【正文】 頁前 言石 油 是 一 個 國 家 經(jīng) 濟 發(fā) 展 國 家 穩(wěn) 定 的 命 脈 。 在 石 油 、 化 工 生 產(chǎn) 中 ， 塔 設 備 是非 常 重 要 的 設 備 之 一 ， 塔 設 備 的 性 能 ， 對 于 整 個 化 工 和 煉 油 裝 置 的 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 及其 生 產(chǎn) 能 力 和 消 耗 額 等 均 有 較 大 影 響 。 塔 設 備 廣 泛 應 用 于 蒸 餾 、 吸 收 、 介 吸 、 萃 取 、 氣 體 的 洗 滌 、 增 濕 及 冷 卻 等 單 元 操 作 中 ， 它 的 操 作 性 能 好 壞 ， 對 整 個 裝 置 的 生 產(chǎn) ， 產(chǎn) 品 產(chǎn) 量 ，質(zhì) 量 ， 成 本 以 及 環(huán) 境 保 護 ， “三 廢 ”處 理 等 都 有 較 大 的 影 響 。 在 原 油 的 一 次 加 工 過 程 中 ， 常 壓 蒸 餾 裝 置 是 每 個 正 規(guī) 煉 廠 都必 須 具 備 的 ， 而 其 核 心 設 備 ——常 壓 塔 的 性 能 狀 況 將 直 接 影 響 煉 廠 的 經(jīng) 濟 效 益 ，由 于 在 原 油 加 工 的 第 一 步 中 ， 它 可 以 將 原 油 分 割 成 相 應 的 直 餾 汽 油 ， 煤 油 ， 輕柴 油 或 重 柴 油 餾 分 及 各 種 潤 滑 油 餾 分 等 。 在 進 一 步 提 高 輕 質(zhì) 油 的 產(chǎn) 率 或 改 善 產(chǎn) 品 的 質(zhì) 量 方 面 ， 都 有 著 舉 足 輕 重 的地 位 。近 年 來 ， 由 于 石 油 、 化 工 企 業(yè) 不 斷 向 大 型 化 的 生 產(chǎn) 發(fā) 展 ， 因 此 塔 設 備 的 單 臺規(guī) 模 也 隨 之 增 大 。 應 當 指 出 ，設 備 大 型 化 后 ， 必 須 保 證 它 在 全 負 荷 下 運 轉(zhuǎn) ， 否 則 經(jīng) 濟 損 失 將 是 非 常 巨 大 的 。 常壓 塔 的 研 究 也 趨 向 于 結(jié) 構 材 料 的 探 索 ， 提 高 設 備 的 使 用 周 期 ， 主 要 體 現(xiàn) 在 所 選擇 材 料 的 防 腐 性 和 一 些 防 腐 材 料 的 研 究 ， 同 時 也 著 眼 于 設 備 的 安 去 性 和 環(huán) 保 性 ，以 上 這 些 都 成 為 了 當 今 常 壓 塔 研 究 的 熱 門 課 題 。 蒸 餾 操 作 在 化 工 、 石 油 化 工 、 輕 工 等 工 業(yè) 生 產(chǎn)中 中 占 有 重 要 的 地 位 。 蒸 餾 過 程 按 操 作 方 式 可 分 為 間 歇 蒸 餾 和 連 續(xù) 蒸 餾 。蒸 餾 過 程 按 蒸 餾 方 式 可 分 為 簡 單 蒸 餾 、 平 衡 蒸 餾 、 精 餾 和 特 殊 精 餾 等 。 平 衡 蒸 餾 又 稱 閃 蒸 ， 也 是 一 種單 級 蒸 餾 操 作 ， 常 以 連 續(xù) 方 式 進 行 。 對 于 較 難 分 離 的 體 系 可 采 用 精 餾 ， 用 普 通 精 餾 不能 分 離 體 系 則 可 采 用 特 精 餾 。 特 殊 精 餾有 萃 取 精 餾 、 恒 沸 精 餾 和 鹽 溶 精 餾 等 。 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 。 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 。 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 。 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 。 因 此 ， 設 計 時 應 全 面考 慮 ， 力 求 總 費 用 盡 可 能 低 一 些 。 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 。 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 和 測 量 控 制 儀 表 的 設 置 等 。 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 。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 。 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 。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 。 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 。 閥 片 的 形 狀 有 圓 形 、 矩 形 等 。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 。④塔 板 結(jié) 構 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 。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 。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 。 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 。 溫 度自 下 而 上 逐 板 降 低 。 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 。 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 。 提 餾 段 則 起 著 回 收 原 料 中 易 揮 發(fā)組 分 的 作 用 。 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 。 顯 然 ， 用 塔 頂 冷 凝 器 的一 部 分 作 為 回 流 液 是 最 簡 單 的 方 法 。 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 。 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 。 通 過 不 同 的 組 合 ， 可 得 到 ｛ 2（ N1） ｝ !/｛ N!(N1)!｝ 個 分 離 序 列 。 通 常 情 況 下 多 采用 順 序 分 流 。 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 。 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 。 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 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 。（ 2） 精 餾 系 統(tǒng) 的 能 量 集 成 ： 通 過 再 沸 器 將 能 量 分 離 劑 加 入 精 餾 塔 內(nèi) ， 熱 能驅(qū) 動 蒸 餾 過 程 后 ， 引 起 有 效 能 損 失 ， 即 能 位 降 低 。 如 果 在 系 統(tǒng) 內(nèi) 有 多 個 精 餾 塔 或 有 適 宜 熱阱 ， 即 需 要 加 熱 的 冷 物 流 ， 則 可 將 以 上 排 出 的 熱 量 進 行 回 收 。有 時 為 回 收 低 品 位 熱 量 或 熱 劑 ， 集 合 精 餾 塔 內(nèi) 溫 度 分 布 的 特 點 ， 可 設 中 間 冷凝 器 或 中 間 再 沸 器 ， 以 節(jié) 省 高 品 位 的 冷 劑 或 熱 源 ， 減 少 系 統(tǒng) 的 有 效 能 損 失 ， 提高 精 餾 過 程 的 熱 力 學 效 率 。 輔助設備的選擇 精 餾 裝 置 除 了 精 餾 塔 主 體 設 備 外 ， 還 有 許 多 其 他 重 要 輔 助 設 備 。 此 外 裝 置 中 間 有 時 需 設 中 間 罐 、 物 料 在系 統(tǒng) 中 流 動 顯 然 還 必 須 有 輸 送 泵 。 通 常 需 要 對 進畢業(yè)設計說明書（論文）第 7 頁入 系 統(tǒng) 的 原 料 流 量 、 精 餾 塔 的 回 流 量 、 系 統(tǒng) 各 中 間 罐 的 液 面 及 塔 操 作 壓 力 和 溫度 加 以 控 制 ， 對 于 連 續(xù) 安 全 生 產(chǎn) 的 參 數(shù) 可 采 用 指 示 儀 表 ， 而 不 必 設 自 動 控 制 。 操 作 條 件 的 選 擇 通 常 以 物 系 的 性 質(zhì) 、 分 離 要求 等 工 藝 條 件 以 及 所 能 提 供 的 公 共 工 程 實 際 條 件 作 為 前 提 ， 以 達 到 某 一 目 標 為最 優(yōu) 來 選 擇 適 宜 操 作 條 件 。 同 時 ， 還 要 考 慮 本 裝 置 與 上 、 下 游 裝 置 銜 接 的 工況 。 操作壓力塔 內(nèi) 操 作 壓 力 的 選 擇 不 僅 牽 涉 到 分 離 問 題 ， 而 且 與 塔 頂 和 塔 底 溫 度 的 選 取 有關 。 因 此 如 果 在 常 壓 下 操 作 時 ， 塔 頂 蒸 氣 可 以 用 普 通 冷 卻 水 進行 冷 卻 ， 一 般 不 采 用 加 壓 操 作 。 （ 2） 考 慮 可 利 用 較 低 品 位 的 冷 源 使 蒸 氣 冷 凝 ， 且 壓 力 提 高 后 不 致 引 起 操 作上 的 其 他 問 題 和 設 備 費 用 的 增 加 ， 可 以 使 用 加 壓 操 作 。 進料狀態(tài)進 料 可 以 是 過 冷 液 體 、 飽 和 液 體 、 飽 和 蒸 汽 、 汽 液 混 合 物 或 過 熱 蒸 汽 。 從 設 計 角 度 來 看 ， 如 果 來 的 原 料 為 過 冷液 體 ， 則 可 考 慮 加 設 原 料 預 熱 器 ， 將 料 液 預 熱 至 泡 點 ， 以 飽 和 液 體 狀 態(tài) 進 料 。 但 是 ， 預 熱 進 料 導致 提 餾 段 氣 、 液 相 流 量 同 時 減 少 ， 從 而 引 起 提 餾 段 液 、 氣 比 的 增 加 ， 為 此 削 弱了 提 餾 段 各 板 的 分 離 能 力 ， 使 其 所 需 塔 板 數(shù) 有 所 增 加 。 如 果 再 沸 器 熱 源 要 求 溫 位 過 高 ， 也 可 選 擇 其 它 加 熱 劑 ， 加 燃 料 加 熱 的 導 熱油 等 。在 一 般 情 況 下 ， 加 熱 劑 不 能 與 塔 內(nèi) 物 料 混 合 ， 故 采 用 間 壁 式 換 熱 器 。 直 接 蒸 汽 加 熱具 有 較 高 的 傳 熱 效 率 ， 并 且 可 省 去 再 沸 器 ， 減 少 設 備 投 資 費 ， 且 所