梯形立体喷射塔板在环氧乙烷精制塔中的应用_吕建华

与F1 浮阀塔板相比, 气体由 CTST 塔板板孔 直接进入帽罩而不通过板上液层 , 塔板上流动的液 体为不含气泡的清液 , 流到降液管中的液体基本不 含气泡 , 因而在进行精馏塔的设计时可降低液体在 降液管内的停留时间 。一般浮阀塔板设计时停留时 间不小于 5 s , 而 CT ST 塔板最小可达 2.4 s , 因而同 样截面积降液管的 C TST 塔板液体的通过能力可以 比 F 1 浮阀塔板提高一倍 。从以上分析得知 , C TST 塔板与 F1 浮阀塔板相比 , 无论是气相还是液相通 量均可提 高 80 % ～ 100 %。 图 2 中 D =600 mm ,
[ 收稿日期] 2002 -01 -05 ;[ 修改稿日期] 2002 -04 -11 。 [ 作者简介] 吕建华(1973 -), 男 , 河北省 丰润县人 , 硕士 , 电话 022
-26564473 , 电邮 hgyl @ 。 [ 基金项目] 国家科技重大攻关项目(2001BA32613)。
依据计算机模拟结果 , 采用 CT ST 塔板对精制 塔进行水力学计算(见表 1), 结果表明空塔动能因 子 FT 已部分达到或超过 3.0 kg1/2/(s·m1/2)。 根据 水力学计算结果 , 在原塔体及支承圈 、降液管 、受液 盘均不变的条件下 , 只需更换塔板(第 58 层塔板不 动), 并将溢流堰高度由 50 mm 降至 15 和 20 mm 。 改 造后全塔压力降小于34kPa , 生产过程中处理量
图 4 环氧乙烷精制塔示意图 Fig.4 Schemat ic diag ram of et hylene oxide t reat ing column.
第 9 期 吕建华等 :梯形立体喷射塔板在环氧乙烷精制 塔中的应用
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除了轻组分之后的 EO 质量分数为 37 %左右的水溶 液由第 2 块塔板进入塔内 。由于进料压力较高 , 所 以在进料中仍残留有一部分轻组分 , 为了使 EO 产 品中的轻组分含量尽可能的低 , 采用塔顶全回流放 空不凝气 , 并在塔顶下 10 块板左右的位置侧采出产 品的方法 , 这样基本脱除了轻组分 , 使 EO 产品质量 大幅度提高 , 使其质量分数达到 99.996 %以上 。 而 塔底釜液中 EO 的质量分数降低到 17 %左右 , 被送 到乙二醇生产工段 。 2.2 精制塔的模拟计算及分析 获得 EO 精制塔全塔效率的最佳途径是对原操 作工况进行计算机模拟 , 确定完成该精馏操作所需 的最少理论板数 N T , 理论板数 N T 与实际板数 N P 之比即为全塔效率 E 。全 塔效率的计算机程 序框 图如图 5 所示 。 全塔具有精馏作用的塔板共 68 块 , 设 N T 的初始值为 68 。该塔在改造前 EO 的设计生 产能力为 2.75 t/ h , 由于浮阀塔板在超过最佳操作 点时效率开始下降 , 所以采用最大生产负荷时的操 作数据计算全塔效率 , 即 :进料量 9.32 t/h , 回流量 20.2 t/ h , 侧线采出量 3.1 t/ h , 塔釜采出量 5.72 t/ h , 进料中 EO 的质量分数为 37.27 %。 计算机模拟 结果为完成 该操作 所需要 的最少 理论板 数 N T = 33 , 即此时 EO 精制塔的全塔效率 E =48.5 %。
2 环氧乙烷精制流程与精制塔的改造
2.1 精制塔基本结构与流程 天津 联合化学有限 公司 EO 精 制塔如图 4 所
示 , 塔径 300 mm , 69 块塔板 , 板间距 350 mm , 其中 第 2 块塔板为进料板 , 第 58 块塔板为带有通气孔无 精馏作用的液相产品采出板 。 该塔的作用是将 EO 和 水分 离 , 得到纯度大 于99.996 %的EO 产品 。脱
图 5 计算机模拟程序框图 Fig .5 Flow sheet of comput er simulation .
当 EO 生产负荷增加 80 %达到 5.0 t/h 时 , 由 于精馏塔的塔板数不变 , 改造后全塔效率必须达到 48.5 %以上 , 才能使 EO 的产品达到质量要求 , 即理 论板数最少为 33 块 。
本工作采用计算机对环氧乙烷精制塔改造前后 的工况进行了计算机模拟 , 对 C TST 塔板的全塔效 率和流体力学性能进行了核算 。
1 C TST 塔板的结构与性能
1.1 结构与操作工况 C TST 塔板的结构及其在塔内的排布如图 1 所
示 。CT ST 塔板由矩形开孔塔板 、设有筛孔 的梯形 喷射罩和分离板组成 。CT ST 塔板为气液并流喷射 型塔板 , 气体自板孔进入喷射罩中 , 液体由喷射罩底 隙进入喷射罩内 , 在整个板上气液经历拉膜破碎 ※ 碰顶折返 ※喷射 ※对喷 ※分离 5 个过程 。在这 5 个 过程中气液两相的接触包括了塔板至喷射罩及分离 板的整个空间 , 打破了传统塔板传质区域为平面型 式的局限 , 对 于塔板间距在 350 ～ 550 m m 的板 式 塔 , CT ST 塔板间的空间利用率可达到 20 %～ 60 %。 1.2 性能
梯形立体喷射(CT ST )塔板是一种新型高效喷 射型塔 板[ 1] , 已广泛 应用于 炼油 、石油 化工 、维 尼 纶 、化工 、制药等行业 , 涉及精馏 、吸收 、解吸 、气提等 过程[ 2～ 7] 。
2001 年天津联合化学有限公司对环氧乙烷/ 乙 二醇(EO/ EG)装置分别进行 了从 22/ 41.8 kt/ a 提 高到 38/ 62 kt/ a 的扩产 改造 , 其中 生产负 荷提 高 80 %以上的环氧乙烷精制塔是 EO 产品质量保证的 关键分离设备 , 产品纯度指标须达到 99.996 %, 在 提高负荷 后 , 原 F1 浮阀塔 板不能 满足生 产要求 。 因此 , 在塔外壳不变的基础上采用 CT ST 塔板改造 EO 精制塔 。
表 1 EO 精制塔的水力学数据 Table 1 Hydraulics dat a of EO treating column
D esign paramet er
T ray number
T ray Diam eter/ mm T ray spacing/ mm Wei r height/ mm M ax vapor rat e/ m3·s -1 V apor densit y/ kg·m -3 T ray opening / % F T/ kg1/2(s·m1/2)-1 M ax liquid rat e/ m3·h -1 Wei r lengt h/ mm Floodi ng intensity/ m3(m·h)-1 Liquid density/ kg·m -3 Dow ncomer residue time/ s Column pressure drop/ P a Range of operati on/ %
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石 油 化 工 ROCHEM ICA L TECHN OLOG
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明 , 若以雾沫夹带 10 %作为操作上限 , F 1 浮阀塔板 的板孔动能因子为 17 kg1/2/(s·m1/2), 而 CTS T 塔 板可达 34 kg1/2/(s·m1/2), 即在相同的塔板开孔率 时 , CT ST 塔板的操作上限比 F1 浮阀塔板高一倍 。
由于 CT ST 塔 板开 孔大 , 一 般大 于 40 mm × 120 mm , 而气体 、液体的喷射速率达 10 ～ 20 m/ s, 对 喷射孔有自冲刷作用 , 塔板抗堵塞能力大幅度提高 , 能够处理含固体颗粒及易产生自聚的物料 。并且塔
图 3 CTS T 塔板与 F1 浮阀塔板压降比较图 Fig.3 Pressure drop per t ray of CTS T and F1 float valve t ray.
板上无活动部件 , 可以延长塔的维修周期 。 CT ST 塔板特殊的喷射型操作工 况 , 使得塔板
上液体为清液 , 因此无发泡机制 ;另外高速喷射的液 滴回落到塔板时又具有破沫作用 , 所以 C TST 塔板 能够处理常规塔板难以处理的易发泡物料 。 1.2.4 板上液面梯度对操作的影响小
对于 CT ST 塔板 , 由于液体进入罩内除靠液层 高度的静压强外 , 还靠气体缩孔引流的作用 , 即气体 进入板孔和帽罩后 , 静压能转化为动能 , 气速增加 , 压强降低 , 而板间压强不变 , 板上液体在内外压强差 的作用下被压入帽罩内 。这种缩孔引流的作用大于 板上液层高度静压强的作用 , 因此板上液层高度对 CT ST 塔板的操作工况影响不显著 。
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石 油 化 工
PET ROCHEM ICAL T ECHN OLO
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梯形立体喷射塔板在环氧乙烷精制塔中的应用
吕建军2
(1.河北工业大学 化学工程研究所 , 天津 300130;2.天津联合化学有限公司 , 天津 300271)
[ 摘要] 分析了梯形立体喷射(CTS T)塔板的结构与性能 , 通过 CTS T 塔板对环 氧乙烷(EO)精 制塔改造 的实例 , 采用 计算机模拟 , 对 CTS T 塔板的全塔效率及水力学性能进行了核算 。 结果表明 , CTS T 塔板与 F1 浮阀 塔板相比 , 全塔效 率高 1.5 %, 生产能力高 80 %以上 。 改造后的环氧乙烷精制塔部分空塔动能因子超过 3.0 kg1/2/(s·m1/2)。 [ 关键词] 塔板 ;梯形立体喷射塔板 ;精馏塔 ;环氧乙烷 [ 文章编号] 1000 -8144(2002)09 -0749 -04 [ 中图分类号] T E 65 [ 文献标识码] A
C TST 塔板独特的空间结构及喷射操作工况 , 加上塔板采用了矩形开孔 , 使塔板开孔率大幅度提 高 , 可超过 20 %, 使其具有优越特性 。
图 1 C TST 结构与操作工况示意图 Fig.1 S truct ure and operat ion of CTST.