【文章內容簡介】 式塔。針對板式塔，其塔板類型按照塔內氣、液的流動方式，可將塔板分為錯流塔板和逆流塔板兩大類。逆流板也稱穿流板，板上不用設降液管，氣、液兩相同時從板上孔道逆向穿流過。其中柵板和淋降篩板都屬于逆流塔板。這類塔板雖然結構簡單，板面利用率也高，但是需要有較高的氣速才能夠維持板上的液層，操作范圍較小，分離效率也很低，工業(yè)上用得很少。可見本設計需要用錯流塔板。在幾種主要的錯流塔板中，最早應用的是泡罩塔，而目前使用最廣泛的是篩板塔和浮閥塔。泡罩塔作為應用最早的一類氣液傳質設備，長期以來人們對其性能就做了比較充分的研究，而且在工業(yè)上積累了豐富的實踐經驗。它的每層塔板上開著若干個小孔，孔上還焊有短管來作為上升氣體通道，稱之為升氣管。升氣管的上面覆蓋著泡罩，泡罩的下部周邊還開有許多的齒縫。齒縫一般含有矩形、梯形和三角形三種，常用的為矩形。泡罩在塔板上面作等邊三角形?；S廣泛使用的圓形泡罩主要結構參數已經系列化。在操作時，上升氣體在通過齒縫進入液層時，被分散成了許多細小的氣泡或者流股，在塔板上形成鼓泡層和泡沫層，這樣為氣液兩相提供了大量的傳質界面。綜上所述可以概括泡罩塔的優(yōu)點為：因為升氣管高出了液層，不容易發(fā)生漏液的現象，可見有較好的操作彈性，也即當氣液流量有較大的波動時，仍然能夠維持幾乎恒定的板效率；泡罩塔塔板不容易堵塞，適合處理各種物料。其缺點為：塔板的結構復雜，金屬量消耗比較大，造價比較高；塔板的壓降比較大，兼因霧沫夾帶現象比較嚴重，極大的限制了氣速的提高，致使塔的生產能力和板效率均比較低。但是目前仍有采用的工廠。篩板塔的塔板上開有很多均勻分布的篩孔，孔徑一般為3至8毫米，篩孔在塔板上成三角形排列。塔板上還設有溢流堰，使塔板上能夠維持一定厚度的液層。在操作時，上升的氣流通過篩孔進而分散成細小的流股，從塔板液層中鼓泡而出，氣液間密切接觸來進行傳質。正常操作的氣速下，通過篩孔上升氣流，應該能阻止液體流經篩孔向下泄露。綜上所述可見篩板塔的優(yōu)點為：結構比較簡單，其造價低廉，氣體的壓降比較小，板上的液面落差也比較小，生產能力和塔板效率均比泡罩塔高些。但主要缺點是：操作的彈性比較小，篩孔小時容易堵塞。近些年來采用大孔徑的篩板可以避免堵塞，而且由于氣速提高，生產能力大大增加。由于過去對于篩板塔的性能研究并不充分，認為操作不易穩(wěn)定，所以沒有普遍采用，直到20世紀的50年代初，對篩板塔結構和性能作了較充分的研究，認識到了只要設計合理和操作正確，同樣可以獲得較滿意的塔板效率，以及可觀的操作彈性，所以近年來篩板塔的應用又日漸廣泛。浮閥塔在20世紀50年代的初期就在工業(yè)上開始推廣使用，因為其兼有泡罩塔和篩板塔的優(yōu)點，所以成為了國內應用最為廣泛的塔型，特別是在石油方向、化學工業(yè)中使用最為普遍，對它的性能研究也比較充分。浮閥塔板結構的特點是在其塔板上開有很多大孔（其標準的孔徑為39mm），每個孔上還裝有一個能夠上下浮動的閥片。其中浮閥的形式有很多，目前我國已經采用的浮閥有五種，但最常用的浮閥形式為F1型、V4型兩種。其中F1型浮閥塔的閥片的本身有三條“腿”，將其插入閥孔后，各腿底腳扳轉90176。角，用來限制操作時閥片在板上升起來的最大高度；閥片的周邊又沖出三塊稍微向下彎的定距片。當氣速很低的時候，靠這三個定距片可以使閥片與塔板呈點接觸坐落在閥孔上，避免閥片啟閉不均與的脈動現象。塔板與閥片的點接觸也可以防止停工后板面與閥片的黏結。在操作時，由閥孔上升氣流，經過閥片與塔板間間隙而和板上橫流的液體接觸。浮閥開度隨著氣體負荷而改變。當它氣量很小時氣體仍然能夠通過靜止開度的縫隙來鼓泡。綜上可見F1型浮閥塔的優(yōu)點為：結構很簡單，制造比較方便，而且節(jié)省材料、性能良好，被廣泛應用于化工及煉油生產當中，現在已經列入部頒標準（JB111868）內。F1型浮閥又分為輕閥和重閥：重閥采用厚度是2mm的薄板沖制，每個閥的質量約為33g；，每個閥的質量約為25g。一般的情況下都采用的是重閥，只是在處理量很大，并且要求壓強降很低的系統才用輕閥。對于V4型浮閥塔的特點是閥孔沖成向下面彎曲的文丘里形，來減少氣體通過浮閥塔板時的壓強降。閥片除了腿部相應加長以外，其余的結構尺寸與F1型輕閥無異?？梢奦4型浮閥適合于減壓系統?？梢姼￠y塔的優(yōu)點明顯：第一，生產能力大。因為浮閥塔板既有較大開孔率，所以它的生產能力比泡罩塔大20%至30%，與篩板塔相近。第二，操作彈性大。因為閥片可以自由的升降來適應氣量的變化，所以維持正常的操作所容許的負荷波動范圍比泡罩塔和篩板塔都要寬。第三，塔板的效率高。因為上升氣體以水平方向吹入的液層，所以氣液接觸時間較長，而霧沫夾帶量比較小，板效率較高。第四，氣體的壓強降及液面落差比較小。因為氣液流過浮閥塔板時遇到的阻力比較小，所以氣體壓強降和板上的液面落差都比泡罩塔板小。第五，塔的造價低。因為構造簡單，容易制造，浮閥塔的成本造價一般為泡罩塔的60%至80%，為篩板塔的120%至130%。但是浮閥塔不宜與處理容易結焦和黏度大的系統，但是對于黏度稍微大些及有一般聚合現象的系統時，浮閥塔也能夠正常操作。綜上所述，本設計粗甲醇的精餾中，三個塔均采用F1型重閥浮閥塔。 其他部分設備的介紹精餾裝置所附屬的設備主要為各種形式的換熱器和一些泵。其中包括塔底原料液的再沸器、塔頂蒸汽的冷凝器、原料液的預熱器和產品的冷卻器等。這些附屬設備中，再沸器和冷凝器為保證精餾工序的正常連續(xù)穩(wěn)定操作是必不可少的兩類換熱器設備。再沸器其作用可將塔內最后一塊板下的原料液加熱，使液體升溫至沸點發(fā)生汽化為蒸汽繼續(xù)上升，提供上升氣流，保證塔板的氣液相進行傳質。冷凝器其作用正好相反，將蒸汽進行冷凝為液體，部分或者全部冷凝液參與回流，提供精餾塔內下降的液流，保證氣液相傳質。而部分冷凝器是為了冷卻產品。第3章 工藝計算粗甲醇的工藝流程圖：預精餾塔加壓精餾塔常壓精餾塔 圖23 粗甲醇精餾物流圖 物料衡算已知：年產22萬噸甲醇，每年以320個工作日計 %，粗甲醇的組成如表31。 表31 粗甲醇組成表成分CH3OH(CH3)2OC4H9OHH2O合計組成/%100 預精餾塔的物料衡算⑴ 進料A 粗甲醇：B 堿液：為了防止工藝管路和設備的腐蝕，先以8%的氫氧化鈉溶液和粗甲醇中的酸性物質反應，使其呈弱堿性，則消耗純氫氧化鈉：≈ 換成堿液：247。8%＝C 軟水：軟水的加入量按精甲醇的20%計，那么需要補加軟水：2865020%－92%≈以上計算結果如表32。表32 預塔進料組成表物料量：kg/hCH3OHH2ONaOH(CH3)2OC4H9OH合計粗甲醇28650堿液軟水合計28650⑵ 出料A 塔底：甲醇 28650kg/hB 塔底：水 粗甲醇含水： 堿液帶水： 軟水： 合計：C 塔底異丁醇及高沸物：D 塔頂二甲醚及低沸物：以上計算結果如表33。表33 預塔出料流量及組成表物料量 kg/hCH3OHH2ONaOH(CH3)2OC4H9OH合計塔頂塔底28650合計28650 主塔的物料平衡計算按照加壓塔和常壓塔的采出量之比4∶6計算，常壓塔釜液含有甲醇1%。⑴ 進料加壓塔：預后粗甲醇 常壓塔：－286504/101/＝⑵ 出料A 加壓塔：塔頂 286504/101/＝ 塔釜 B 常壓塔：塔頂 286506/1099%1/＝ 釜液中：甲醇 水 kg/h NaOH 高沸物 以上計算結果如表34。表34 甲醇精餾塔物料平衡匯總（單位：kg/h）成分物料加壓塔出料常壓塔出料常壓塔釜出料甲醇28650NaOH水高沸物合計 能量衡算 預塔的熱量衡算⑴ 進料帶入熱量取回流液與進料量之比為1：4，預塔帶入熱量如表35。表35 預塔帶入熱量表進熱項目粗甲醇軟水回流液熱蒸汽成分二甲醚甲醇水異丁醇外補水堿液甲醇水流量kg/h28650溫度℃65656565787860比熱kJ/kg℃焓kJ/kg熱量kJ/h5512260Q蒸汽熱量計算公式： Q粗甲醇＝Q二甲醚+Q甲醇+Q水+Q異丁醇同理可得其他物質帶入的熱量Q入＝Q粗甲醇＋Q軟水＋Q回流液＋Q蒸汽 ＝＋5512260＋＋＋＋＋＋Q蒸汽＝＋Q蒸汽 ⑵ 出料熱量計算表36 物料帶出的熱量出熱部分塔頂塔底熱損失成分二甲醚回流液甲醇水＋（堿液）以5%計液體比熱kJ/kg℃流量kg/h28650液體冷凝熱kJ/kg溫度℃64648282熱量kJ5%Q入其他物質的熱量亦同上公式計算。則有： Q出＝Q二甲醚＋Q回流液＋Q預后甲醇＋Q損 ＝＋＋＋＋5%Q入 ＝21345198＋5%Q入 根據能量守恒 即 Q入＝Q出 即 ＋Q蒸汽＝21345198＋5%Q入 解得 Q蒸汽＝，如果不計冷凝水的顯熱，那么需要蒸汽量：G1蒸汽＝＝以上計算的結果塔熱量平衡如表37。表37 預塔熱量平衡表帶入