【文章內容簡介】 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(xiàn)象比較嚴重，極大的限制了氣速的提高，致使塔的生產(chǎn)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(jīng)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(chǎn)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(chǎn)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(jīng)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900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(xiàn)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(jīng)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(chǎn)當中，現(xiàn)在已經(jīng)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(tǒng)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(tǒng)?？梢姼￠y塔的優(yōu)點明顯：第一，生產(chǎn)能力大。因為浮閥塔板既有較大開孔率，所以它的生產(chǎn)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(tǒng)，但是對于黏度稍微大些及有一般聚合現(xiàn)象的系統(tǒng)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(chǎn)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(chǎn)品。稀堿液從堿液槽（V01）由堿液泵（P01）送到中和槽（V03）與從粗甲醇槽（V02）通過原料泵（P02a）進入中和槽的粗甲醇進行中和，調節(jié)酸堿度，之后通過預熱器（E01a）加熱到一定溫度后進入預精餾塔（T01）。在預精餾塔（T01）中，粗甲醇多次的部分汽化和部分冷凝分離出輕組分，從塔頂出來的氣體先通過一級冷凝器（E02a）冷卻后的粗甲醇液體送回預塔回流槽（V04a），部分未冷凝的二甲醚等以及未完全冷凝的甲醇氣體再進入二級冷凝器（E02b）繼續(xù)冷凝，冷凝液進入預塔回流槽（V04a），氣體排出進行燃燒或者送入轉化工序。預塔回流槽（V04a）內的粗甲醇經(jīng)預塔回流泵（P03a）返回預精餾塔（T01）塔頂回流。塔釜液通過再沸器（E03a）進行加熱原料液來保證上升氣流。脫出輕組分的粗甲醇原料液從預精餾塔（T01）塔釜出來經(jīng)過加壓塔進料泵（P04）加壓，再經(jīng)過預熱器（E01b）升溫后，送入加壓精餾塔（T02）。在加壓精餾塔（T02）中，塔底的再沸器（E03b）保證了上升氣流的流速，塔頂?shù)乃统龅母邷丶状颊羝M入常壓再沸器（E03c）作為熱流體與常壓塔塔底液體換熱，換熱后的精甲醇先經(jīng)過分配器（A01a）分一部分通過泵（P03c）送往加壓塔回流槽（V04b），部分再經(jīng)過加壓塔回流泵（P03b）送往塔頂做回流液，另一部分經(jīng)過加壓塔產(chǎn)品冷卻器（E04a）冷卻后送往精甲醇計量槽（V05a）。從加壓塔底部出來的粗甲醇因加壓塔自身的壓力直接通過預熱器（E01c）加熱后輸送到常壓塔（T03）。在常壓塔頂?shù)玫搅烁呒兌鹊募状颊羝?，進入常壓塔頂冷凝器（E02c）冷凝，冷凝液送到常壓塔回流槽（V04c）緩沖；從常壓塔冷凝器（E02c）出來的氣體再經(jīng)過常壓塔排氣冷凝器（E02d）冷凝，冷凝液也送到回流槽（V04c），排氣冷凝器上部沒有冷凝的氣體放空。常壓塔回流槽出來的的精甲醇經(jīng)過分配器（A01b）一部經(jīng)常壓塔回流泵（P03d）送回塔內回流，另一部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器（E04b）送進精甲醇計量槽（V05b）。塔底釜液經(jīng)冷卻器（E04c）冷卻后送往釜液槽（V06）進入處理工序。3 工藝計算 物料衡算已知：%，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 預塔的物料衡算(1)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：20%－92%≈將以上計算結果列表32表32 預塔進料組成表物料量：kg/hCH3OHH2ONaOH(CH3)2OC4H9OH合計粗甲醇堿液軟水合計(2)出料A 塔底 ： 甲醇 B 塔底 ： 水 粗甲醇含水： 堿液帶水： kg/h 軟水： kg/h 合計： kg/hC 塔底異丁醇及高沸物： kg/hD 塔頂二甲醚及低沸物： kg/h將以上計算結果列表33表33 預塔出料流量及組成表物料量：kg/hCH3OHH2ONaOH(CH3)2OC4H9OH合計塔頂塔底合計. 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%。(1)進料加壓塔：預后粗甲醇 kg/h常壓塔：－4/101/＝ kg/h(2)出料A 加壓塔：塔頂 4/101/＝ 塔釜 B 常壓塔：塔頂 6/1099%1/＝ 釜液中：甲醇 水 kg/h NaOH kg/h 高沸物 kg/h根據(jù)以上計算得到表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NaOH水高沸物合計 能量衡算 預塔的熱量衡算(1)進料帶入熱量取回流液與進料量之比為1:4，預塔帶入熱量見下表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/h溫度℃65656565787860比熱kJ/kg℃焓kJ/kg熱量kJQ蒸汽Q入＝Q粗甲醇＋Q軟水＋Q回流液＋Q蒸汽 ＝＋＋＋＋＋＋＋Q蒸汽 ＝＋Q蒸汽 (2)出料熱量計算物料帶出的熱量見表36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/h液體冷凝熱kJ/kg溫度℃64648282熱量kJ5%Q入有：Q出＝Q二甲醚＋Q回流液＋Q預后甲醇＋Q損 ＝＋＋＋＋5%Q人 ＝＋5%Q入 根據(jù)能量守恒 即Q入＝Q出 即 ＋Q蒸汽＝＋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＝＝據(jù)以上計算的結果列預塔熱量平衡表37表37 預塔熱量平衡表帶入熱量kJ/h帶出熱量kJ/h塔側粗甲醇入熱塔頂二甲醚出熱塔頂加入冷凝殘液入熱塔頂回流甲醇蒸汽塔頂回流液入熱塔底預后粗甲醇加熱蒸汽熱損失總入熱總出熱冷卻水用量計算 假設入口冷卻水的溫度為30℃，出口冷卻水的溫度40℃，℃ Q入＝Q甲醇＋Q甲醇蒸汽＝＋＝Q出＝Q二甲醚＋Q回流液＋Q損失 ＝＋ ＋102064615% ＝Q傳＝Q入－Q出＝－＝ 又因為 Q傳＝G1水（40－30）＝所以得到 G1水＝ 加壓塔的熱量衡算設計的操作條件為：塔頂?shù)臏囟?15℃，回流溫度為115℃，塔底的溫度為124℃，進料的溫度為82℃，甲醇溫度40℃。(1)進料帶入熱量進料帶入加壓塔的熱量列表37表37加壓塔精餾入熱表物料進料回流液加熱蒸汽組分甲醇水＋堿液甲醇流量kg/h溫度℃100100115比熱kJ/kg℃熱量kJ/hQ蒸汽總計kJ/hQ蒸汽則有吧Q入＝Q進料＋Q回流＋Q蒸汽 ＝＋＋Q蒸汽 ＝＋Q蒸汽(2)物料帶出熱量出料帶出加壓塔的熱量列表38表38 加壓塔精餾出熱表物料精甲醇回流液塔底出料熱損失組分甲醇甲醇甲醇水＋堿流量kg/h溫度℃115115124124比熱kJ/kg℃汽化熱熱量kg/h5%Q入所以有 Q出＝Q精甲醇＋Q回流＋Q塔底＋Q熱損失 ＝＋＋＋＋5%Q入 ＝＋5%Q入 根據(jù)加壓塔精餾能量守恒 即：Q入＝Q出 也即：＋Q蒸汽＝＋5%Q入 解得：Q蒸汽＝ 加壓塔采用中壓蒸汽加熱所需要的蒸汽量為G2蒸汽＝＝回流液和產(chǎn)品的冷凝潛熱 Q潛＝（＋）＝ 可提供給常壓塔再沸器的熱量為： Q供＝Q潛（1－5%）＝（1－5%）＝ 常壓塔的熱量衡算設計的操作條件為：塔頂溫度65℃，塔釜溫度105℃，進料溫度70℃，回流液溫度為40℃，冷卻水進口溫度30℃，出口溫度40℃，.(1)物料帶入熱量常壓塔的入塔能量見下表表39常壓塔入熱表物料進料回流液再沸器加熱組分甲醇水＋堿甲醇流量kg/h溫度℃7070040比熱kJ/kg℃熱量kg/hQ加熱 有 Q入＝Q進料＋Q回流液＋Q加熱 ＝＋＋＋Q加熱 ＝＋Q加熱 (2)物料帶出熱量常壓塔的出塔熱量見下表表310 常壓塔出熱表物料精甲醇回流液釜液熱損失成分甲醇甲醇甲醇水＋堿流量kg/h溫度℃6565105105比熱 kJ/kg℃2,96