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蒸馏塔设计论文.doc

上传人:上善若水 文档编号:1403619 上传时间:2018-07-12 格式:DOC 页数:63 大小:147KB
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资源描述

1、蒸馏塔设计论文. 1 1.1蒸馏的意义. 1 1.2蒸馏操作的三种基本类型. 1 1.2.1闪蒸平衡汽化 . 1 1.2.2简单蒸馏渐次汽化 . 2 1.2.3精馏 . 3 1.3精馏塔的结构和性能. 4 1.3.1精馏塔的结构 . 5 1.3.2精馏塔的主要结构尺寸 . 7 1.3.3精馏塔的性能 . 11 1.4精馏塔的分类. 12 1.5精馏塔的特点. 13 1.5.1泡帽型塔盘 . 13 1.5.2 S型塔盘 . 13 1.5.3舌型塔盘优点是: . 14 1.5.4浮阀塔盘优点是: . 14 1.5.5浮动喷射塔盘 . 15 1.6各种塔盘的性能比较和选择. 15 1.7蒸馏塔的作用

2、. 17 1.8蒸馏的地位. 18 1.9国内外蒸馏装置研究现状、水平. 20 1.9.1国外蒸馏装置技术现状 . 20 1.9.2国内蒸馏技术现状 . 22 1.10蒸馏的发展趋势. 23 . 24 2.1体积平均沸点. 24 2.2恩氏蒸馏斜率. 24 2.3立方平均沸点. 25 2.4中平均沸点. 26 02.5 比重指数API、特性因数K和平均分子量 . 26 2.6平衡汽化数据. 27 2.7实沸点温度. 29 2.8临界温度. 30 III 2.9临界压力. 31 2.10焦点温度. 32 2.11焦点压力. 33 . 35 3.1汽提水蒸汽用量. 35 3.2塔板形式和塔板数.

3、35 3.3 精馏塔计算草图 . 36 3.4操作压力. 37 3.5汽化段温度. 37 3.6塔底温度. 40 3.7塔顶及侧线温度的假设与回流热的分配. 40 3.8侧线及塔顶温度的校核. 41 3.9全塔气液负荷图. 50 . 60 4.1 计算 . 60 4.1.1塔径 . 60 4.1.2溢流装置 . 61 4.1.3塔板布置及浮阀塔数目排列 . 62 4.1.4塔高H . 63 4.2 塔板流体力学检算 . 63 4.2.1气相通过浮阀塔的压强降 . 63 4.2.2淹塔 . 64 4.2.3 雾沫夹带 . 65 4.3塔板负荷性能图. 65 4.3.1雾沫夹带线 . 65 4.3

4、.2 液泛线 . 66 4.3.3 液相负荷上限线 . 67 4.3.4泄漏线 . 67 4.3.5液相负荷下限线 . 67 . 70 . 72 IV 1文献综述 1.1 蒸馏的意义 原油蒸馏已有几百年的历史,初始为单独釜式间断蒸馏,以后发展为连续釜式蒸馏,最后发展为复合塔式蒸馏。这种方法至今已有近百年,过程的原理是相同的,只是在流程的细节上不断的改进。原油蒸馏的处理量很大,全世界加工能力已经达到35Mt/a。如果每加工1t原油节约419MJ,约相当于每年节约35Mt原油,因此是非常值得重视的问题。能源紧张是世界目前所面临的迫切问题,节约能源和合理利用能源为大势所趋,势在必行。炼油厂在生产能源

5、的同时,本身又将消耗一定的能源,世界各国均非常重视炼油厂的能源消耗。作为炼油厂原油的第一道加工工序,常减压蒸馏装置的能耗一般占到全长总能耗的14%左右。其用能水平的高低直接关系到整个炼油厂能耗水平和经济效益,因此1做好常减压蒸馏装置的节能降耗工作有着重要的意义。 1.2 蒸馏操作的三种基本类型 1.2.1 闪蒸平衡汽化 进料以某种方式被加热至部分汽化,经过减压设施,在一个容器(如闪蒸罐、蒸发塔、蒸馏塔的汽化段)内,于一定的温度和压力下,气、液两相迅即分离,2得到相应的气相和液相产物,此过程即称为闪蒸。 在上述过程中,如果气、液两相有足够的时间密切接触,达到了平衡状态,1 则这种汽化方式称为平衡

6、汽化。在实际生产过程中,并不存在真正的平衡汽化,因为真正的平衡汽化需要气、液两相有无限长的接触时间和无限大的接触面积。然而在适当的条件下,气、液两相可以接近平衡,因而可以近似的按平衡汽化来处理。例如在原油蒸馏装置中,原油流经换热加热系统,从开始汽化起,每一点都可以近似的看做平衡汽化,也就是说,可以把每一点的气、液两相近似的看做是在该点温度、压力条件下处于平衡状态的气、液两相处理。 平衡汽化的逆过程称为平衡冷凝。例如催化裂化分馏塔顶气相馏出物,经过冷凝冷却,进入接受罐中进行分离,此时汽油馏分冷凝为液相,而裂化气和一部分汽油蒸汽则仍为气相。 平衡汽化和平衡冷凝都可以使混合物得到一定程度的分离,气相

7、产物中含有较多的低沸点轻组分,而液相产物中含有较多的高沸点重组分。但是在平衡状态下所有组分都同时存在于气、液两相中,而两相中的每一个组分都处于平衡状态,因此这种分离是比较粗略的。 1.2.2 简单蒸馏渐次汽化 简单蒸馏是实验室或小型装置上常用于浓缩物料或粗略分割油料的一种蒸馏方法。液体混合物在蒸馏釜中被加热,在一定压力下,当温度达到混合物的泡点温度时液体即开始汽化,生成微量蒸汽。生成的蒸汽当即被引出并经冷凝冷却后收集起来,同时液体继续加热,继续生成蒸汽并被引出。这种蒸馏方式3称为简单蒸馏或微分蒸馏。 在简单蒸馏中,每个瞬间形成的蒸汽都与残存液相处于平衡状态,由于形2 成的蒸汽不断被引出,因此,

8、在整个蒸馏过程中,所产生的一系列微量蒸汽的组成是不断变化的。最初得到的蒸汽含轻组分多,随着加热温度的升高,相继形成的蒸汽中轻组分的浓度逐渐降低,而残存液相中的重组分浓度不断增大。但是对在每一个瞬间所产生的微量蒸汽来说,其中的轻组分浓度总是要高于与之平衡的残存液体中的轻组分浓度。由此可见,借助于简单蒸馏,可以使原料中的轻重组分得到一定程度的分离。 从本质上看,上述过程是由无穷多次平衡汽化所组成,是渐次汽化过程。与平衡汽化相比较,简单蒸馏所剩下的残液是与最后一个轻组分含量不高的微量蒸汽相平衡的液相,而平衡汽化时所剩下的残液则是与全部气相处于平衡状态,因此简单蒸馏所得到的液体中的轻组分含量会低于平衡

9、汽化所得的液体中的轻组分含量。换言之,简单蒸馏的分离效果要优于平衡汽化。虽然如此简单蒸馏的分离程度也还是不高的。 简单蒸馏是一种间歇过程,而且分离程度不高,一般只是在实验室中使用。广泛应用于测定油品馏程的恩氏蒸馏,可以看做是简单蒸馏。严格的说,恩氏蒸馏中生成的蒸汽并未能在生成的一瞬间立即被引出,而且蒸馏瓶颈壁上也有少量蒸汽冷凝而形成回流,因此,只能把它看做是近似的简单蒸馏。 1.2.3 精馏 精馏是分离液相混合物的有效手段。精馏有连续式和间歇式两种,现代石油加工装置中都采用连续式蒸馏;而间歇式精馏则由于它是一种不稳定的过程,4 而且处理能力有限,因而只用于小型装置和实验室。3 1.3 精馏塔的

10、结构和性能 精馏过程的主要设备是精馏塔,除了处理操作条件影响精馏效果外,塔的结构性能对精馏过程也起着重要作用。因此,关于塔的设计和建造历来受到重视,而塔器也成为石油炼厂的重要设备之一。 5 据有些资料介绍,石油炼厂中蒸馏塔的投资约占全厂投资的1020%,塔的钢材量约占炼厂设备总重量的2530%;在一些蒸馏装置中,塔的投资可占蒸馏装置总设备费的18%以上。例如,塔的投资占成套蒸馏装置设备费18.7%,占成套原油常压蒸馏装置设备费18.2%,占成套焦油蒸馏装置设备费28.1%,占成套苯蒸馏装置设备费75.7%。 各种类型的精馏塔,无论其操作条件如何,但总的要求是:(1)气液两相在塔内能充分接触,有

11、利于热和质的交换,精馏效率高;(2)处理量高,操作的稳定范围大;(3)塔盘的压力降小,不易堵塞;(4)结构简单,节省材料,6便于加工,造价和生产维护费用低;(5)使用方便,易于操作、调节和检修。 上述几点,是评价和选择精馏塔的依据。目前生产采用的各种精馏塔,只能最大限度满足而不能同时达到这些要求。 随着生产的发展,塔的结构性能不断改进,目前已出现了适应各种精馏过程的塔器。 下面将着重介绍几种典型精馏塔的结构及性能。 4 1.3.1 精馏塔的结构 精馏塔的外壳是一焊接而成的直立圆筒,是塔的主体。塔顶部和底部均焊有圆形头盖。塔壁上开有原料入口、产品馏出口,以及若干个供检修用的人孔,壁外还有保温层。

12、塔内装有几层到几十层塔盘。塔盘是塔的主要部件,为塔内气液两相进行质与热交换提供主要场所,因而也是决定精馏塔性能的主要部件。 (1) 塔体 塔体由钢板卷制焊接而成,其直径随处理量及操作条件而异。石油炼厂的精馏塔径有小到1米左右的,也有大于5米左右的;目前趋向于大处理量,其塔径可达10米以上。 减压精馏用的精馏塔,塔内处于5060毫米汞柱的压力,塔外在1大气压下,塔壁经常受到大气压的作用,为了防止塔壁被压扁,所以外壁上焊有加强圈。对于相同的初馏装置,由于减压塔内压强较小,油汽体积大,所以减压塔的直径要比常压塔大。例如一套年处理量为200万吨的原油初馏装置,其常压塔直径是3.2米左右,减压塔直径是6

13、.4米左右。 塔高度主要取决于对分馏产品的要求,石油炼厂的精馏塔一般为十几米到几十米。 (2)头盖 一般常压塔和高压塔多采用碟形头盖,减压塔多为半球形头盖,有利于承受外部较高的压强。 (3)塔裙 5 由于石油炼厂的精馏塔有几十米高,重量很大,且经常受风力作用,所以需要有坚固的支座支撑,一般是在塔体下部与混凝土基础上围有一圈钢板,因其形状类似裙子,所以叫裙式支座,支座底部由地脚螺丝固定。在支座靠上部分开有一个或两个人孔,以便能及时将漏入其中的油汽排出,以免发生事故。 (4)接管 连接塔体与附属设备的管线,如塔顶、塔侧和塔底的馏出管,以及回流管线等。 (5)人孔 供检修时工人能进入塔内而开设的,其

14、形状有圆形和椭圆形两种,孔径应不小于450毫米;位置应与塔内的降液管及受液盘错开。人孔与人孔的间距大约是47层塔盘。塔在正常运转时,塔壁上所用人孔全部密封,不能有丝毫泄露。 (6)平台 供操作时检查及检修之用。根据生产需要,在适当位置围绕塔壁安设,平台的支撑大多直接焊在塔壁上。 (7)塔盘 目前石油炼厂的精馏塔盘按其结构可分为泡帽形、“S”形、舌形、浮阀形和浮动喷射形多种。无论哪一种类型,都包括有四个基本部分:1)每一块塔盘上有特制的一些开孔,可供下一层塔盘上升的蒸汽从中穿过;2)每一块塔盘上有一定高度的溢流堰,以保证塔盘上有足够厚的液层;3)每一块塔盘上有溢流管,可供塔盘上液体流向下一层;4

15、)塔盘上有足够的面积和特殊的结构,供蒸6 汽与液体之间充分接触,以完成质和热的交换。 (8)原料和水蒸汽进口 原料在进塔处速度很大,通常可达100米/秒。在它所产生的冲击力长期作用下,足以磨损塔壁。为了消除这种现象,可在进口处设置弓形缓冲挡板,板宽约0.60.7米,板上有许多直径为6厘米左右的小孔。当原料沿弓形挡板的切线方向进入,其中一部分蒸汽和液体冲向塔中部,余下部分经过小孔流向塔壁。弓形挡板的作用既能减少高速进料对塔壁的冲击力,又会使进料分散成许多小滴,形成大的蒸发面积。 进入塔下部提馏段的水蒸汽,可以直接通入,或者在塔底部设有一排带有许多小孔的管路,蒸汽经管路,并从小孔均匀喷出。 (9)

16、塔壁保温层 精馏塔的温度对精馏效果影响极大,因此,塔壁需要有很好的保温层,使塔在稳定的温度下操作。保温材料应具有高的绝热性和小的比重,在保温的前提下,尽量减小塔基的负荷。常用的保温材料有蛭石水泥制品、珍珠岩水泥制品、缝制玻璃棉、焙烧硅土等。保温层外壳还应有不易燃烧和足够韧性的保护层,常以铁皮包扎而成。 1.3.2 精馏塔的主要结构尺寸精馏塔的主要结构尺寸包括塔的直径、塔的高度、塔盘数以及塔盘间的距离。这些尺寸需根据被分离原料的组成、处理量以及分离精度等因素来决定。 (1)塔径 7 一般说来,塔径的大小反映了塔的处理能力。塔径的大小和塔内蒸汽负荷、液体负荷有关,其次,塔径还和塔盘间距有一定的经济

17、关系。也就是说,应设计适当的塔盘间距与塔径,以使塔的造价最低。 设计塔径大小时,首先要确定的主要因素是气体的最大允许空塔速度。所谓“空塔速度”即表示通过塔自由截面上的气体量,也就是以空塔截面积计算的蒸汽速度。 塔内蒸汽速度的大小,直接影响精馏效果。在一定范围内,精馏效果可随蒸汽速度的大小而提高或降低。起初增大蒸汽速度,有利于形成雾点,使塔盘上汽液两相间传热和传质过程加强;但当蒸汽速度过大时,当其穿过塔盘就会夹带多量液滴,甚至妨碍液体沿塔盘下流,并使下一层塔盘上的液体逆流而上,产生了所谓“液泛”或“冲塔”现象。塔内蒸汽速度过大,还会缩短汽液两相接触时间。可见塔内流速应有一定的上下限。操作时适宜的空塔速度应介于上下限之间。 通常将上限的速度叫做气体的最大允许空塔速度,操作是适宜的空塔速度约为最大允许空塔速度的7585%。 塔内蒸汽体积流量越大,适宜空塔汽速越小,则需要的塔径越大;反之,

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