度的提高或者是通过增加塔板数或者是增加回流比来达到的，这意味着设备费用或操作费用的增加，因此只能通过经济分析来决定产品的纯度或回收率。3.6 热能的利用

精馏塔节能优化综述 篇3

精馏是石化工业生产中能耗较大的单元操作之一。随着能源价格的不断增长, 精馏系统的节能在石化工业的节能中有着重要的地位。但是为了保证产品的质量, 在进行精馏生产的时候, 装置操作偏向于保守, 而操作方法以及操作参数的设置不够合理, 过分离现象普遍存在。而且, 精馏过程消耗的能量绝大部分并非用于组分分离, 而是被冷却水或分离组分带走[1]。因此, 为了使精馏过程节能, 就需要研究和探讨如何将节能原理运用到工业生产, 对石化工业有着重要的意义。

1 精馏过程节能原理

从能量的本质不难看出, 精馏过程是将物流有效能转化为扩散有效能, 这样能够在一定程度上降低损失。精馏过程有效能的损失主要是由不可逆性引起的:一是流体流动的压降;二是相浓度不平衡物流间的传质或不同浓度物流间相混合;三是不同温度物流间的传热或不同温度物流间的混合。基于上述精馏过程的节能原理, 目前精馏过程的节能技术主要包括以下几个:①充分利用精馏过程的热能;②减少精馏过程本身对能力的需求;③提高精馏系统的热力学效率。为了更好地减少精馏过程本身对能力的需要, 我们从根本上进行节能的方法, 主要应该考虑分离序列的选择和操作条件的优化[2]。

2 分离序列的选择

对一个多组分混合物的分离, 可以有许多分离顺序, 最优的分离顺序与最差的分离顺序其能耗和费用相差很大, 约为50%。因此, 确定最佳分离顺序在精馏过程中是很重要的问题。而选择的好坏将对能耗产生重大影响。根据研究结果, 可以得出以下结论[2,3]:

①产品按塔顶产品的挥发度依次递减的顺序逐个回收;②最难分离的组需要分别放在最末端进行分离;③将进料按塔顶与塔底各占50%的分馏比例安排;④纯度要求高的产品放在最后分离;⑤对于容易造成系统腐蚀或结焦的组分, 在提高后续设备的材质要求后, 再进行稳定操作;⑥对于各组分沸点相差甚远的混合物, 如果有的组分需要在冷冻的条件下进行分离, 就应使进入冷冻系统或冷冻等级更高的系统的组分数尽量减少。

3 操作条件的优化

3.1 选择适宜的回流比

精馏过程的能耗主要取决于塔底再沸器的加热蒸汽 (或其他热载体) 用量及塔顶冷凝器的冷却水 (或其他冷却剂) 用量, 两者都与塔内上升蒸汽量有关[4]。当塔顶产品流量一定时, 上升蒸汽量正比于 (R+1) , 所以增大回流比 (R) , 将增加精馏塔消耗的加热蒸汽量及冷却水用量, 操作费用也相应增加。

回流比越小, 净功耗越小。因此, 我们在可能的条件下减小操作的回流比。当系统的回流比在最小的时候, 虽然节能效果显著, 但是塔设备费用却在迅速增加, 使精馏总费用也随之增加。所以, 在回流比趋于最小回流比操作的时候, 就会造成塔系统总费用增加, 而且操作情况也趋于恶化。

最优回流比主要反映的是设备费用与操作费用之间的最佳权衡。在一般情况下, 若在最优回流比下进行操作, 总费用大部分是加热蒸汽的费用, 约占到70%。当塔顶冷凝器温度低于大气的温度时候, 就会增加冷冻费。

对于已定的精馏塔的分离物系, 回流比和产品的纯度密切相关。为了保证产品的纯度合格, 我们在不降低产品质量等级的条件下, 以降低塔底再沸器的能耗为主。

3.2 选择适宜的操作压力

精馏塔的操作压力是影响精馏过程能耗的重要因素, 也是精馏过程的一个重要的操作参数。大多数物系的相对挥发度是随压力的降低而增大, 因此, 减压可以使物系的相对挥发度增大, 平衡温度降低。所以, 在减压的情况下可以适当减小回流比, 以节省能量。同时减压精馏还可以使许多高沸点化合物在分离过程中避免使用高价值的加热介质, 以此减少传热面积, 节省投资。[2,5]

在物料组成不变的情况下, 加压会使塔顶、塔釜温度升高。所以, 加压精馏有利于采用廉价的冷凝介质来提高被分离物系资深的饱和蒸汽压。所采用的水作为冷却介质, 在一定程度上较大限度降低了单位产品的投资和可操作费用, 同时还能减少冰盐水的使用量, 能够降低相应的能耗。从节能角度分析, 操作压力提高后, 塔顶冷凝器和塔釜重沸器的传热温差将比常压操作时减小, 使得单位产品的能耗减少。[2]

在实际生产过程中, 许多精馏节能措施是需要通过改变压力来配合实施的。其中压力是精馏过程最重要的也是最基本的参数之一, 它的变化直接影响着汽液的平衡关系, 从根本上改变了原有的分离基础, 使产品的纯度、各塔板的温度以及液汽比等发生相应的变化, 压力的改变还会引起塔板数、板间距、塔壁厚度、塔内部结构等的变化。除此之外, 节能方法的实施还会使设备数量增加, 流程出现复杂化, 使得操作难度也相应增加等。因此, 需要我们通过多方面的综合考虑, 确定一个最佳的操作压力。

3.3 选择适宜的进料板位置

一般对选择精馏塔进料位置的时候, 主要根据进料的组成来定, 因为进料位置应该选择塔板的组成与进料组成接近的那一层塔板上, 否则会因为组成差别较大导致塔板效率下降。[4]如果被分离的物料来源不同, 就会导致物料混合后出现单塔处理进料的现象, 这也必将增加精馏过程的能耗。[3]

3.4 选择适宜的进料状态

对于操作中的精馏塔, 当回流比及塔顶流出液相同时, 进料的温度对塔顶冷凝器的热负荷产生不了影响, 而是与塔底再沸器的热负荷成反比关系。在任何体系下, 进料温度升高, 都可能减小塔底再沸器的热负荷, 从而达到低消耗的目的, 所以条件允许的情况下, 可以节省能耗。[4]

精馏塔的分离动力主要来自塔釜再沸器的热量, 它与侧线采出的进料状态有关。一般来说, 塔底的液量比塔顶要大, 塔的液泛都从塔底开始的。[6]

在同一回流比下, 冷进料与热进料相比, 冷进料可以减小所需塔板数, 使塔设备费减少。因此, 在对精馏塔进行节能优化操作的过程中, 还要全面考虑进料状态对塔板数、回流比、塔顶冷却剂消耗量产液负荷及塔径的影响。因此, 最佳进料状态的选择应在权衡经济效益的基础上来确定。

4 结束语

综上所述, 可以看出, 为了降低精馏系统能耗, 可以采取多种多样的途径进行解决。无论采取哪些措施, 都会取决于经济效益。但是在大多数情况下, 采用节能技术并不一定是最经济的, 因为节能操作系统的操作往往较为复杂, 要求较高的控制水平才能进行, 因此就需要我们综合权衡后, 采取最优方案。

摘要：本文主要论述的就是精馏塔能耗高的原因和精馏过程的节能原理, 分析了精馏塔回流比、操作压力以及进料变化对精馏塔能耗的影响, 并对精馏塔节能优化措施进行了详细的探讨。

关键词：精馏塔,回流比,节能优化

参考文献

[1]薛美盛, 祁飞, 吴刚, 等.精馏塔控制与节能优化研究综述[J].化工自动化及仪表, 2006, 33 (6) :1.

[2]王建忠, 马文婵, 王鹏辉.精馏系统的节能措施[J].石油和化工节能, 2007, 2:6-9.

[3]王梦华.精馏过程节能技术探讨[J].齐鲁石油化工, 2003, 31 (4) :324-326.

[4]徐邵红.精馏塔优化设计探讨[J].平原大学学报, 2002, 19 (2) :10-11.

[5]张秀玲, 陈玉琴, 郑君颖.化工精馏过程节能的探讨[M].知识介绍, 78-80.

精馏塔设计心得体会 篇4

041140404 谢恒

通过本门课程设计，以下能力得到了较大的提高：

1、了解了筛板精馏塔的分离原理原理，以及筛板精馏塔的使用的注意事项。

2、培养具有综合应用相关知识来解决测试问题的基础理论；

3、培养在实践中研究问题，分析问题和解决问题的能力； 我们必须坚持理论联系实际的思想，以实践证实理论，从实践中加深对理论知识的理解和掌握。实验是我们快速认识和掌握理论知识的一条重要途径。

我们认为，在这学期的实验中，在收获知识的同时，还收获了阅历，收获了成熟，在此过程中，我们通过查找大量资料，请教老师，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在实验课上，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。

在本次设计中，我结合书本与网上的一些知识来完成了自己的课程设计。其中的设计评述、塔板结构与选型参考课本上的模板。在此次设计中虽然自己做了近两周时间,深深体会到计算时的繁锁。首先是对塔的操作压强认识不足，在老师的帮助下自己很快的解决了。其次是再计算时有许多是根据老师指定数据来算的如：塔板间距、上液层高度、加热蒸汽压

强，质量流量等，这些对于我们这些只学了一些简单的理论知识的学生来说简直是难上加难，以至于自己再算到这些时，算了一次又一次，才满足了工艺要求。