丙烯精馏塔行为研究

丙烯精馏塔行为研究

【摘要】精馏塔操作，是气，液接触的传质过程，与吸收操作是一样的。因此，用于吸收设备，基本上都可用于精馏作业。精馏操作既可采用板式塔，也可采用填料塔。但是，为了满足工业生产和需要，塔设备还得具备许多基础要求。

【关键词】丙烯精馏塔;行为研究

1.概述

1.1精馏操作对塔设备的要求

精馏所进行的是气（汽）、液两相之间的传质，而作为气（汽）、液两相传质所用的塔设备，首先必须要能使气（汽）、液两相得到充分的接触，以达到较高的传质效率。但是，为了满足工业生产和需要，塔设备还得具备下列各种基本要求：

（1）气（汽）、液处理量大，即生产能力大时，仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏操作的现象。

（2）操作稳定，弹性大，即当塔设备的气（汽）、液负荷有较大范围的变动时，仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作并应保证长期连续操作所必须具有的可能性。

（3）流体流动的阻力小，即流体流经塔设备的压力降小，这将大大节约动力消耗，从而降低操作费用。对于减压精馏操作，过大的压力降还将使整个系统无法维持必要的真空度，最终破坏物系的操作。

（4）结构简单，材料耗用量小制造和安装容易。

（5）耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修。

（6）塔内的滞留量小。

实际上，任何塔设备都难以满足上述所有要求，况且上述要求中有些也是相互矛盾的。不同的塔型各有某些独特的优点，设计是应根据物系性质和具体要求，抓住主要矛盾，进行选型。

1.2板式塔

一类用于气液或液液系统的分级接触传质设备，由圆筒形塔体和按一定间距水平装置在塔内的若干塔板组成。广泛应用于精馏和吸收,有些类型（如筛板塔）也用于萃取，还可作为反应器用于气液相反应过程。操作时（以气液系统为例），液体在重力作用下,自上而下依次流过各层塔板,至塔底排出；气体在压力差推动下，自下而上依次穿过各层塔板，至塔顶排出。每块塔板上保持着一定深度的液层，气体通过塔板分散到液层中去，进行相际接触传质。塔的结构：塔板又称塔盘，是板式塔中气液两相接触传质的部位，决定塔的操作性能，通常主要由气体通道，溢流堰，降液管组成。

1.3填料塔

填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备塔,塔身是一直立式圆筒,底部装有填料支承板,填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板,以防被上升气流吹动.液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上,并沿填料表面流下。气体从塔底送入,经气体分布装置(小直径塔一般不设气体分布装置)分布后,与液体呈逆流连续通过填料层的空隙,在填料表面上,气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液传质设备,两相组成沿塔高连续变化,在正常操作状态下,气相为连续相,液相为分散相。

2.填料塔的内件

填料塔的内件主要有填料支承装置、填料压紧装置、液体分布装置、液体收集再分置。

合理地选择和设计塔内件，对保证填料塔的正常操作及优良的传质性能十分重要。

2.1填料支承装置

填料支承装置的作用是支承塔内的填料，常用的填料支承装置有栅板型、孔管型、驼峰型等。支承装置的选择，主要的依据是塔径、填料种类及型号、塔体及填料的材质、气液流率等。

2.2填料压紧装置

填料上方安装压紧装置可防止在气流的作用下填料床层发生松动和跳动。填料压紧装置分为填料压板和床层限制板两大类，每类又有不同的型式。填料压板自由放置于填料层上端，靠自身重量将填料压紧。它适用于陶瓷、石墨等制成的易发生破碎的散装填料。床层限制板用于金属、塑料等制成的不易发生破碎的散装填料及所有规整填料。床层限制板要固定在塔壁上，为不影响液体分布器的安装和使用，不能采用连续的塔圈固定，对于小塔可用螺钉固定于塔壁，而大塔则用支耳固定。

2.3液体分布装置

液体分布器。

液体分布装置的种类多样，有喷头式、盘式、管式、槽式及槽盘式等。

（1）喷头式分布器，液体由半球形喷头的小孔喷出，小孔直径为3～10mm，作同心圈排列，喷洒角≤80°，直径为(1/3～1/5)D。这种分布器结构简单，只适用于直径小于600mm的塔中。因小孔容易堵塞，一般应用较少。

（2）盘式分布器有盘式筛孔型分布器、盘式溢流管式分布器等形式。液体加至分布盘上，经筛孔或溢流管流下。分布盘直径为塔径的0.6～0.8倍，此种分布器用于D<800mm的塔中。

（3）管式分布器由不同结构形式的开孔管制成。其突出的特点是结构简单，供气体流过的自由截面大，阻力小。但小孔易堵塞，弹性一般较小。管式液体分布器使用十分广泛，多用于中等以下液体负荷的填料塔中。在减压精馏及丝网波纹填料塔中，由于液体负荷较小故常用之。管式分布器有排管式、环管式等不同形状。根据液体负荷情况，可做成单排或双排。

（4）槽式液体分布器通常是由分流槽（又称主槽或一级槽）、分布槽（又称副槽或二级槽）构成的。一级槽通过槽底开孔将液体初分成若干流股，分别加入其下方的液体分布槽。分布槽的槽底（或槽壁）上设有孔道（或导管），将液体均匀分布于填料层上。

3.设计方案的确定

操作条件的确定。确定设计方案是指确定整个精馏装置的流程，各种设备的结构型式和某些操作指标。蒸馏装置包括精馏塔.原料预热器，在沸器、冷凝器、釜液冷却器等设备。蒸馏过程按操作方式不同，分为连续蒸馏和间歇蒸馏。工业生产以连续蒸馏为主。具有生产能力大，产品质量优等优点。蒸馏是通过物料在塔内的多次部分汽化与多次的部分冷凝实现分离的，热量自塔釜输入，由冷凝器和冷却器的冷却介质将余热带走，在此过程中，热量利用很低，为此，在确定装置流程时应考虑余热的利用。

塔顶冷凝装置可采用全凝器，分凝器二种不同的设置。工业上以采用全凝器

为主，以便于准确地控制回流比。

3.1操作压力的选择

蒸馏过程按操作压力的不同，可分为常压蒸馏.减压蒸馏.和加压蒸馏。除热敏性物质外，凡通过常压蒸馏能够实现分离要求的，并能用循环水将馏出物冷凝下来的物质都应采用常压蒸馏。故本设计采用常压蒸馏。确定操作压力时，必须根据所处理物料的性质，兼顾技术上的可行性和经济上的合理性进行考虑。例如，采用减压操作有利于分离相对挥发度较大组分及热敏性物料，但压力降将导致塔径增加，同时还需要使用抽真空设备。

3.2进料状态

进料状态与塔板数、塔径、回流量及塔的热负荷都有密切的联系。在实际生产中进料状态有多种，但一般将料液预热到泡点或接近泡点才送入塔中，这主要是由于此时塔的操作比较容易控制，不致受季节气温的影响，此外，在泡点进料时，精馏段与提馏段的塔径相同，为设计和制造上提供了方便。

3.3加热方式的选择

蒸馏大多采用间接蒸汽加热，设置在沸器。本设计采用间接蒸汽加热。有时也采用直接蒸汽加热。直接蒸汽加热的优点是：可以利用压力较低的蒸汽加热；在釜内只须安装鼓泡管，不须安置庞大的传热面积。这样，可节省一些操作费用和设备费用。然而，直接蒸汽加热，由于蒸汽的不断通入，对塔底溶液起了稀释作用，在塔底易挥发物损失量相同的情况下，塔底残液中易挥发组分的浓度应较低，因而塔板数稍有增加。但对有些物系（如酒精和水的二元混合液），当残液的浓度稀薄时，溶液的相对挥发度很大，容易分离，故所增加的塔板数并不多，此时采用直接蒸汽加热合适的。值得提及的是，采用直接蒸汽加热时，加热蒸汽的压力要高于釜中的压力，以便克服蒸汽喷出小孔的阻力及釜中液柱静压力。对于酒精水溶液，一般采用0.4～0.7Kpa（表压）。[科]