【正文】 篩板精餾塔設(shè)計(jì)方案1緒論、研究現(xiàn)狀及擬采用的技術(shù)路線、研究現(xiàn)狀在化工或煉油廠中，塔設(shè)備的性能對(duì)于整個(gè)裝置的產(chǎn)品產(chǎn)量，質(zhì)量，生產(chǎn)能力和消耗定額，以及三廢處理和環(huán)境保護(hù)等各個(gè)方面都有重大的影響。據(jù)有關(guān)資料報(bào)道，塔設(shè)備的投資費(fèi)用占整個(gè)工藝設(shè)備投資費(fèi)用的較大比例。因此，塔設(shè)備的設(shè)計(jì)和研究，受到化工、煉油等行業(yè)的極大重視[6]。塔設(shè)備是化工、石油等工業(yè)中廣泛使用的重要生產(chǎn)設(shè)備。它可使氣（或汽）液或液液兩相之間進(jìn)行緊密接觸，達(dá)到相際傳質(zhì)及傳熱的目的。常見的、可在塔設(shè)備中完成的單元操作有：精餾、吸收、解吸和萃取等[2]。此外，工業(yè)氣體的冷卻與回收，氣體的濕法凈制和干燥，以及兼有氣液兩相傳質(zhì)和傳熱的增濕、減濕等?；どa(chǎn)中所處理的原料，中間產(chǎn)物，粗產(chǎn)品幾乎都是由若干組分組成的混合物，而且其中大部分都是均相物質(zhì)。生產(chǎn)中為了滿足儲(chǔ)存，運(yùn)輸，加工和使用的需求，時(shí)常需要將這些混合物分離為較純凈或幾乎純態(tài)的物質(zhì)。塔設(shè)備的基本功能就是提供氣、液兩相以充分接觸的機(jī)會(huì)，使傳熱、傳質(zhì)兩種傳遞過程能夠迅速有效的進(jìn)行；還能使接觸之后的氣、液兩相及時(shí)分開，互不夾帶。篩板塔是最早應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的設(shè)備之一，五十年代之后，通過大量的工業(yè)實(shí)踐逐步改進(jìn)了設(shè)計(jì)方法和結(jié)構(gòu)。近年來與浮閥塔一起成為化工生產(chǎn)中主要的傳質(zhì)設(shè)備。篩板塔普遍用作H2SH2O雙溫交換過程的冷、熱塔，應(yīng)用于蒸餾、吸收和除塵等。篩板精餾塔屬于板式塔，篩板精餾塔具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，板上液面落差小，氣體壓降小，生產(chǎn)能力大，氣體分散均勻，傳質(zhì)效率高的優(yōu)點(diǎn)，是化工生產(chǎn)中常見的單元操作設(shè)備之一。篩板塔始于1830年，是結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的一種板型。由于其操作彈性小，當(dāng)氣量過小或過大時(shí)，易發(fā)生嚴(yán)重漏液或過量液沫夾帶現(xiàn)象；而且易堵塞，不宜處理粘度大、易結(jié)焦的物料，一度時(shí)間曾影響到它的應(yīng)用推廣。20世紀(jì)50年代后，隨著林德塔板、導(dǎo)向塔板的應(yīng)用推廣，篩板塔又重新啟用并日趨廣泛。導(dǎo)向篩板是60年代由美國(guó)聯(lián)合碳化物公司林德子公司開發(fā)應(yīng)用的，國(guó)內(nèi)有北京化工大學(xué)進(jìn)行系統(tǒng)研究，他們認(rèn)為導(dǎo)向篩板從導(dǎo)向噴出的水平氣速均勻穩(wěn)定的推動(dòng)板上液流前進(jìn)，大大增加了塔的抗污性和抗堵能力，克服了液面梯度和非活化區(qū)，提高了傳質(zhì)效率和生產(chǎn)能力。在酒精工業(yè)，導(dǎo)向篩板使固含率達(dá)10％的粘稠成熟醪在塔板上均勻穩(wěn)定流動(dòng)，解決了長(zhǎng)期存在的賭塔和液泛?jiǎn)栴}，并增產(chǎn)約篩板塔始于1830年，是結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的一種板型。由于其操作彈性小，當(dāng)氣量過小或過大時(shí)，易發(fā)生嚴(yán)重漏液或過量液沫夾帶現(xiàn)象；而且易堵塞，不宜處理粘度大、易結(jié)焦的物料，一度時(shí)間曾影響到它的應(yīng)用推廣。20世紀(jì)50年代后，隨著林德塔板、導(dǎo)向塔板的應(yīng)用推廣，篩板塔又重新啟用并日趨廣泛。導(dǎo)向篩板是60年代由美國(guó)聯(lián)合碳化物公司林德子公司開發(fā)應(yīng)用的，國(guó)內(nèi)有北京化工大學(xué)進(jìn)行系統(tǒng)研究，他們認(rèn)為導(dǎo)向篩板從導(dǎo)向噴出的水平氣速均勻穩(wěn)定的推動(dòng)板上液流前進(jìn)，大大增加了塔的抗污性和抗堵能力，克服了液面梯度和非活化區(qū)，提高了傳質(zhì)效率和生產(chǎn)能力。在酒精工業(yè)，導(dǎo)向篩板使固含率達(dá)10％的粘稠成熟醪在塔板上均勻穩(wěn)定流動(dòng)，解決了長(zhǎng)期存在的賭塔和液泛?jiǎn)栴}，并增產(chǎn)約50％；在鄰、對(duì)硝基氯苯精餾過程中，導(dǎo)向篩板解決了要求理論塔板數(shù)多、壓降低的難題。這種塔板還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，造價(jià)低廉的特點(diǎn)，該類塔板經(jīng)過深入研究和大力推廣，目前已廣泛應(yīng)用于石油、化工、輕工、香料的領(lǐng)域。近年來，國(guó)際上涌現(xiàn)出來了一些新型板式塔，如新型垂直篩板塔（NewVST），是世界上第三代（最新一代）板式塔技術(shù)之一，它是噴射型板式塔，與后者相比具有傳質(zhì)效率高、處理能力大、阻力小、操作彈性好等優(yōu)異性能[6]。此外，具有優(yōu)良特性的新型篩板還有STONEWEBSTER工程改善開發(fā)的波紋篩板，瑞士KUHNI公司的SLIT篩板，此就不一一闡述了。在塔設(shè)備的技術(shù)改造中，國(guó)內(nèi)多種性能優(yōu)良的新型板式塔已經(jīng)得到成功的應(yīng)用，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，需要更多、更好的板式塔來進(jìn)行生產(chǎn)，這就要求板式塔向著低耗損，低成本，高效率和環(huán)保的方向發(fā)展。塔板效率是實(shí)際傳質(zhì)過程進(jìn)行的反映，是衡量塔板性能和塔板設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，由于其影響因素多而且復(fù)雜,準(zhǔn)確預(yù)測(cè)有一定的難度，目前解決的辦法是采用經(jīng)驗(yàn)方法或建立在較簡(jiǎn)單的傳質(zhì)模型(例如雙膜理論)基礎(chǔ)上的半經(jīng)驗(yàn)計(jì)算方法。為了衡量塔板的傳質(zhì)性能，研究人員提出了塔板點(diǎn)效率的概念，并對(duì)塔板的點(diǎn)效率進(jìn)行了深入研究。板式塔作為重要的傳質(zhì)設(shè)備之一，在各種分離工藝過程中廣泛應(yīng)用，開發(fā)新型傳質(zhì)效率高、壓降小、通量大的板式塔，塔內(nèi)件始終是板式塔技術(shù)的發(fā)展方向[6]。 設(shè)計(jì)是典型的塔設(shè)備設(shè)計(jì)，其主要任務(wù)是參數(shù)選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、計(jì)算及強(qiáng)度校核等。 擬采用以下設(shè)計(jì)步驟：一、篩板精餾塔工藝設(shè)計(jì)計(jì)算部分；；；；；；；。二、篩板精餾塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算部分；，確定塔高；；、法蘭的設(shè)計(jì)；三、繪制精餾塔裝備圖，塔板結(jié)構(gòu)圖2工藝設(shè)計(jì)原料液經(jīng)臥式列管式預(yù)熱器預(yù)熱至泡點(diǎn)后送入連續(xù)板式精餾塔（篩板塔），塔頂上升蒸汽流采用循環(huán)式列管全凝器冷凝后一部分作為回流液，其余作為產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至苯液貯罐；塔釜采用熱虹吸立式再沸器提供汽相流，塔釜產(chǎn)品經(jīng)臥式列管式冷卻器冷卻后送入氯苯貯罐。 全塔的物料衡算 料液及塔頂?shù)桩a(chǎn)品含苯的摩爾分率， kg/kmol進(jìn)料組分： x = = 頂液組分： x = = 釜?dú)堃航M分： x = = 依題給條件：年處理量10萬噸，一年以330天，一天以24小時(shí)計(jì)，有：= = = = 全塔物料衡算： 易揮發(fā)組分： 聯(lián)立方程組： = （221） =+ （222）解方程組（221）和（222）得： = = 苯甲苯物系屬于理想物系，可以采用圖解法來求得理論塔板數(shù)。（1）繪制苯甲苯的TXY圖查閱文獻(xiàn)3，得苯甲苯的汽液相組分。繪制圖形如下：圖21 苯甲苯TXY圖（2）確定操作的回流比R在YX圖上，因q=1,查得：故有：考慮到精餾段操作線離平衡線較近，故取實(shí)際操作的回流比為最小回流比的2倍：（3）求精餾塔的氣、液相負(fù)荷 (+1) = = + 1 = = （4）求理論塔板數(shù)精餾段操作線方程：提餾段操作線方程為過點(diǎn)(,)和(，)兩點(diǎn)的直線。圖22 理論塔板圖圖解得理論塔板數(shù)為13塊（包括再沸器），理論進(jìn)料板為第七塊板。( 1 )塔效率的計(jì)算當(dāng)時(shí)，=℃，＝，當(dāng)時(shí)，℃。塔的平均溫度為：℃查閱文獻(xiàn)2，在塔的平均溫度下，苯和甲苯的黏度為：。所以進(jìn)料液的平均黏度為：塔頂相對(duì)揮發(fā)度：塔底相對(duì)揮發(fā)度：精餾塔的平均相對(duì)揮發(fā)度為：用奧康奈爾關(guān)聯(lián)公式計(jì)算全塔效率，對(duì)于篩板塔，k=，所以：﹪( 2 )實(shí)際塔板數(shù)精餾段：6/﹪=,圓整為13塊；提餾段：6/﹪=，圓整為13塊。加料板在第十四塊板，全塔實(shí)際總共有26塊板。塔頂壓力：加料板壓力：塔釜壓力：精餾段平均壓強(qiáng)：提餾段平均壓強(qiáng)：由苯甲苯的TXY圖，℃，℃，℃。所以：精餾段平均溫度為：℃提餾段平均溫度為：℃塔頂： ，（查相平衡圖）加料板：，（查相平衡圖）塔釜： ，（查相平衡圖）精餾段：提餾段：(1)液相平均密度由文獻(xiàn)3查得：當(dāng)=℃時(shí)，；當(dāng)=℃時(shí)，；當(dāng)℃時(shí)，；進(jìn)料板液相質(zhì)量分率：塔釜液相質(zhì)量分率：塔頂液相平均密度：加板液相平均密度：塔釜液相平均密度：精餾段液相平均密度：提餾段液相平均密度：(2)氣相平均密度精餾段：提餾段：由文獻(xiàn)3查得：當(dāng)=℃時(shí)，；當(dāng)=℃時(shí)，；當(dāng)℃時(shí)，；塔頂：進(jìn)料板：塔釜：精餾段：提餾段：查文獻(xiàn)2，得：當(dāng)=℃時(shí)，；當(dāng)=℃時(shí)，；當(dāng)℃時(shí)，；塔頂液體平均黏度：