【正文】 壓 強 可 分 為 常 壓 精 餾 、 加 壓 精 餾 和 減 壓 精 餾 。 一 般 說 來 ， 當總 壓 強 增 大 時 ， 平 衡 時 氣 相 濃 度 與 液 相 濃 度 接 近 ， 對 分 離 不 利 ， 但 對 在 常 壓 下為 氣 態(tài) 的 混 合 物 ， 可 采 用 加 壓 精 餾 。 精餾塔設計原則總 的 原 則 是 盡 可 能 多 地 采 用 先 進 的 技 術(shù) ， 使 生 產(chǎn) 達 到 技 術(shù) 先 進 、 經(jīng) 濟 合 理 的要 求 ， 符 合 優(yōu) 質(zhì) 、 高 產(chǎn) 、 安 全 、 低 能 耗 的 原 則 ， 具 體 考 慮 以 下 幾 點 。 ⑴ 滿 足 工 藝 和 操 作 的 要 求 ： 所 設 計 出 來 的 流 程 和 設 備 能 保 證 得 到 質(zhì) 量 穩(wěn) 定 的產(chǎn) 品 。 由 于 工 業(yè) 上 原 料 的 濃 度 、 溫 度 經(jīng) 常 有 變 化 ， 因 此 設 計 的 流 程 與 設 備 需 要一 定 的 操 作 彈 性 ， 可 方 便 地 進 行 流 量 和 傳 熱 量 的 調(diào) 節(jié) 。 設 置 必 需 的 儀 表 并 安 裝在 適 宜 部 位 ， 以 便 能 通 過 這 些 儀 表 來 觀 測 和 控 制 生 產(chǎn) 過 程 。 ⑵ 滿 足 經(jīng) 濟 上 的 要 求 ： 要 節(jié) 省 熱 能 和 電 能 的 消 耗 ， 減 少 設 備 與 基 建 的 費 用 ，畢業(yè)設計說明書（論文）第 3 頁如 合 理 利 用 塔 頂 和 塔 底 的 廢 熱 ， 既 可 節(jié) 省 蒸 汽 和 冷 卻 介 質(zhì) 的 消 耗 ， 也 能 節(jié) 省 電的 消 耗 。 回 流 比 對 操 作 費 用 和 設 備 費 用 均 有 很 大 的 影 響 ， 因 此 必 須 選 擇 合 適 的回 流 比 。 冷 卻 水 的 節(jié) 省 也 對 操 作 費 用 和 設 備 費 用 有 影 響 ， 減 少 冷 卻 水 用 量 ， 操作 費 用 下 降 ， 但 所 需 傳 熱 設 備 面 積 增 加 ， 設 備 費 用 增 加 。 因 此 ， 設 計 時 應 全 面考 慮 ， 力 求 總 費 用 盡 可 能 低 一 些 。 ⑶ 保 證 生 產(chǎn) 安 全 ： 生 產(chǎn) 中 應 防 止 物 料 的 泄 露 ， 生 產(chǎn) 和 使 用 易 燃 物 料 車 間 的 電器 均 應 為 防 爆 產(chǎn) 品 。 塔 體 大 都 安 裝 在 室 外 ， 為 能 抵 抗 大 自 然 的 破 壞 ， 塔 設 備 應具 有 一 定 剛 度 和 強 度 。 設計方案設 計 方 案 包 括 精 餾 流 程 、 設 備 的 結(jié) 構(gòu) 類 型 和 操 作 參 數(shù) 等 的 確 定 。 例 如 塔 設 備的 形 式 、 組 分 的 分 離 順 序 （ 多 組 分 體 系 ） 、 操 作 壓 力 、 進 料 熱 狀 態(tài) 、 塔 頂 蒸 氣的 冷 凝 方 式 、 余 熱 利 用 的 方 案 、 安 全 、 調(diào) 節(jié) 機 構(gòu) 和 測 量 控 制 儀 表 的 設 置 等 。 限于 篇 幅 ， 僅 對 其 中 一 些 內(nèi) 容 作 些 闡 述 ， 其 他 內(nèi) 容 可 見 參 考 文 獻 。 塔設備的選型化 工 生 產(chǎn) 所 處 理 的 原 料 、 中 間 產(chǎn) 物 、 粗 產(chǎn) 品 等 幾 乎 都 是 混 合 物 ， 而 且 絕 大 部分 是 均 相 物 系 。 為 實 現(xiàn) 從 這 些 混 合 物 中 得 到 所 需 的 產(chǎn) 品 ， 通 常 會 將 混 合 物 分 離 。而 分 離 后 得 到 的 較 純 凈 或 幾 乎 純 態(tài) 的 物 質(zhì) 的 方 法 ， 則 通 常 使 用 精 餾 。 精 餾 操 作一 般 是 在 塔 中 進 行 的 ， 可 用 板 式 塔 亦 可 用 填 料 塔 。 考 慮 到 板 式 塔 與 填 料 塔 相比 較 ， 在 壓 降 、 空 塔 氣 速 、 塔 效 率 、 液 氣 比 、 持 液 量 、 安 裝 檢 修 等 方 面 有 著更 為 優(yōu) 秀 的 一 面 ， 對 于 物 系 無 特 殊 工 藝 特 性 要 求 ， 且 生 產(chǎn) 能 力 不 是 過 小 的 精 餾操 作 ， 選 板 式 塔 作 為 本 次 設 計 課 題 ——年 產(chǎn) 16 萬 噸 精 餾 產(chǎn) 品 的 精 餾 塔 設 備 。不 同 類 型 的 板 式 塔 ， 例 如 泡 罩 塔 、 浮 閥 塔 、 噴 射 型 塔 、 多 降 液 管 塔 、 無 溢 流塔 等 ， 均 有 自 身 的 特 點 ， 各 有 適 合 的 場 合 。任 何 一 種 類 型 的 塔 都 難 以 同 時 滿 足 上 述 的 要 求 ， 因 此 ， 我 們 只 能 根 據(jù) 精 餾 物系 的 性 質(zhì) 和 要 求 ， 結(jié) 合 實 際 ， 通 過 幾 項 主 要 指 標 的 分 析 比 較 ， 選 取 一 種 相 對 適宜 的 塔 型 。我 們 選 取 板 式 塔 中 的 浮 閥 塔 作 為 設 計 目 標 。 浮 閥 塔 是 20 世 紀 50 年 代 前后 開 發(fā) 和 應 用 的 ， 并 在 石 油 、 化 工 等 工 業(yè) 部 門 代 替 了 傳 統(tǒng) 使 用 的 泡 罩 塔 ， 成 為畢業(yè)設計說明書（論文）第 4 頁當 今 應 用 最 廣 泛 的 塔 型 之 一 ， 并 因 具 有 優(yōu) 異 的 綜 合 性 能 ， 在 設 計 和 選 用 塔 型 時常 是 被 首 選 的 板 式 塔 。浮 閥 塔 塔 盤 上 開 有 一 定 形 狀 的 閥 孔 ， 孔 中 安 裝 了 可 在 適 當 范 圍 內(nèi) 上 下 浮 筒 的閥 片 ， 因 而 可 適 應 較 大 的 氣 相 負 荷 的 變 化 。 閥 片 的 形 狀 有 圓 形 、 矩 形 等 。實 踐 證 明 ， 浮 閥 塔 具 有 以 下 優(yōu) 點 ：①生 產(chǎn) 能 力 大 ， 比 泡 罩 塔 提 高 2040%。②操 作 彈 性 大 ， 在 較 寬 的 氣 相 負 荷 范 圍 內(nèi) ， 塔 板 效 率 變 化 較 小 ， 其 操 作 彈性 較 篩 板 塔 有 較 大 的 改 善 。③塔 板 效 率 較 高 ， 因 為 它 的 氣 液 接 觸 狀 態(tài) 較 好 ， 且 氣 體 沿 水 平 方 向 吹 入 液層 ， 霧 沫 夾 帶 較 小 。④塔 板 結(jié) 構(gòu) 及 安 裝 較 泡 罩 簡 單 ， 重 量 較 輕 ， 制 造 費 用 低 ， 僅 為 泡 罩 塔 的60%80%左 右 。浮 閥 塔 的 缺 點 為 ：①在 氣 速 較 低 時 ， 仍 有 塔 板 漏 液 ， 故 低 氣 速 時 板 效 率 有 所 下 降 。②浮 閥 閥 片 有 卡 死 和 吹 脫 的 可 能 ， 這 會 導 致 操 作 運 轉(zhuǎn) 及 檢 修 的 困 難 。③塔 板 壓 力 降 較 大 ， 妨 礙 了 它 在 高 氣 相 負 荷 及 真 空 塔 中 的 應 用 。浮 閥 塔 操 作 時 氣 、 液 兩 相 的 流 程 與 泡 罩 塔 相 似 ， 蒸 汽 從 閥 孔 上 升 ， 頂 開 閥 片 ，穿 過 環(huán) 型 縫 隙 ， 然 后 以 水 平 方 向 吹 入 液 層 ， 形 成 泡 沫 。 浮 閥 能 隨 氣 速 的 增 減 在相 當 寬 的 氣 速 范 圍 內(nèi) 自 由 升 降 ， 以 保 持 穩(wěn) 定 的 操 作 。 板式塔精餾操作流程板 式 精 餾 塔 是 一 個 在 內(nèi) 部 設 置 多 塊 塔 板 的 裝 置 。 全 塔 各 板 自 塔 底 向 上 氣 相 中易 揮 發(fā) 組 分 濃 度 逐 板 增 加 ； 自 塔 頂 向 下 液 相 中 易 揮 發(fā) 組 分 濃 度 逐 板 降 低 。 溫 度自 下 而 上 逐 板 降 低 。 在 板 數(shù) 足 夠 多 時 ， 蒸 汽 經(jīng) 過 自 下 而 上 的 多 次 提 濃 ， 由 塔 頂引 出 的 蒸 汽 幾 乎 為 純 凈 的 易 揮 發(fā) 組 分 ， 經(jīng) 部 分 冷 凝 ， 未 凝 蒸 汽 作 為 塔 頂 產(chǎn) 品（ 或 冷 凝 為 餾 出 液 ） ， 部 分 冷 凝 液 引 回 到 最 上 層 的 塔 板 上 ， 稱 為 回 流 。 液 體 經(jīng) 過自 下 而 上 多 次 變 稀 ， 經(jīng) 部 分 汽 化 器 （ 常 稱 為 再 沸 器 ） 后 所 剩 余 的 液 體 幾 乎 純 凈難 揮 發(fā) 組 分 ， 作 為 塔 底 產(chǎn) 品 （ 亦 稱 為 釜 液 ） ， 部 分 汽 化 所 得 蒸 汽 引 入 最 下 層 板上 。當 某 塊 塔 板 上 的 濃 度 與 原 料 的 濃 度 相 近 或 相 等 時 ， 料 液 就 由 此 板 引 入 ， 該畢業(yè)設計說明書（論文）第 5 頁板 稱 為 加 料 板 。 其 上 的 部 分 稱 為 精 餾 段 ， 加 料 板 及 其 以 下 的 部 分 稱 為 提 餾 段 。精 餾 段 起 著 使 原 料 中 易 揮 發(fā) 組 分 增 濃 的 作 用 。 提 餾 段 則 起 著 回 收 原 料 中 易 揮 發(fā)組 分 的 作 用 。精 餾 是 組 分 在 氣 相 和 液 相 間 的 傳 質(zhì) 過 程 ， 任 意 塔 板 若 缺 少 氣 相 或 液 相 ， 過 程將 無 法 進 行 。 對 塔 頂 第 一 層 板 有 其 下 第 二 層 板 上 升 得 蒸 汽 ， 缺 少 下 降 液 體 ， 回流 正 是 為 第 一 層 板 提 供 下 降 液 。 由 第 二 層 塔 板 上 升 的 蒸 汽 濃 度 已 經(jīng) 相 當 高 了 ，依 相 平 衡 原 理 ， 與 氣 相 接 觸 的 液 相 濃 度 亦 應 很 高 才 行 。 顯 然 ， 用 塔 頂 冷 凝 器 的一 部 分 作 為 回 流 液 是 最 簡 單 的 方 法 。 塔 底 最 下 一 塊 塔 板 雖 有 其 上 一 塊 塔 板 流 下的 液 體 ， 為 保 證 操 作 進 行 還 要 有 上 升 的 蒸 汽 ， 根 據(jù) 相 平 衡 原 理 要 求 與 塔 板 上 液體 接 觸 的 蒸 汽 濃 度 亦 應 很 低 。 因 此 將 再 沸 器 部 分 汽 化 之 蒸 汽 引 入 最 下 一 層 塔 板 ，正 是 為 他 提 供 低 濃 度 上 升 蒸 氣 。 塔 頂 回 流 、 塔 底 上 升 蒸 汽 是 保 證 精 餾 過 程 連 續(xù) 、穩(wěn) 定 操 作 的 充 分 必 要 條 件 。 分離序列的選擇 對 于 二 元 混 合 物 采 用 一 個 精 餾 塔 分 離 ， 分 別 從 塔 頂 、 塔 底 獲 得 輕 、 重 組 分產(chǎn) 品 ， 顯 然 分 離 序 列 唯 一 。 N 個 組 分 的 混 合 物 采 用 簡 單 精 餾 塔 進 行 銳 分 離 可 獲取 N 個 產(chǎn) 品 ， 則 需 要 N1 個 塔 。 通 過 不 同 的 組 合 ， 可 得 到 ｛ 2（ N1） ｝ !/｛ N!(N1)!｝ 個 分 離 序 列 。 不 同 的 分 離 序 列 其 操 作 費 用 及 設 備 投 資 費 用 不 同 ，故 選 擇 分 離 序 列 是 必 要 的 ， 也 是 混 合 物 分 離 節(jié) 能 降 耗 的 關 鍵 。 通 常 情 況 下 多 采用 順 序 分 流 。 然 而 ， 由 于 相 鄰 組 分 之 間 的 相 對 揮 發(fā) 度 及 其 他 參 數(shù) 存 在 較 大 差 異并 非 如 此 。 故 在 設 計 流 程 方 案 時 ， 應 結(jié) 合 一 些 經(jīng) 驗 規(guī) 則 和 方 法 確 定 。 （ 詳 情 請看 參 考 文 獻 ） 產(chǎn)品純度或回收率產(chǎn) 品 純 度 通 常 是 根 據(jù) 客 戶 的 要 求 決 定 的 。 若 客 戶 對 精 餾 塔 頂 和 塔 底 產(chǎn) 品 的 純度 都 有 要 求 ， 則 產(chǎn) 品 的 回 收 率 也 已 確 定 ； 若 用 戶 僅 指 定 其 中 一 種 產(chǎn) 品 的 純 度 ，設 計 人 員 則 可 根 據(jù) 經(jīng) 濟 分 析 決 定 產(chǎn) 品 的 回 收 率 。 提 高 產(chǎn) 品 的 純 度 意 味 著 提 高 產(chǎn)品 的 回 收 率 ， 可 獲 得 一 定 的 經(jīng) 濟 效 益 。 但 是 產(chǎn) 品 純 度 的 提 高 或 者 是 通 過 增 加 塔板 數(shù) 或 者 是 增 加 回 流 比 來 達 到 的 ， 這 意 味 著 設 備 費 用 或 操 作 費 用 的 增 加 ， 因 此只 能 通 過 經(jīng) 濟 分 析 來 決 定 產(chǎn) 品 的 純 度 或 回 收 率 。 能量的利用畢業(yè)設計說明書（論文）第 6 頁精 餾 過 程 是 熱 能 驅(qū) 動 的 過 程 ， 過 程 的 耗 能 在 整 個 生 產(chǎn) 耗 能 中 占 有 相 當 大 的 比重 ， 例 如 煉 油 廠 精 餾 所 消 耗 的 燃 料 ， 通 常 可 達 全 廠 燃 料 總 耗 量 的 15%40%。能 耗 在 產(chǎn) 品 成 本 中 占 據(jù) 重 要 位 置 ， 而 產(chǎn) 品 的 單 位 能 耗 是 考 核 產(chǎn) 品 的 重 要 指 標 ，直 接 影 響 產(chǎn) 品 的 競 爭 能 力 及 企 業(yè) 的 生 存 ， 故 合 理 、 有 效 地 利 用 能 量 ， 降 低 精 餾過 程 或 生 產(chǎn) 系 統(tǒng) 能 耗 量 是 十 分 必 要 的 。 精 餾 過 程 的 節(jié) 能 采 用 分 離 序 列 綜 合 的 方法 ， 通 常 可 用 以 下 策 略 ：（ 1） 精 餾 操 作 參 數(shù) 的 優(yōu) 化 ： 在 保 證 分 離 要 求 和 生 產(chǎn) 能 力 的 條 件 下 ， 通 過 優(yōu)化 操 作 參 數(shù) ， 以 減 少 回 流 比 ， 降 低 能 耗 。（ 2） 精 餾 系 統(tǒng) 的 能 量