1、大 连 理 工 大 学 本 科 毕 业 设 计（论 文）处理量为 100kmol/h 乙烯乙烷浮阀塔设计Design of 100kmol/h Ethylene-Ethane Valve Tower学 院（系）： 化工学院 专 业： 过程装备与控制工程 学 生 姓 名： 学 号： 指 导 教 师： 评 阅 教 师： 完 成 日 期： 大连理工大学Dalian University of Technology大 连 理 工 大 学 本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 题 目- I -摘 要精馏塔是一圆形筒体，塔内装有多层塔板或填料，塔中部适宜位置设有进料板。两相在塔板上相互接触时，液相被加热
2、，液相中易挥发组分向气相中转移；气相被部分冷凝，气相中难挥发组分向液相中转移，从而使混合物中的组分得到高程度的分离。简单精馏中，只有一股进料，进料位置将塔分为精馏段和提馏段，而在塔顶和塔底分别引出一股产品。精馏塔内，气、液两相的温度和压力自上而下逐渐增加，塔顶最低，塔底最高。较常用的精馏塔包括筛板式、泡罩式以及浮阀式等。本设计为浮阀式精馏塔。浮阀塔综合了前两者的优点，取消了结构复杂的上升管和泡罩。为避免堵塞和漏夜过多，塔板上开孔比较大（标准直径为 39mm），每个孔还装有可以上下浮动的浮阀。浮阀的开度可根据气体通过阀孔的气速自动调节。当气体负荷较低时，浮阀的开度较小，漏夜量不多；气体负荷较高时
3、，浮阀开度较大，阻力又不至于增加过多大，所以这种塔板操作弹性大，阻力比泡罩塔板大为减小，其生产能力大于泡罩塔板。另外，这种塔板的效率也较高。其主要缺点是浮阀使用过久后，由于频繁活动而易脱落或被卡住，操作失常。常用的浮阀有 F1 型和 V4 型两种，后者常用于减压塔。此外，浮阀还有条形型式的浮阀，如条形浮阀、方形浮阀和导向浮阀等，其性能较常规浮阀有所改进，在工业上得到了应用和推广。本设计选用 F1 型浮阀。关键词:精馏塔 浮阀塔 工艺设计 机械设计大 连 理 工 大 学 本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 题 目IIAbstractDistillation is a circular cyl
4、inder, equipped with multi-storey tower tray or filler, and Tajikistan, the central location for a feed plate. Trays in the two-phase contact with each other, the liquid is heated, liquid in the volatile component in the shift to gas, gas condensate was partly, in the difficult volatile gas to liqui
5、d components in the transfer, so that the mixture of group Be at a high level of separation.Simple distillation, only a feed, feed location will be divided into distillation towers, and mention of distillate and in the top and bottom respectively leads to a product. Distillation, gas, liquid two-pha
6、se pressure and the temperature gradually increased from top to bottom, the lowest top, bottom maximum.More commonly used, including sieve-distillation columns, bubble-and-float valve, and so on. This is designed to float valve distillation column. Valve tower integrated the advantages of the former
7、 two, abolished the complex structure of the rise and the blister. In order to avoid excessive congestion and Lou Ye, opening more Trays (standard diameter of 39 mm), with each hole also can be plus or minus the float valve. Valve under the opening of gas through the gas valve hole-speed automatic a
8、djustment. When the gas load is low, the valve opening of the smaller, Lou Ye of little higher gas load, the valve opening larger, and resistance does not increase too much, so this operation flexible tray, Resistance than blister tray greatly reduced their production capacity greater than blister t
9、ray. In addition, the efficiency of such a tray also higher. The main drawback is the valve used for too long, because of frequent activities and easy shedding or get stuck, operation disorders. A common valve F1-and two-V4, the latter commonly used in the vacuum tower. In addition, the valve is als
10、o available in bar type of valve, such as strip valve, a square valve and a guide valve, and its performance than conventional valve improvement in industry has been applied and promotion. The design chosen F1-float valve.Keywords: Distillation Tower; Valve tower; Process Design; Mechanical Design大
11、连 理 工 大 学 本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 题 目III目 录摘 要 .IAbstract II1.文献综述11.1 填料塔的现状11.2 各种类型塔板的介绍21.2.1 泡罩型塔板.21.2.2 浮阀塔板.21.2.3 条形浮阀塔盘.21.2.4 VV 塔板 .31.2.5 Superface 塔板 .31.3 国外板式塔技术的进展31.3.1 设计特点.31.3.2 发展趋势.41.3.3 今后的工作.51.3.4 新分离技术.51.4 填料塔61.4.1 塔填料.61.4.2 液体分布器.111.4.3 板式塔与填料塔的比较.131.5 CAXA 电子图板 131.5.1
12、 概述.131.5.2 系统特点.141.5.3 数据接口.151.5.4 工程图输出.151.5.5 CAXA 电子图板与 AutoCAD 功能比较 162 塔设备工艺设计192.1 设计条件192.1.1 工艺条件：.192.1.2 操作条件：.192.2 物料衡算及热量衡算192.2.1 物料衡算.19大 连 理 工 大 学 本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 题 目IV2.2.2 热量衡算.192.3 塔板数的计算202.3.1 试差法计算过程.202.3.2 最小回流比计算：.202.3.3 逐板计算过程：.202.4 精馏塔工艺设计212.4.1 物性数据.212.4.2 初估
13、塔径.212.4.3 塔高的估算.222.5 溢流装置的设计222.5.1 溢流型式的选择.222.5.2 降液管（弓形）.222.5.3 溢流堰.232.6 塔板布置和其余结构尺寸的选取232.6.1 塔板及其分布.232.6.2 阀孔的尺寸及排列.232.7 塔板流动性能校核242.7.1 液沫夹带量校核.242.7.2 塔板阻力 hf 的校核.242.7.3. 降液管液泛校核.242.7.4. 液体在降液管中的停留时间.252.7.5. 严重漏液校核.252.8 负荷性能图253. 塔设备机械设计273.1 按计算压力计算筒体和封头的壁厚273.2 塔的质量载荷计算273.2.1塔壳和裙
14、座的质量 273.2.2. 塔内构件质量：.283.2.3人孔，法兰，接管与附属物质量.283.2.4保温材料质量.283.2.5平台，扶梯质量.283.2.6操作时塔内物料质量.28大 连 理 工 大 学 本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 题 目V3.2.7充水质量.283.2.8全塔操作质量.283.2.9全塔最小质量.293.2.10 全塔最大质量.293.3 塔的自振周期计算303.4 地震载荷计算303.5 风载荷计算313.5.1风力计算.313.5.2风弯矩计算.323.6 各种载荷引起的轴向应力333.6.1计算压力引起的轴向拉应力 1333.6.2操作质量引起的轴向压应
15、力 2333.6.3最大弯矩引起的轴向应力 3333.7 筒体和裙座危险截面的强度和稳定性校核343.7.1筒体的强度与稳定性校核.343.7.2裙座的稳定性校核.343.8 筒体和裙座水压试验应力校核353.8.1筒体水压试验应力校核.353.8.2裙座水压试验应力校核.363.9 基础环设计363.9.1基础环尺寸.363.9.2基础环应力校核.373.9.3基础环厚度.373.10 地脚螺栓设计373.11 补强计算：（此处只对人孔进行补强计算）38附录.40参 考 文 献.44致 谢.45大 连 理 工 大 学 本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 题 目1正文1.文献综述馏塔是一圆
16、形筒体，塔内装有多层塔板或填料，塔中部适宜位置设有进料板。两相在塔板上相互接触时，液相被加热，液相中易挥发组分向气相中转移；气相被部分冷凝，气相中难挥发组分向液相中转移，从而使混合物中的组分得到高程度的分离。简单精馏中，只有一股进料，进料位置将塔分为精馏段和提馏段，而在塔顶和塔底分别引出一股产品。精馏塔内，气、液两相的温度和压力自上而下逐渐增加，塔顶最低，塔底最高。1.1 填料塔的现状首先从塔填料来看,塔填料是填料塔的核心构件,是气液两相进行热和质交换的场所,它为气液两相间热、质传递提供了有效的相界面。塔填料的性质决定了填料塔的操作,只有性能优良的塔填料再辅以理想的塔内件,才有望构成技术上先进
17、的填料塔。因此,人们对塔填料的研究十分活跃。对塔填料改进与更新的目的在于:改善流体的均匀分布,提高传递效率,减少流动阻力,增大流体的流量以满足降耗、节能、设备放大、高纯产品制备等各种需要。目前,塔填料的开发,除研究各种散装和规整填料结构外,还对填料的材质、加工方法、表面特性等进行研究。规整填料是继散堆填料之后在近 20 余年来发展的高效新型填料,国外有许多品种,见表 1。规整填料的应用已成为许多厂分离和净化工序技术改造的热点,成为各厂提高产量、改进分离效果、减少能耗、安全生产和稳定操作的重要技术措施。规整填料的特点为: 分离效率高。这种填料可根据需要制造成具有较大的比表面积,因此可提高单位高度
18、的理论板数。如金属丝网填料每米高的理论板数可达 10 块以上。通量及操作弹性大。规整填料允许的气、液通量较大,所以与相同塔径的板式塔相比,其产量一般可大幅度增加。同时允许通量在较大的范围内变化。规整填料本身的弹性比可高达100 ,但实际填料塔的弹性比主要受到塔内液体分布器操作弹性的限制。阻力压降小。即使在较大负荷下规整填料的压降也是比较小的,这是其显著特点。放大效应低。与颗粒填料不同,规整填料用于大型塔时,其效率降低较少。在规整填料方面,我国也有不少研究成果。天津大学与英国 Aston 大学联合开发出了以 UnaPak 命名的脉冲规整填料。天津市天久新技术开发公司开发了高效廉价的板花规整填料。
19、其 80 型(比表面积80 m2 / m3 ) 的传质效率与 MellaPak 350Y 型(比表面积 350 m2 / m3 ) 相当; 天津大学填料塔新技术公司 1991 年引进了苏尔寿公司的 Mellapak 自动生产线,并自已开发大 连 理 工 大 学 本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 题 目2了碳钢渗铝板波纹填料;清华大学和上海化工研究院分别开发了压延板网波纹填料;中石化洛阳工程公司开发了 LH 型规整填料。这些成果都在工业生产中取得了成功的应用。1.2 各种类型塔板的介绍1.2.1 泡罩型塔板泡罩塔曾有辉煌的过去: 从 1813 年 Cellier 首次提出泡罩塔, 到现在经
20、过近 200 年的不断改进和创新, 在板式塔发展史上起了重要作用。泡罩塔技术成熟, 操作稳定, 操作弹性较大; 加之塔板上液层较高, 两相接触时间较长, 因此板效率较高。但泡罩塔存在着塔板压降较高, 雾沫夹带大及造价较高等问题, 目前使用较少。1.2.2 浮阀塔板浮阀塔板主要优点: (1) 浮阀与塔板之间流通面积能随气体负荷变动自行调节, 操作气体负荷弹性较大; (2) 气体以“水平”方向吹出, 气液接触时间较长, 雾沫夹带少, 液面落差小; (3) 结构简单, 造价低。不足之处是塔板上液层梯度大, 液体返混较大,浮阀易磨损和脱落。(1) F21 型浮阀塔板圆盘形浮阀自从 1953 年开发成功
21、后, 因其具有操作弹性大、效率高等诸多优点, 在工业生产中得到极为广泛的应用。其代表是美国 Glitsch 公司推出的 V 21 型浮阀, 国内称这为 F21 型浮阀。随着塔器技术不断进步 , F21 型浮阀塔板下列不足对其应用产生一定的影响; 塔板上液面梯度较大; 塔板上液体返混程度较大; 在塔板两侧弓形部位存在着液体滞流区。以上三方面对塔板效率都有不利影响。针对上述不足, 国内外都在开发 F21 型浮阀塔板的改进型塔板。(2) 导向浮阀塔板导向浮阀塔板是对 F21 型浮阀塔板的改进, 由华东理工大学开发并获国家专利; 在条阀阀面上开一个或两个导向孔, 以发挥气流推液的作用。由于导向孔的设置
22、, 导向浮阀具有较小的液面梯度、塔板上液相返混较小且可消除塔板上液体滞流区。1.2.3 条形浮阀塔盘兰州石油机械研究所近几年开发了顺排导向条形浮阀塔盘和 T 形排列条形浮阀塔盘。前者系条形浮阀在塔板上呈顺排布置, 采用独特的阀盖, 减少气相阻力和雾沫夹带; 在靠近降液管一侧的阀腿上设置导向孔, 借助从导向孔喷出的气流减小液面梯度、压降, 提高了传质效率和处理量; 导向孔面积可随负荷的波动而调动, 避免了漏液及大 连 理 工 大 学 本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 题 目3吹出短路现象。T 形排列条形浮阀塔盘的技术特点: 采用独特的“T ”形排列, 任意两相邻条阀均互相垂直, 其吹出的气
23、相呈 90 度交错, 避免了气相对冲, 抑制塔板上液滴的向上运动, 减少雾沫夹带, 增大了允许操作气速, 提高了分离效率和处理量。1.2.4 VV 塔板德国 Stah l 公司在 20 世纪 80 年代推出的一种高弹性浮阀塔板(Variof lex2V alve T ray) , 简称 VV 塔板。在固定阀下设置一可上下活动的阀片, 阀片中央开有 520mm的圆孔, 阀片升起之前, 塔板开孔率由 520mm 的孔决定; 气量增大时, 阀片开始升起, 开孔率增加, 一直到阀片达到盖板。由于其特殊的结构设计, 阀片不会被卡住或脱落, 使用可靠; 同时固定阀保证气体水平吹入液体, 强化了气液接触时的
24、湍动作用。1.2.5 Superface 塔板结构特点: 降液管悬空, 并将降液管下的塔板抬起, 其上也设置浮阀, 一方面扩大了塔板的开孔面积; 一方面防止液体在降液管下滞留。此外, 近年来开发的浮阀塔板还有 J f 复合浮阀塔板、微分浮阀塔板等, 其共同的特点是通过不同的设计增加开孔率, 并利用气体动能来推动塔板上的液面, 以减小塔板上的液体落差。1.3 国外板式塔技术的进展当前, 塔板的开发研究主要有两个侧重点, 一是针对提高效率, 一是针对某些特定要求, 如满足低压降、大通量等。近年来, 塔板技术有了明显的进步。国外相继推出了一系列新板型, 如 Koch2Glitsch 公司的 M ax
25、2Frac tray、Suerfractray、BiFrac t ray、 Nye tray 和 Ultrafrac tray; Norton 公司的 Tritontray、Provalve tray; UOP 公司的ECMD t ray、V G2MD tray 和 MU tray (多升液管萃取筛板塔 ) ; Sulzer 公司的 Vo rtex t ray; Jaeger 公司的 CoFlo tray (即 T ru tna t ray) ; N u t ter 公司的 MV G t ray; 英国诺丁汉大学开发的 F low con t ro l t ray; Shell 公司的 She
26、lls ConSep t ray; 还有其他公司开发的 T 2bysieve tray 等。此外, 德国开发了一种带金属薄片传质元件的复合塔板; 俄国先后开发了用压缩拉伸网孔板制造的斜孔喷射塔板( 2)、新型气相分流式塔板、带旋转接触元件的旋流塔板、带纵横挡板的喷射导向塔板和新型高速旋转塔等。这一切都显示出板式塔在新一轮发展中的强劲势头。1.3.1 设计特点上述新型塔板中, 不少板型的设计特点均表现在强化鼓泡面积和入口面积两方面。其目的都是为了增大处理量, 而又无需对塔作大的改动。鼓泡面积的强化, 主要是采大 连 理 工 大 学 本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 题 目4用微型的特殊固定
27、阀和浮动阀件, 这些小阀件的塔板可以提高传统塔板的气相负荷能力达 30%。在这方面有 B i2F ract ray、Superf racM in ivalve tray 和 NyeM in ivalve tray 等。入口面积的强化, 是充分利用了降液管底下的面积, 增加了气相的处理能力。与传统塔相比, 这些塔板可增加处理能力达 25% , 并能保持原有的效率和弹性。这方面有 M ax2Frac tray、Superf rac t ray、Nye t ray、T riton tray 和 Vortex t ray 等。其中最典型的例子属 N ye t ray。由于高压精馏条件, 板式塔的液泛往
28、往是从降液管开始的。Nye 塔板的降液管设计, 除了通常的塔板开孔区外, 蒸汽可以从降液管以下的进口区上升, 通过液体从上层塔板的降液管流出口以下的一块特殊设计的进口筛孔板流入两相接触区。与一般的塔板相比,N ye 塔板具有处理量高、阻力降低、塔板改造工作量小和投资较低的优点。如用它来改造浮阀塔板和筛孔塔板, 可以提高处理能力 25% 50%。而 Superf rac 塔板是既利用其入口面积强化, 又利用其鼓泡面积强化的高性能塔板,可以同时提高处理量和效率。更重要的一点是, 利用这些高性能塔板进行老塔改造时, 一般无需对原有塔体的焊接内件改动, 在短期检修期间即可完成。1.3.2 发展趋势1.
29、 复合塔(1) 单板复合 继续开展对塔板加填料型复合塔板的研究 1 。为了提高大处理能力的塔板效率, 人们做了大量的工作。有人提出了在纹栅塔板(Screent ray) 的盲台上放上丝网填料的设想, 结果出现了下面的现象: 早期的气泡形成被抑制, 并变成分散得非常细小的气泡。泡沫高度变得更均匀, 返混的发生点推迟到接近于真正的柱塞流区域。这两种现象都强化了传质效率, 同时仍能保持高的处理能力。还有人提出了多种型式的复合塔板, 如前面提到的德国开发的带金属薄片传质元件的塔板, 实质上也是一种新型复合塔板。(2) 整塔复合 应用多种塔板组合的综合式板式塔技术在板式塔设计和技术改造中得到推广应用。可
30、以根据塔内各段的不同分离要求和两相负荷沿塔高的分布, 为适应不同的工况选择最合适的塔板, 以强化塔板上气液两相的传质过程, 提高塔的处理能力和分离效率。当然也包括塔板与填料的组合应用。2. 并流塔板(1) 气液并流塔板 主要有 The Flow Control tray、CoFlo tray 等。(2) 气气并流塔板 主要有 Ultrafrac tray 高速塔板。(3) 液液并流塔板 虽然新型塔板不时涌现, 但大多是在原有技术基础上的改进和变型, 尚无突破大 连 理 工 大 学 本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 题 目5性进展, 因而人们普遍寄希望于相邻塔板上液体流向相同的液体并流型塔
31、板。从理论上讲, 此种塔板应有较高的效率。人们一直希望能见到结构简单、气液接触良好、效能高的液液并流塔板。除了早先推出的复式塔板(Plural tray) 外, 近年来的新型液液并流塔板还有 Slit t ray (A 型) 等。1.3.3 今后的工作今后一个时期内, 除了开发新型塔板之外, 更大量的工作将是对以上介绍的新型塔板的推广应用,并应对以下一些早年推出的优秀的、成熟的塔板继续深入研究和应用。有人认为这些优秀板型是指: Koch 公司的 T 0 型文丘里孔板浮阀, Sulzer 公司的扣钩浮阀塔板(Snap in valve tray) ,Nutter 公司的 B 型浮阀塔板和 V 2
32、Grid 条形固定阀塔板。此外, 还有 MD 塔板、P2K 塔板、Screen tray 塔板和 New V ST 塔板等。1.3.4 新分离技术现阶段在改进与完善原有分离方法与技术的同时, 人们非常重视新分离方法的研究与开发, 尤其是多种化工过程组合技术的研究与开发。这是因为以板式塔为主要分离手段的蒸馏技术仍是当代应用最广的一种工业分离混合物的方法, 但并不是对所有混合物的分离都适用或是最好的方法, 即使是对于最适宜的场合, 也还有一个提高分离效率和节能降耗的考虑。所以, 近年来, 人们在继续开发新板型的同时, 又着眼于开发新的化学工程, 以寻求特殊的蒸馏方法。化学工程是石化装备的基础, 两
33、者不可分割, 因而新化学工程的开发必将创造出新的高效装备。现就近年来开发的一些新工艺与装备提示性介绍如下。1. 多个过程集成化技术(1) 复合蒸馏 即蒸馏过程与其他过程同时进行, 以达到强化蒸馏和简化过程的目的。例如化学反应蒸馏、催化反应蒸馏( 精馏) 、吸附蒸馏和萃取蒸馏等。(2) 混合蒸馏 即蒸馏与其他分离方法相结合的过程。如渗析蒸馏(Osmotic dist illation)、蒸发 蒸馏和膜蒸馏(Membrane distillation ) 等。2. 集约化技术(1) 隔壁塔 (Divided 2w all Column) 这是将热偶蒸馏的预分馏塔植入主塔的腹部, 中间用一隔板分隔,
34、 构成一个复合连体, 从而简化了塔系和流程,号称 21 世纪技术, 这种塔又称为“塔中塔”(Column in Column) 。(2)ColumegTM 蒸馏塔 这是日本三菱化学工(株 ) 的新技术, 是将分批蒸馏与连续蒸馏系统合二为一, 大大节约了投资。(3)N IUL EXTM 分馏塔 这是一种 Dephleg2_大 连 理 工 大 学 本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 题 目61.4 填料塔填料塔与板式塔相比, 具有压降低、效率高(指单位高度的分离效果, 下同) 、持液量小的优点。进入80 年代以来, 我国的填料塔技术得到了迅速的发展, 在工业生产上得到大量的应用。填料塔主要包括
35、塔填料和塔内的液体分布器。1.4.1 塔填料塔填料简称填料, 归纳起来主要有4 种类型:环型、鞍型、球型、规整填料, 如图1.1所示。图1.1 各种类型填料举例我国对鲍尔环、阶梯环、矩鞍型、矩鞍环、波纹填料等进行了大量的研究, 并在此基础上开发出了网孔波纹板、压延孔波纹板、共轭环、改进矩鞍环、扁环等新型填料, 获得了成功的应用。在众多的塔填料中, 波纹规整填料、矩鞍环以其优良的综合性能, 在生产上应用最为广泛。大 连 理 工 大 学 本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 题 目71.波纹规整填料 波纹规整填料可分为: 丝网波纹填料、板波纹填料、网孔波纹填料、压延孔波纹填料。材质可根据不同的应
36、用场合, 采用金属、塑料、陶瓷、碳纤维等。图1.2是波纹板片的形状, 图1.3是波纹规整填料的形状。从结构上来看, 波纹规整填料与散装填料相比有许多优点, 其中最大的优点是波纹规整填料较好地处理了填料的比表面积和空隙率的关系。一般的散装填料, 空隙率大则比表面积小, 通量大而效率低, 比表面积大, 则空隙率小、效率高而通量小。从表1.1的比较可知, 250Y金属波纹板填料比Dg50 金属鲍尔环的比表面积大一倍多, 而空隙率不但没有下降, 还略有提高。这是250Y填料比Dg50 金属鲍尔环传质效率提高70 %左右的主要因素。尽管不同的应用场合, 效率和通量的数据会有所变化, 但填料的结构和参数决
37、定了250Y填料的效率和通量大于Dg50 金属鲍尔环。与板式塔相比, Dg50 金属鲍尔环除具有压降低的优势以外, 在效率方面, 没有优势。板间距500mm , 板效80 % 的塔板, 其HETP 为01625m , 与Dg50 金属鲍尔相当。而250Y填料无论压降还是效率与板式塔相比, 优势非常明显。因此, 波纹规整填料问世以后, 受到世界各国的重视, 开展了广泛的研究, 在新塔设计和老塔改造中被大量采用。用范围遍布于化工、石油化工、炼油、轻工、制药、环保等行业。现举两例具体说明波纹填料的优越性。图1.2 波纹片形状图1.3 金属板波纹填料形状大 连 理 工 大 学 本 科 毕 业 设 计
38、（ 论 文 ） 题 目8(1) 环己酮精馏塔的改造。某厂环己酮生产精馏塔塔径116m , 塔高40m , 原安装70 块浮阀塔板。在原塔身中将全部70 块塔板改成2515m 的250Y金属波纹板填料。每5m 填料层安一只液体再分布器。改造前后各项指标对比如表1.2。由表1.2 可知, 250Y金属波纹板填料具有以下优点。通量大, 在塔体不变的条件下, 环己酮产量从5000t/ a 扩大至10000t/ a 。分离效率高, 同样的塔高, 塔顶产品纯度提高, 塔釜环己酮浓度降低, 使得返回系统的环己酮减少, 而且回流比从5 下降至217 , 下降将近一半。 压降低, 在塔顶绝压相同的情况下, 釜温
39、从126 下降至90 。由于釜温降低, 可采用反应的副产蒸汽加热, 而不再需要新鲜蒸汽加热。回流比下降, 塔釜采用副产蒸汽加热, 蒸馏得率3 项的提高所产生的直接经济效益达每年20116万元。图1.4 矩鞍环填料(2) 合成氨厂热水饱和塔的改造。大部分合成氨厂变换工段往往由于半水煤气增湿不够, 不能满足变换反应的要求, 需要外供大量蒸汽。一般供气在900kg/ t 氨左右, 理论计算可知, 在保温和热量回收理想情况下, 外供蒸汽量可降低到400kg/t 氨以下, 所以充分发挥饱和热水塔的作用, 提高效率, 是变换节能的关键。目前大多数厂家都采用增加塔高、塔径或采用双饱和热水塔的方法达到回收余热
40、的目的, 既增加了投资, 又增加了阻力。规整波纹填料用于饱和热水塔, 可以大大增加气液两相的传质及提高传热效率, 较大程度的回收变换气余热自产蒸汽, 在不增加塔高塔径的条件下, 通过采用板波纹填料更换原装瓷环填料后, 通量可提高70 %左右, 传质传热效率提高2 倍以上。2.矩鞍环填料 环形填料和鞍形填料是主要的2 类散装填料, 均已在生产上大量应用。矩鞍环把环形和鞍形填料结合在一起, 因此兼有两者的优点。金属矩鞍环由美国诺顿(Norton) 公司于1978年开发成功, 在此基础上, 我国研制出了国产的矩鞍环填料, 金属矩鞍环填料的结构形状如图1.4所示。大 连 理 工 大 学 本 科 毕 业
41、 设 计 （ 论 文 ） 题 目9从其结构来看, 这种填料最大的特点是, 整个填料是开放式的, 几乎是由几条筋构成的, 因此,填料层的空隙高。矩鞍环鞍形部分两侧的翻边和另一侧的环形结构, 增加了填料的机械强度, 可以采用较薄的材料制造。诺顿公司生产的矩鞍环壁厚仅014mm , 既节省材料, 又增加了填料层的空隙率。例如Dg50 的金属矩鞍环空隙率达97.18 %, 大于Dg50 鲍尔环(95 %) , 甚至大于250Y金属波纹板材料(97 %) 。由于矩鞍环填料空隙率大, 而且气体在填料层的流动通道曲折较少, 所以这种填料具有压降低、通量大的优点。从图1.5可看出, 3 种填料中, 矩鞍环具有
42、压降最低, 液泛气速最大的优点; 此外效率也较高。图1.5 三种填料的压降比较1 鲍尔环; 2 阶梯环; 3 环矩鞍相同公称直径的3 种填料, 矩鞍环的比表面积最小, 但其传质效率并未下降, 与鲍尔环相比还略有提高。这可能是矩鞍环填料在塔内相互之间是点接触,使填料的表面积得到充分利用, 与鲍尔环相比有效气液接触面积并未像比表面积那样下降那么多, 填料的结构使得液体在填料上汇合和分散的点较多, 有利于液体的表面更新, 提高传质速率。大 连 理 工 大 学 本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 题 目10从压降、通量、效率综合考虑, 矩鞍环是一种性能优良的散装填料。它已成功的应用于化工、炼油等行
43、业。金属矩鞍环72 填料在减压蒸馏塔的应用实例:年处理能力分别为300 104t 和250 104t 的2套原油蒸馏装置, 其减压塔均按生产润滑油馏分类型设计, 2 套装置技术改造均采用环矩鞍填料代替了原塔顶4 层圆形泡帽塔板, 如表1.6所示。改造后主要情况如下:(1) 在减压塔412m 部位换热板段, 采用金属环矩鞍填料代替原泡帽塔板后, 表1.1 减压塔更换填料前后塔板设置情况压降显著下降, 弹性大能适应减压塔各种操作条件, 正常生产塔顶循环回流量为40t/ h 左右, 而开工或遇到生产波动时可达100t/ h 以上, 减压塔顶都能在较短时间内达到正常操作。(2) 填料高度: 三蒸馏为1
44、172m , 填料容积2119m3 ; 二蒸馏为113m , 填料容积18m3 , 二蒸馏的处理量正常时比三蒸馏大, 最大达9500t/ h , 减压塔顶的操作仍处于正常情况, 表明金属环矩鞍填料是一种性能较为优良的填料, 处理能力高、弹性大、压降低。(3) 采用填料后减压塔压降减小, 使减压拔出率得到提高, 三蒸馏改造后总拔出率由58.142 %提高到60.132 % ,增加1.19 % ,除了塔顶塔板更换填料外, 还有其他措施: 如减压塔进料段上更换新型泡沫网, 增设减五线等共同取得。采用填料后塔顶负荷下降也包括调整增大减一中、二中段回流取热比例的作用, 使塔顶负荷降低, 因此使用填料后的
45、经济效益不能单独计算。大 连 理 工 大 学 本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 题 目11(4) 金属环矩鞍填料制造材质使用了普通碳钢, 经几年使用发现有减薄现象, 填料环的机械强度不如新装填料好, 因此再继续使用若干年, 整个填料金属和堆积密度将发生变化, 因此新投用的填料应采用耐腐蚀的材质为好。(5) 液体分布器必须均布效果好, 油品进料前需要过滤器过滤, 以防阻塞影响正常使用。以上的应用实例体现了矩鞍环低压降、大通量的特点。散装填料种类很多, 除上述3 种以外, 我国开发的共轭环填料, 可用于液2液萃取和气液传质的扁环填料, 也具有优良的性能。1.4.2 液体分布器塔填料配以设计合
46、理的气液分布器, 其优良的性能才能得到发挥。填料塔分离效果的好坏, 塔填料是基础, 气液分布器是保证。因此, 人们在开发新填料的同时, 对气液分布器作了大量的研究工作液体分布器根据要求不同, 结构变化较多, 基本的结构形式有3 种: 管式、槽式和盘式。1. 管式液体分布器 管式液体分布器分为重力式和压力式两种, 如图1.6 所示。图1.6 管式液体分部器两式的分布器, 流体流出方式均为孔流。这种型式的流体分布器, 适合于中等液量以下的场合, 故在精馏塔中较常用。液体依靠重力或压力从小孔流出, 对安装的水平度要求没有下述槽式高。对于高塔受风载负摇动时, 对液体分布的质量影响较小。大 连 理 工
47、大 学 本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 题 目12管式液体分布器要求液体较为清洁, 并在分布器之前安装过滤器, 以免堵塞喷淋孔。一般要求喷淋孔直径在215mm 以上。对喷淋密度特别小的合, 又要求有足够数量的喷淋孔, 孔径可取215mm以下, 但提高对流体过滤的要求。图1.7 槽式液体分部器2.槽式液体分布器 槽式流体分布器分布主要分孔流型和溢流型两种, 如1.7所示。溢流型分布器, 溢流口一般为倒三角形或矩形, 它适合于大液量或较易堵物料。孔流型分布器除了图1.7 所示以外, 还有多种形式, 目的为了提高分布器的操作弹性和改善液体分布质量。槽式分布器清洗较为方便。对分布器安装的水平度
48、要求高。3.盘式液体分布器 盘式分布器的结构如图1.8所示, 喷淋孔设置在盘的底板上, 升气管口可加盖板以防液体直接通过升气孔进入下一层填料。这种分布器比较适合于塔径较小的场合, 作为流体再分布器所占用的空间较小。大 连 理 工 大 学 本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 题 目13图1.8 盘式液体分布器4.液体再分布器 即使在液体初始分布较为均匀的情况下, 由于填料的自分布作用和塔体不完全垂直, 流体经过一段填料后, 将产生壁流、沟流和偏流, 影响效率。所以在一定的填料层高度以后, 要把塔截面上的液体收集起来, 进行流体再分布。再分布的作用有两个: 一是把液体重新分布均匀; 二是使整个
49、塔截面浓度不均匀流体混合, 使流体浓度均匀。液体再分布器包括液体收集器和液体分布器。遮板式液体收集器是常用的收集器, 如图26所示。它具有压降小, 不影响气体分布的优点。液体分布器可根据要求采用管式或槽式。1.4.3 板式塔与填料塔的比较从通量、效率、压降三方面比较板式塔和填料塔如下。(1) 通量。在真空、常压操作的条件下, 一般来说, 新型填料的通量大于传统的板式塔; 但高气通量的旋流塔板、高液通量的DJ 塔板等, 通量大于填料塔。在高压操作的条件下, 填料会出现提前液泛或效率明显下降的现象, 经合理设计的板式塔的通量大于填料塔。(2) 效率。填料塔的效率一般高于板式塔, 但也有的新型塔板如复合塔板, 并流喷射式塔板(其实也是一种复合塔板) 的效率与波纹填料的相当。(3) 压降。填料塔的压降远小于板式塔, 所以填料塔在真空或对塔压降有较高要求的场合, 有明显的优势。此外, 板式塔还具有投资低、较易防堵、易检修、侧线出料方便等优点。1.5 CAXA 电子图板1.5.1 概述CAXA 电子图板
