一、判断题
1.进行蒸馏分离，混合溶液中易挥发组分在气相中的含量较液相中低。（）
2.回流液的作用，是使蒸汽部分冷凝的冷却剂，并使精馏稳定进行。（）
3.通过提馏段物料衡算得出的方程是提馏段操作线方程。（）
4.精馏塔釜的作用，是向最下面一块塔板供应蒸汽。（）
5.精馏（或蒸馏）的基本原理为：易挥发组分在气相中的含量大于它在液相中的含量。（）
6.普通精馏操作可分离所有的液体混合物。（）
7.全回流时，精馏所用理论板层数最多。（）
8.精馏是一种既符合传质规律，又符合传热规律的单元操作。（）
9.蒸馏是分离均相液的一种单元操作。（）
10.精馏操作线方程是指相邻两块塔板之间蒸气组成与液体组成之间的关系。（）
11.简单蒸馏属于间歇性操作。( )
12.精馏塔的进料板属于精馏段。( )
13.饱和蒸汽进料的进料线是一条与x轴垂直的直线。( )
14.浮阀塔板的特点是造价较高，操作弹性小，传质性差。（）
15.液泛不能通过压强降来判断。（）
16.筛板精馏塔的操作弹性大于泡罩精馏塔的操作弹性。（）
17.精馏过程中，平衡线随回流比的改变而改变。（）
18.蒸馏的原理是利用液体混合物中各组分溶解度的不同来分离各组分的。（）
19.精馏塔发生液泛现象可能是由于气相速度过大，也可能是液相速度过大。（）
20.蒸馏塔总是塔顶作为产品，塔底作为残液排放。（）
21.浮阀塔板结构简单，造价也不高，操作弹性大，是一种优良的塔板。（）
22.精馏操作的回流比减小至最小回流时，所需理论板数为最小。（）
23.精馏是传热和传质同时发生的单元操作过程。（）
24.正常操作的精馏塔从上到下，液体中轻相组分的浓度逐渐增大。（）
25.精馏操作中，回流比越大越好。（）
26.灵敏板温度上升，塔顶产品浓度将提高。（）
27.筛板塔板结构简单，造价低，但分离效率较泡罩低，因此已逐步淘汰。（）
28.精馏塔板的作用主要是为了支承液体。（）
29.连续精馏停车时，先停再沸器，后停进料。（）
30.回流是精馏稳定连续进行的必要条件。（）
31.二元溶液连续精馏计算中，进料热状态的变化将引起操作线与q线的变化。（）
32.精馏过程塔顶产品流量总是小于塔釜产品流量。（）
33.精馏塔的总板效率就是各单板效率的平均值。（）
34.精馏塔中温度最高处在塔顶。（）
35.评价塔板结构时，塔板效率越高，塔板压降越低，则该种结构越好。（）
36.通过简单蒸馏可以得到接近纯部分。（）
37.精馏操作的回流比减小至最小回流时，所需理论板数为最小。（）
38.理想的进料板位置是其气体和液体的组成与进料的气体和液体组成最接近。（）
39.精馏塔的操作弹性越大，说明保证该塔正常操作的范围越大，操作越稳定。（）
40.连续精馏预进料时，先打开放空阀，充氮置换系统中的空气，以防在进料时出现事故。（）
41.各层塔板同时多次进行部分气化和部分冷凝是混合物完全精馏分离的必要条件。（）
42.简单蒸馏过程中，釜液组成不断下降，馏出液组成不断上升。（）
43.当减小空塔气速和增大塔板间距，可使雾沫夹带量减小。（）
44.板式塔上升气体流速较小，气体通过升气孔道的动力不足以阻止板上液体经孔道流下时，便会出现漏
液现象。（）
45.连续精馏过程中，提馏段操作线方程，是表示提馏段内任一块理论塔板上的上升蒸汽组成与该板液相
组成之间的关系。（）
46.各层塔板同时多次进行部分气化和部分冷凝是混合物完全精馏分离的必要条件。（）
47.传质单元高度即相当于板间距，传质单元数即相当于理论板层数。（）
48.回流比愈小，达到一定分离要求所需要的理论塔板数愈小。（）
49.当减小空塔气速和增大塔板间距，可使雾沫夹带量减小。（）
50.当板式塔上升气体流速较小，气体通过升气孔道的动力不足以阻止板上液体经孔道流下时，便会出现
漏液现象。（）
二、选择题
1.当二组分液体混合物的相对挥发度为（）时，不能用普通精馏方法分离。
A. 3.0
B. 2.0
C. 1.0
D. 4.0
2.某精馏塔用来分离双组分液体混合物，进料量为100Kmol/h，进料组成为0.6 ,要求塔顶产品浓度不小于
0.9，以上组成均为摩尔分率，则塔顶产品最大产量为（）。
A . 60.5 kmol/h B. 66.7 kmol/h C. 90.4 kmol/h D. 不能确定
3.在t-x-y相图中，液相与气相之间量的关系可按（）求出。
A. 拉乌尔定律
B. 道尔顿定律
C. 亨利定律
D. 杠杆规则
4.q线方程一定通过x－y直角坐标上的点（）。
A. (x W,x W)
B. (x F,x F)
C. (x D,x D)
D. (0,x D/(R+1))
5.二元溶液的连续精馏计算中，进料热状态参数q的变化将引起（）的变化。
A. 平衡线
B. 操作线与q线
C. 平衡线与操作线
D. 平衡线与q线
6.精馏操作是用于分离（）。
A. 均相气体混合物
B. 均相液体混合物
C. 互不相溶的混合物
D. 气—液混合物
7. 混合液两组分的相对挥发度愈小，则表明用蒸馏方法分离该混合液愈（ ）。
A. 容易
B. 困难
C. 完全
D. 不完全
8. 设计精馏塔时，若F 、x F 、x D 、x W 均为定值，将进料热状况从q=1变为q>1，但回流比取值相同，则所
需理论塔板数将（ ），塔顶冷凝器热负荷（ ），塔釜再沸器热负荷（ ）。
A. 变大
B. 变小
C. 不变
D. 不一定
9. 连续精馏塔操作时，若减少塔釜加热蒸汽量，而保持馏出量Ｄ和进料状况（F, x F ,q ）不变时，则L/V( )，
L′/V′ ( )，x D ( ) ，x w ( )。
A. 变大
B. 变小
C. 不变
D. 不一定
10. 精馏塔操作时，若F 、x F 、q ，加料板位置、Ｄ和Ｒ不变，而使操作压力减小，则x D ( )，x w ( )。
A. 变大
B. 变小
C. 不变
D. 不一定
11. 操作中的精馏塔，保持F ，x F ，q ，D 不变，若采用的回流比R< R min ，则x D ( )，x w ( )。
A. 变大
B. 变小
C. 不变
D. 不一定
12. 全回流时的精馏过程操作方程式为 （ ） 。
A. y n = x n
B. y n-1 = x n
C. y n+1 = x n
D. y n+1 = x n+1
13. 精馏是分离（B ）混合物的化工单元操作，其分离依据是利用混合物中各组分（ ）的差异。
A. 气体
B. 液体
C. 固体
D. 挥发度
E. 溶解度
F. 温度
14. 精馏过程中，当进料为饱和液体时，以下关系（ ）成立。
A. q =0，L =L′ B . q =1，V =V′ C . q =0，L =V D. q =1，L =L′
15. 精馏过程中，当进料为饱和蒸汽时，以下关系（ ）成立。
A. q =0，L =L′ B . q =1，V =V′ C . q =0，L =V D. q =1，L =L′
16. 精馏过程的理论板假设是指（ ）。
A. 进入该板的气液两相组成相等
B. 进入该板的气液两相组成平衡
C. 离开该板的气液两相组成相等
D. 离开该板的气液两相组成平衡
17. 某二元混合物，若液相组成x A 为0.45，相应的泡点温度为t 1；气相组成y A 为0.45，相应的露点温度为
t 2，则（ ）。
A. 12t t <
B. 12t t =
C. 12t t >
D. 不能判断
18. 精馏塔的操作线是直线，其原因是（ ）。
A. 理论板假定
B. 理想物系
C. 塔顶泡点回流
D. 恒摩尔流假定
19. 分离某两元混合物，进料量为10kmol/h ，组成x F 为0.6，若要求馏出液组成不小于0.9，则最大的馏出
液量为（ ）。
A. 6.67kmol/h
B. 6kmol/h
C. 9kmol/h
D. 不能确定
20. 精馏塔中由塔顶往下的第n-1、n 、n+1层理论板，其气相组成关系为（ ）。
A. 11n n n y y y +->>
B. 11n n n y y y +-<<
C. 11n n n y y y +-==
D. 不确定
21. 在原料量和组成相同的条件下，用简单蒸馏所得气相组成为x D1，用平衡蒸馏得气相组成为x D2，若两
种蒸馏方法所得气相量相同，则（ ）。
A. x D1> x D2
B. x D1= x D2
C. x D1< x D2
D. 不能确定
22. 在精馏塔的图解计算中,若进料热状况变化,将使( )。
A. 平衡线发生变化
B. 操作线与q 线变化
C. 平衡线和q 线变化
D. 平衡线和操作线变化
23. 操作中的精馏塔,若选用的回流比小于最小回流比，则( )。
A. 不能操作
B.
D x 、w x 均增加 C. D x 、w x 均不变 D. D x 减小、w x 增加
24. 用精馏塔完成分离任务所需的理论板数为8（包括再沸器），若全塔效率为50%，则塔内实际板数为（ ）。
A. 16层
B. 12层
C. 14层
D. 无法确定
25. 精馏操作中，若将进料热状况由饱和液体改为冷液体进料，而其它条件不变，则精馏段操作线斜率（ ），
提馏段斜率( )，精馏段下降液体量( )，提馏段下降液体量( )。
A. 增大
B. 减小
C. 不变
D. 无法判断
26. 若连续精馏过程的进料热状况参数q=1/3，则其中气相与液相的摩尔数之比为（ ）。
A. 1/2
B. 1/3
C. 2
D. 3
27. 某精馏塔内，进料热状况参数为1.65，由此可判定物料以( )方式进料。
A. 饱和蒸汽
B. 饱和液体
C. 过热蒸汽
D. 冷流体
28. 当高真空精馏时，选用( )为宜，因其阻力降最小。
A ．泡罩塔
B ．浮阀塔
C ．筛板塔
D ．填料塔
29. 当物料有结垢现象时,选用( ) 最合适。
A ．填料塔
B ．浮阀塔
C ．一般筛板塔
D ．大孔径筛板塔
30. 塔板上布置出口安定区的目的是为了( )。
A ．防止雾沫夹带量过高
B ．防止越堰液体的气泡夹带量过高
C ．防止漏液量过大
D ．液体分布不均匀
31. 二元精馏计算过程中操作线为直线，主要基于 （ ）。
A. 理想物系 ；
B. 理论板假定；
C. 恒摩尔流假定；
D.等分子反向扩散。
32. 某连续精馏塔，因设备改造，使提馏段理论板数增加，精馏段理论板数不变，且F 、F x 、q 、R 、V 、
D 等均不变，则此时（ ）
A.
W x 减小，D x 不变； B. W x 减小，D x 增大；
C. W x 减小，D x 的变视情况而定；
D. W x 减小，D x 减小。 33. 精馏塔中引入回流，下降的液相与上升的汽相发生传质，使上升的汽相中轻组分浓度提高，最恰当的
说法是（ ）。
A.液相中轻组分进入汽相；
B.汽相中重组分进入液相；
C.液相中轻组分、重组分同时进入汽相，但其中轻组分较多；
D. 液相中轻组分进入汽相和汽相中重组分进入液相同时发生。
34.全回流时，
x
y 图上精馏段操作线的位置（）。
A.在对角线之上
B. 在对角线与平衡线之间
C.与对角线重合
D. 在对角线之下
35.降液管内液体表观停留时间不得少于3-5秒的限制,是为了( )。
A．气液有足够时间分离B．气液有足够时间传质
C．气体流动阻力不过大D．液体流动时间不过大
36.当塔板操作上限是过量雾沫夹带时,提高操作上弹性,可采取( )措施。
A．增大降液管B．增加堰高C．增大板间距D．增长堰长
37.塔板开孔率过大,会引起( )
A．降液管液泛B．漏液严重C．板压降上升D．雾沫夹带过量
38.某精馏塔的理论板数为16块（不包括塔釜），全塔效率为0.5，则实际塔板数为（）块（不包括
塔釜）。
A. 34
B. 31
C. 30
D. 32
39.操作中精馏塔，保持F，F
x，q，V＇不变，减少D，则塔顶易挥发组分回收率η变化为（）
A. 变大
B. 变小
C. 不变
D. 不确定
40.精馏过程的操作线为直线，主要基于（）。
A.恒摩尔流假定
B. 塔顶泡点回流
C. 理想物系
D. 理论板假定
41.精馏塔操作线的斜率为R/(R+1),全回流时，其斜率等于（）。
A. 0
B. 1
C. -1
D. ∝
三、填空题
1.对于二元理想溶液, 若重组分含量（），则泡点温度越低。
2.对于二元理想溶液, x-y图上的平衡曲线离对角线越近, 说明该物系（）。
3.使精馏段和提馏段操作线方程重合的操作条件是（）。
4.用逐板计算法求理论板层数时，当有x n-1 > x q且x n < x q，则精馏段理论板层数为（）块。
5.精馏是利用各组分之间的（）不同而达到分离各组分的。
6.原料相同，若气化率相同，则平衡蒸馏比简单蒸馏的分离效果（）。
7.理论板是指( )。
8.完成一个精馏操作的两个必要条件是（）和塔底上升蒸气。
9. 在精馏操作中，由于工艺条件变化，进料状态由气相变为液相，提馏段操作线斜率 。（减小，
增大，不变，变化不确定）
10. 实际生产中进行间歇精馏操作，一般将（ ）和（ ）种操作方式结合起来。
11. 常压板式塔进行精馏操作，通常塔板上气液两相的接触状态包括（ ）、（ ）和
（ ）。
12. 平衡蒸馏（闪蒸）的操作温度是在操作压力下混合物的（ ）。
（泡点温度，露点温度，泡点和露点温度之间）
13. 蒸馏操作的依据是组分间的（ ）差异。
14. 在馏出率相同条件下，简单蒸馏所得馏出液浓度（ ）平衡蒸馏。
（高于、低于、等于、或高于或低于）
15. 塔顶全凝器改为分凝器后，其它操作条件不变，则所需理论塔板数（ ）。（增多、减少、不变、
不确定）
16. 设计某二元理想溶液精馏塔时，如保持W D F x x x F ,,, 不变，则随进料热状况参数的增加，其最小回流
比 。（增大、减小、不变、不确定）
17. 某泡点进料的连续精馏中，44.2,35.0==αF x ,当90.0=D x 时，达到此分离要求的最小回流比
=min R ______________ 。
18. 两股不同组成的料液进同一精馏塔分离，两股料分别进入塔的相应塔板和两股料混合后再进塔相比，
前者能耗 后者。（大于、小于、等于、不确定）
19. 连续精馏塔操作时, 增大塔釜加热蒸汽用量，若回流量和进料的F 、F x 、q 都不变，则L/V_____ 。
(增大、减少、不变、不确定)
20. 塔顶和进料操作条件不变，易挥发组分回收率不变，设计精馏塔时，用直接蒸汽加热釜液与用间接蒸
汽加热相比，残液组成W x __________ 。 (增大、减小、不变、不确定)
21. 试比较某精馏塔中第ｎ，ｎ＋1层理论板上参数的大小（理论板的序数由塔顶向下数起），即：1
+n y ＿n y n t ＿1+n t ，n y ＿n x (大于、小于、等于、不确定） 22. 某二元物系的相对挥发度α＝3，在具有理论板的精馏塔内于全回流条件下作精馏塔操作，已知
n x ＝0.3，则1-n y ＝__________（由塔顶往下数）
23. 某连续精馏塔的设计任务为：原料为F x F ,，要求塔顶为D ，D x ，塔底为W x 。若选定回流比R 加
料状态由原来的饱和蒸汽改为饱和液体，则所需的理论板数N_____________，提馏段下降液体量L ’ 增加______。(增加、减小、不变)
24. 举出四种型式的塔板:_______、______、_______、________。
(筛孔塔板、 泡罩塔板、浮阀塔板、舌形塔板、网孔塔板、垂直塔板、多降液管塔板、林德筛板、无溢流塔板等中的四种)；
四、简答题（共10分）
1. 全回流操作和最小回流比操作各有什么特点，如何确定回流比？
2. 在板式精馏塔的塔板上，气液两相是怎样进行传热、传质的？
五、计算题（共50分）
1．在连续精馏塔中分离某组成为0.5（摩尔分率，以下同）的两组分理想溶液。泡点进料。塔顶采用分凝器和全凝器。分凝器向塔内提供回流液，其组成为0.88，全凝器提供组成为0.95的合格产品。塔顶馏出液中易挥发组分的回收率为96%。若测得塔顶第一块板上的液相组成为0.79。试求：（1）操作回流比和最小回流比（2）若馏出液量为100Kmol/h ，则原料液流量为多少？
2．在连续精馏塔中分离苯-甲苯混和液，进料量为100Kmol/h ，组成为0.5（mol%，下同），相对挥发度α=3，泡点进料。要求釜液中含苯不高于2%，塔顶馏出液中苯的回收率为0.98，回流比为最小回流比的1.5倍。求： （1）塔顶、塔釜量 （2） 最小回流比 （3）精馏段和提馏段上升的蒸气和下降的液体量 （4） 精馏段和提馏段操作线方程 （5）全塔最小理论板层数。
3．实验测得常压精馏塔在部分回流情况下，在精馏段相邻两塔板的上升气相组成为
885.0=n y ，842.01=+n y ，已知操作条件下平均相对挥发度5=α，回流比 5.3=R ,塔顶产品组成 95.0=D x （以上均为易挥发组分的摩尔分率）。求以汽相组成表示的第n 板的单板效率。
4．某连续精馏塔的操作线方程为：263.0723.0+=x y （精馏段）；0188.025.1-=x y （提馏段）。若为过冷液体进料，且进料热状况参数为1.2，进料量为h kmol F /75=。试求：
5．连续精馏塔有塔板8层，塔顶采用全凝器，用以分离二元理想混合液，料液含A35%, 泡点进料，馏出液含A70％，塔釜液含A10％（以上为摩尔分数），已知相对挥发度5.2=α，回流比为4.5，求理论塔板数t N 。
6．用常压精馏塔分离双组分理想混合物， 泡点进料， 进料量100kmol.h 1-，加料组成为
50.0=F x 塔顶产品组成95.0=D x ,产量 D ＝50kmol.h 1-，回流比R=2Rmin ，设全塔均为理论板，以上组成均为摩尔分率。相对挥发度α＝3。试求：
①Rmin(最小回流比) ；
②精馏段和提馏段上升蒸汽量；
③列出该情况下的提馏段操作线方程。
第40卷第9期2012年9月化学工程 CHEMICAL ENGINEERING （CHINA ）Vol．40No．9Sep．2012 收稿日期：2011-11-01作者简介：曹媛维（1979—），女，硕士，工程师，主要从事乙烯装置的工艺设计工作，电话：（010）58676692， E-mail ：caoyuanwei@hqcec．com 。乙烯装置丙烯精馏塔优化设计 曹媛维 （中国寰球工程公司，北京100029） 摘要：针对近年来大型乙烯装置中的丙烯精馏塔操作不稳定、能耗大的问题，利用PRO /Ⅱ软件模拟分析该塔流程，总结出随着装置规模大型化该塔采用多溢流塔板形式，计算中应考虑塔板形式对板效率取值的影响。当进料组成与设计工况不符或装置负荷增大时导致产品不达标的情况，可增设进料口在非设计工况下不同位置进料以满足分离的要求， 并且塔顶冷凝器和塔底再沸器需要考虑充分的设计余量。并创造性提出了，在传统工艺流程基础上在塔顶冷凝器后增设排放冷凝器进一步回收丙烯的节能优化方案，为实际生产提供建议性指导。关键词：丙烯精馏塔；操作波动；PRO /Ⅱ模拟中图分类号：TQ 051．81 文献标识码：B 文章编号：1005-9954（2012）09-0074-05DOI ：10．3969/j．issn．1005-9954．2012．09．0017 Optimization design of propylene rectifying column in ethylene plant CAO Yuan-wei （China HuanQiu Contracting ＆Engineering Corporation ，Beijing 100029，China ） Abstract ：According to high energy consumption and instable operation problems of propylene rectifying column in large-scale ethylene plants ，the propylene rectifying column system was simulated with PRO/Ⅱsoftware．The conclusion is that the influence of the tray type on the tray efficiency should be considered in calculation ，and it is better to use multi-overflow tray type for large-scale ethylene plant．If the propylene product is substandard in the inconsistent feed composition case or the increased duty case ， the added feed nozzles are prefered to switch the diffierent feed location for different case．Enough design margin should be considered for the top condenser and the bottom reboiler．The energy saving optimization scheme that adding a new vent condenser after the top condenser to recover more propylene product is creatively put forward ，which provides the constructive guidance for the actual production．Key words ：propylene rectifying column ；operation fluctuation ；PRO /Ⅱsimulation 丙烯主要用于生产聚丙烯、丙烯腈、环氧丙烷以 及异丙醇等， 是仅次于乙烯的重要石油化工原料［1］ 。丙烯衍生物的快速发展带动了丙烯需求的快速增长， 据估计从2006年到2015年全球范围内丙烯需求仍以4．9%的速度持续增长，中国的丙烯需求预计年均 增长达到6．3%［2］ 。目前从市场份额看，来自乙烯装置的丙烯占到59%，从炼厂轻烃分离装置回收的丙烯占到35%。本文针对乙烯装置实际运行中丙烯精馏塔进料组成和负荷波动大导致产品不合格、能耗高的问题，利用流程模拟软件PRO /Ⅱ优化该塔操作参数，并探索性地提出在冷凝器出口增设排放冷凝器进一步回收丙烯产品的工艺，为丙烯精馏塔在实际操作 中低能耗、平稳运行提供理论指导和建议。1原始工况的模拟计算 1．1 模拟计算条件 本模拟计算以80万t /a 乙烯装置丙烯精馏塔为例，该塔进料组成条件如表1所示。采出丙烯产品的规格按照GB/T 7716—2002中聚合级丙烯优等品（摩 尔分数99．6%），塔釜丙烯控制指标为摩尔分数≤2%。1．2模拟过程1．2．1 模拟图与模拟参数选择 工业生产中由于受到运输和加工制造的限制，将丙烯精馏塔分成双塔串联或并联操作，但在模拟
辽宁工业大学过程控制系统课程设计（论文）题目：精馏塔温度控制系统设计 院（系）：电气工程学院 专业班级：自动化093 学号： 090302074 学生姓名：杨昌宝 指导教师：（签字） 起止时间：
课程设计（论文）任务及评语 院（系）：电气工程学院教研室：自动化 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算
摘要 随着石油化工的迅速发展，精馏操作的应用越来越广，分流物料的组分越来越多，分离的产品纯度越来越高。采用提馏段温度作为间接质量指标，它能够较直接地反映提馏段产品的情况。将提馏段温度恒定后，就能较好地确保塔底产品的质量达到规定值。所以，在以塔底采出为主要产品、对塔釜成分要求比对馏出液高时，常采用提馏段温度控制方案。由于精馏塔操作受物料平衡和能量平衡的制约，鉴于单回路控制系统无法满足精馏塔这一复杂的、综合性的控制要求，设计了基于串级控制的精馏塔提馏段温度控制系统。 精馏塔的大多数前馈信号采用进料量。当进料量来自上一工序时，除了多塔组成的塔系中可采用均匀控制或串级均匀控制外，还有用于克服进料扰动影响的控制方法前馈—反馈控制。 前馈控制是一种预测控制，通过对系统当前工作状态的了解，预测出下一阶段系统的运行状况。如果与参考值有偏差，那么就提前给出控制信号，使干扰获得补偿，稳定输出，消除误差。前馈的缺点是在使用时需要对系统有精确的了解，只有了解了系统模型才能有针对性的给出预测补偿。但在实际工程中，并不是所有的干扰都是可测的，并不是所有的对象都是可得到精确模型的，而且大多数控制对象在运行的同时自身的结构也在发生变化。所以仅用前馈并不能达到良好的控制品质。这时就需要加入反馈，反馈的特点是根据偏差来决定控制输入，不管对象的模型如何，也不管外界的干扰如何，只要有偏差，就根据偏差进行纠正，可以有效的消除稳态误差。解决前馈不能控制的不可测干扰。 前馈反馈综合控制在结合二者的优点后，可以提高系统响应速度 关键词：提馏段温度前馈-反馈串级控制
中国石化扬子石油化工股份有限公司乙烯装置节能改造 丙烯精馏塔(E-DA-406N)安装说明及技术要求 一．概述： 扬子石化乙烯装置丙烯精馏塔（E-DA-406N，φ4000) 为新建塔；塔内件采用浙江工业大学专利塔盘——DJ塔盘，由浙江工业大学化学工程设计研究所设计，苏州市科迪石化工程有限公司制造，共82层。预焊件已先期焊接，故本次只安装塔内件(包括塔板和分布器)。 二．塔盘及分布器的安装： 安装工作自下而上进行。 1.根据图1112-406N-01中管口方位图，确定单、双层降液板的方位；单、双层降液板 的方位互成90°。 2.根据图1112-406N-02和1112-406N-03所示的结构情况，以一层塔盘为单元，在塔 外进行组合以备吊装入塔。在组合这层塔盘时，零部件上的标记必须和该层所要求的标记相符。安装后，塔盘面水平度在整个面上的公差为9mm,降液管溢流堰顶端水平度公差为6mm，堰高允差为±3.0mm。首先组装梁和降液管，待降液管定位后再依次安装塔板,特别注意塔板序号及导流板方向。 3.1#～19#塔盘和降液管相同(序列号为1开头)；20#～82#塔盘和降液管相同(序列号 为2开头）。 4.进料分布器(管口11A,B)的安装见图1112-406N-11，分布管开孔向下。安装后，整 体水平度公差为6mm，调平后用螺栓固定。 5.回流分布器(管口10)的安装见图1112-406N-10，分布管开孔向下。安装后，整体水 平度公差为6mm，调平后用螺栓固定。 6.管口49、50的内接部分现场制作，详见图1112-406N-09。 7.人孔分别在塔顶、16#、32#、48#、64#塔盘之下。 三．说明： 1.若本公司所出图纸与现场情况不一致时，应由扬子石化的有关部门、设计方代表及 施工方代表现场协商解决并备案。
催化反应精馏法制乙酸乙酯 精馏是化工生产中常用的分离方法。它是利用气-液两相的传质和传热来达到分离目的。对于不同的分离对象，精馏方法也回有所差异。反应就留是精馏技术中的一个特殊领域。在操作过程中，化学反应与分离同时进行，故能显著提高总体转化率，降低能耗。此法在酯化、醚化、酯交换、水解等化工生产中得到应用，而且越来越显示其优越性。 （一）实验目的 1、了解反应精馏是既服从质量作用定律又服从相平衡规律的复杂过程，是反应和分离过程的复合，通过实验数据和结果，了解反应精馏技术比常规反应技术在成本和操作上的优越性。 2、了解玻璃精馏塔的构造和原理，学习反应精馏玻璃塔的操作和使用，掌握反应精馏操作原理和步骤。 3、学习用反应工程原理和精馏塔原理，对精馏过程做全塔物料衡算和塔操作过程的分析。 4、了解反应精馏与常规精馏的区别，掌握反应精馏法是适宜的物系。 5、学习气相色谱的原理和使用方法，学会用气相色谱分析塔内物料的组成，了解气相色谱分析条件的选择和确定方法，并学习根据出峰情况来改变色谱条件。 6.学习用色谱分析，进行定量和定性的方法，学会求取液相分析物校正因子及计算含量的方法和步骤。了解气相色谱仪及热导池检测器的原理，了解分离条件的选择和确定。 （二）实验原理 1 反应精馏原理 反应精馏是随着精馏技术的不断发展与完善，而发展起来的一种新型分离技术。通过对精馏塔进行特殊改造或设计后，采用不同形式的催化剂，可以使某些反应在精馏塔中进行，并同时进行产物和原料的精馏分离，是精馏技术中的一个特殊领域。 在反应精馏操作过程中，由于化学反应与分离同时进行，产物通常被分离到塔顶，从而使反应平衡被不断破坏，造成反应平衡中的原料浓度相对增加，使平衡向右移动，故能显著提高反应原料的总体转化率，降低能耗。同时，由于产物与原料在反应中不断被精馏塔分离，也往往能得到较纯的产品，减少了后续分离和提纯工序的操作和能耗。此法在酯化、醚化、酯交换、水解等化工生产中得到应用，而且越来越显示其优越性。 反应精馏过程不同于一般精馏，它既有精馏的物理相变之传递现象，又有物质变性的化学反应现象。两者同时存在，相互影响，使过程更加复杂。在普通的反应合成酯化、醚化、酯交换、水解等过程中，反应通常在反应釜内进行，而且随着反应的不断进行，反应原料的浓度不断降低，产物的浓度不断升高，反应速度会越来越慢。同时，反应多数是放热反应，为了控制反应温度，也需要不断地用水进行冷却，造成水的消耗。反应后的产物一般需要进行两次精馏，先把原料和产物分开，然后再次精馏提纯产品浓度。而在反应精馏过程中，由于反应发生在塔内，反应放出的热量可以作为精馏的加热源，减少了精馏的釜加热蒸汽。而在塔内进行的精馏，也可以使塔顶直接得到较高浓度的产品。由于多数反应需要在催化剂存在下进行，一般分均相催化和非均相催化反应精馏。均相催化反应精馏一般用浓硫酸等强酸做催化剂，具有使用方便等优点，但设备腐蚀严重，造成在工业应用中对设备要求高，生产成本大等缺点。非均相催化反应精馏一般采用离子交换树脂，重金属盐类和丝光沸石分子筛等固体催化剂，可以装填在塔板上或用纤维布等包裹，分段装填在精馏塔内。一般说来，反应精馏对下列两种情况特别适用： （1）可逆平衡反应。一般情况下，反应受平衡影响，转化率只能维持在平衡转化的水平；而实际反应中只能维持在低于平衡转化率的水平。因此，产物中不但含有大量过量，造成后续分离过程的操作成本提高和难度加大，而在精馏塔钟进行的酯化或醚化反应，往往因为生成物中有低沸点或高沸点物质存在，而多数会和水形成最
目录 第一章概述 (4) 第二章脱丙烯精馏塔工艺计算 (5) 2.1 设计方案简介 (5) 2.2 主要物性数据 (5) 2．3物料衡算 (5) 2.3.1确定关键组分塔顶、塔底的分布量. (6) 2.4确定塔操作条件 (6) 2.4.1.确定塔顶温度： (6) 2.4.2.确定进料温度。 (6) 2.4.3.确定塔底温度. (7) 2.4.4. 各组分相对挥发度 (7) 2.5确定最小回流比。 (8) 2.6理论塔板数与实际板数。 (8) 2.6.1.求定最少理论板数 (8) 2.6.2. 计算实际回流比R及理论塔板数 (9) 2.6.3.计算全塔平均板效率 (9) 2.6.4. 计算实际塔板数和进料板位置 (9) 2.7确定冷凝器和再沸器的热负荷 Q Q (10) ,C r 第三章物料的性质计算 (12) 3.1 求气液负荷 (12) 3.2 平均摩尔质量的计算 (12)
3.2.1 塔顶平均摩尔质量计算 (12) 3.2.2 进料平均摩尔质量计算. (12) 3.2.3 塔底平均摩尔质量计算. (13) 3.3 平均密度计算 (13) 3.3.1 气体平均密度计算 (13) 3.3.2 液体平均密度计算 (13) 3.3.3 液体平均表面张力计算。 (15) 3.3.4 液体平均粘度的计算。 (15) 第四章精馏塔的工艺尺寸计算。 (17) 4.1 塔高的计算。 (17) 4.1.1 塔径D的计算。 (17) 4.2 塔板设计 (18) 4.2.1 确定塔板溢流形式 (18) 4.2.2降液管以及溢流堰的尺寸 (18) 4.2.3核算阀孔动能因数及孔速 (20) 4.2.4计算塔板开孔率 (20) 4.2.5 浮阀塔板设计的校核 (20) 4.2.6 塔板负荷性能图。 (22) 第五章塔附属设备的设计 (25) 5.1主要接管尺寸的计算 (25) 5.1.1进料管 (25) 5.1.2回流管 (25)
精馏塔的控制 12.1 概述? 精馏是石油、化工等众多生产过程中广泛应用的一种传质过程，通过精馏过程，使混合物料中的各组分分离，分别达到规定的纯度。 ?分离的机理是利用混合物中各组分的挥发度不同（沸点不同），使液相中的轻组分（低沸点）和汽相中的重组分（高沸点）相互转移，从而实现分离。 ?精馏装置由精馏塔、再沸器、冷凝冷却器、回流罐及回流泵等组成。 精馏塔的特点精馏塔是一个多输入多输出的多变量过程，内在机理较复杂，动态响应迟缓、变量之间相互关联，不同的塔工艺结构差别很大，而工艺对控制提出的要求又较高，所以确定精馏塔的控制方案是一个极为重要的课题。而且从能耗的角度，精馏塔是三传一反典型单元操作中能耗最大的设备。 一、精馏塔的基本关系 （1）物料平衡关系总物料平衡： F=D+B (12-1) 轻组分平衡：F z f =D x D +B x B (12-2) 联立（12-1）、（12-2）可得： （2）能量平衡关系 在建立能量平衡关系时，首先要了解分离度的概念。所谓分离度s 可用下式表示： 回流泵 冷凝器 气液分离器 精馏塔 进料 再沸器 釜液 馏出液 冷剂 热剂 B,x B D,x D F,z F L L B L D V B D f D B B f D x x x z F D x x z D F x --= +-=)((12-3) ) 1()1(D B B D x x x x s --=(12-5)
可见，随着s 的增大，x D 也增大，x B 而减小，说明塔系统的分离效果增大。影响分离度s 的因素很多，如平均相对挥发度、理论塔板数、塔板效率、进料组分、进料板位置，以及塔内上升蒸汽量V 和进料F 的比值等。对于一个既定的塔来说： 式（12-6）的函数关系也可用一近似式表示： 或可表示为： 式中β为塔的特性因子由上式可以看到，随着V /F 的增加，s 值提高，也就是x D 增加， x B 下降，分离效果提高了。由于V 是由再沸器施加热量来提高的，所以该式实际是表示塔的能量对产品成分的影响，故称为能量平衡关系式。由上分析可见， V /F 的增加，塔的分离效果提高，能耗也将增加。 对于一个既定的塔，包括进料组分一定，只要D /F 和V /F 一定，这个塔的分离结果，即 x D 和x B 将被完全确定。也就是说，由一个塔的物料平衡关系与能量平衡关系两个方程式， 可以确定塔顶与塔底组分待定因素。 上述结论与一般工艺书中所说保持回流比一定，就确定了分离结果是一致的。二、精馏塔的控制要求精馏塔的控制目标是，在保证产品质量合格的前提下，使塔的总收益（利润）最大或总成本最小。具体对一个精馏塔来说，需从四个方面考虑，设置必要的控制系统。 （1）产品质量控制； （2）物料平衡控制； （3）能量平衡控制； （4）约束条件控制（液泛限、漏液限、压力限、临界温差限等）。 防止液泛和漏液，可以塔压降或压差来监视气相速度。三、精馏塔的主要干扰因素精馏塔的主要干扰因素为进料状态，即进料流量F 、进料组分z f 、进料温度T f 或热焓F E 。 此外，冷剂与热剂的压力和温度及环境温度等因素，也会影响精馏塔的平衡操作。 所以，在精馏塔的整体方案确定时，如果工艺允许，能把精馏塔进料量、进料温度或热焓加以定值控制，对精馏塔的操作平稳是极为有利的。 12.3 精馏塔被控变量的选择 通常，精馏塔的质量指标选取有两类：直接的产品成分信号和间接的温度信号。 一、采用产品成分作为直接质量指标 成分分析仪表的制约因素： ①分析仪表的可靠性差； ②分析测量过程滞后大，反应缓慢； ③成分分析针对不同的产品组分，品种上较难一一满足。 二、采用温度作为间接质量指标 )(F V f s =(12-6) s F V ln β=) 1()1(ln D B B D x x x x F V --=β(12-7) (12-8)
独山子石化千万吨炼油及百万吨乙烯项目丙烯精馏塔吊装方案 中国石油天然气第六建设公司 2006年11月27日
目录 一．设备的主要参数 (1) 二．编制依据 (1) 三．吊装方案的选择 (1) 四．单门型液压吊装系统的配置 (4) 五．吊耳的设置 (5) 六.溜尾吊车的最大受力 (5) 七.有关受力计算 (5) 八.吊索具的选用 (8) 九.吊装平面布置 (10) 十．吊装施工组织机构 (10) 十一.进度计划 (11) 十二.德马格CC—2800—1型600t履带吊的主要起重性能表 (12) 十三. 吊装安全技术措施 (12) 十四. 设备吊装所需的机具及材料 (13) 附图施工进度计划 (16)
一．设备的主要参数 根据施工蓝图，独山子石化乙烯裂解装置中的两台丙烯精馏塔(C-5501A/B)的空塔重量为900t，增加劳动保护、焊接内件等后吊装重量约为1200t，塔体的内径为φ5700mm，塔体的高度为107900mm，设备的基础标高为▽+0.3m。 二．编制依据 1．SH/T3536—2002《石油化工工程起重施工规范》 2．HG 20201—2000《工程建设安装工程起重施工规范》 3．SH/T3515—2003《大型设备吊装工程施工工艺标准》 4．KRAMO液压吊装系统设计计算书 5．丙烯精馏塔(C-5501A/B)的设计图纸 6．乙烯装置的设备平面图 三．吊装方案的选择 对这2台超大型设备的吊装，其实吊装方案的选择只有两种：一种是分段吊装，在空中组对、焊接和热处理，并在直立的状态下进行水压试验；另一种是在地面上将塔设备组焊成整体，并且在地面上做完热处理和水压试验，在将梯子、平台及附塔管线等装上之后，然后再整体吊装。从技术上来看，这两种吊装方案都是可行的，都能达到将塔设备吊装就位的目的。但经过分析、比较和充分地论证，我们认为将超大型设备在地面的滚胎上卧式组对焊接成整体，并将附塔管线、梯子、平台、防腐保温、电气仪表等工作尽可能在地面上完成后，再进行整体吊装的方案更为合理些，其理由如下： 1.可以最大限度地保证设备组对和焊接的质量 设备在地面上组焊可以使用滚胎、自动焊等机具，其组焊条件与制造厂内的条件差不多，与在空中组对和焊接相比，设备在地面上组对的尺寸容易控制，焊接的质量也有保证。 2.可以最大限度地缩短安装工期 设备如果分段吊装，在空中组对和焊接，则只有一个工作面，并且只能在白天作业，因为在夜间不允许进行高空作业。 而设备如果在地面上组对、焊接，就可以有很多个工作面，可以根据工程进度的需要增加组焊机具或人力，可以三班倒，每天24小时连续作业，这样可以大大地缩短设备组对和焊接的时间，缩短设备安装的工期。 3.有利于施工的安全
第32卷第12期辽 宁 化 工Vo l.32,No.122003年12月L iao ning Chemical Industry December,2003 连续反应精馏合成乙酸异丙酯 许前会,张秋荣 (淮海工学院,江苏连云港222005) 摘 要: 以乙酸和异丙醇为原料通过连续反应精馏合成乙酸异丙酯,实验研究了影响反应的因素,结果表明最佳合成条件为:酸醇比1 1.2,回流比3,异丙醇的进料流量2mL /min,硫酸用量为乙酸体积的2%,乙酸异丙酯的最大收率为92.5%。关 键 词: 反应精馏;酯化;乙酸异丙酯 中图分类号: T Q 225.24 文献标识码: A 文章编号: 10040935(2003)12051002 乙酸异丙酯是一种重要的精细化工中间体,对多种合成树脂有优良的溶解能力,是乙基纤维素、硝基纤维素、聚苯乙烯、甲基丙烯酸酯树脂等许多合成树脂的优良溶剂[1] ;常用作脱水剂、药 物生产中的萃取剂及香料组分[2] 。传统的工业生产方法[3]是将乙酸和异丙醇在硫酸催化下进行酯化反应,再经中和、脱水、精馏而得产品,工艺长,设备多,能耗大;另外,由于受到反应平衡的限制,原料的转化率只有71%左右[4]。而反应精馏工艺克服了上述缺陷,在乙酸乙酯、甲基叔丁基醚等工业生产中已经得到广泛应用[5] 。但采用连续反应精馏法合成乙酸异丙酯的工艺目前国内尚未见报道,因此本实验对此进行了研究。 1 实验部分 1.1 实验仪器及试剂 冰醋酸(AR 级,徐州溶剂厂),异丙醇(AR 级,上海化学试剂公司),硫酸(AR 级,上海化学试剂公司)。 气相色谱:气相色谱(GC910,上海分析仪器厂),采用GDX103柱,热导池检测,检测室温度110 。 反应精馏装置见图1。填料为高效 金属丝网,塔釜温、顶温及塔顶冷凝液的回流采用自动控制,全回流下以甲醇-水体系测得全塔理论板数 为42块。 图1 反应精馏装置 1 冷却水; 2 塔头; 3 测温元件; 4 摆针; 5 电磁铁; 6 集液管; 7 乙酸及硫酸加料管; 8 乙酸加料泵; 9 塔柱;10 异丙醇加料管;11 异丙醇加料泵;12 压差计;13 出料管;14 反应釜;15 电热套 2 实验方法 将硫酸与乙酸按照一定的比例混合后用加料泵打入塔内,打开塔顶冷凝水,开启塔釜加热器给反应物升温,待沸腾以后,从塔下段用泵连续加入异丙醇,分别打开塔下段和上段保温电源,调节适当电流给塔保温;全回流操作30min 以后,打开 收稿日期: 2003-09-16 作者简介: 许前会(1970-),女,讲师。
目录 1. 精馏塔控制系统介绍 (1) 1.1精馏塔原理 (1) 2. 精馏塔精馏段控制分析 (2) 2.1精馏塔精馏段的控制要求 (2) 2.2精馏塔精馏段的扰动分析 (3) 2.3精馏塔被控变量的选择 (6) 3. 比值控制系统 (7) 3.1 比值控制系统简介 (7) 3.2 比值控制系统的设计 (7) 4. 精馏塔精馏段温度比值控制系统设计 (9) 4.1精馏塔精馏段比值控制系统参数的选择 (9) 4.2控制参数的确定 (9) 4.3现场仪表选型，编制有关仪表信息的设计文件 (9) 4.4系统方块图 (10) 5. 分析被控对象特性，选择控制算法（调节器控制规律的确定） (11) 5.1比值系数的确定 (11) 6. 精馏塔精馏段温度控制分析 (12) 7. 系统仿真与参数整定 (14) 7.1 控制系统的Simulink仿真框图 (14) 7.2 PID参数整定 (14) 8. 课程设计总结 (18) 9. 参考文献 (19)
1.精馏塔控制系统介绍 1.1精馏塔原理 精馏塔是进行精馏的一种塔式汽液接触装置，又称为蒸馏塔。有板式塔和填料塔两种主要类型。根据操作方式又可分为连续精馏塔和间歇精馏塔。 蒸汽由塔底进入，与下降液进行逆流接触，两相接触中，下降液中的易挥发组分不断地向蒸汽中转移，蒸汽中的难会发组分不断地向下降液中转移，蒸汽越接近塔顶，其易挥发组分浓度越高，而下降液越接近塔底，其难挥发组分则越富集，达到组分分离的目的。由塔顶上升的蒸汽进入冷凝器，冷凝的液体的一部分作为回流液返回塔顶进入精馏塔中，其余的部分则作为馏出液取出。塔底流出的液体，其中的一部分送入再沸器，热蒸发后，蒸汽返回塔中，另一部分液体则作为釜残液取出。蒸馏的基本原理是将液体混合物部分气化，利用其中各组分挥发度不同的特性，实现分离目的的单元操作。蒸馏按照其操作方式可分为：简单蒸馏，闪蒸，精馏，特殊精馏等。 1.2精馏装置的作用 （1）精馏段的作用 加料版以上的塔段为精馏段，其作用是逐板增加上升气相中的易挥发组分的浓度。 （2）提馏段的作用 包括加料版在内的以下塔板为提馏段，其作用是逐板提取下降的液相中易挥发组分。 （3）塔板的作用 塔板是供气液两相进行传质和传热的场所。每一块塔板上气液两相进行双向传质，只要有足够的塔板数，就可以将混合液分离成两个较纯净的组分。 （4）再沸器的作用 其作用是提供一定流量的上升蒸气流。 （5）冷凝器的作用 其作用是提供塔顶液相产品并保证有适当的液相回流。回流主要补充塔板上易挥发组分的浓度，是精馏连续定态进行的必要条件。精馏是一种利用回流使混合液得到高纯度分离的蒸馏方法。
年产5.4万吨丙烯精馏塔 的工艺设计
目录 摘要............................................................. I 第1章绪论.. (2) 1.1丙烯的性质 (2) 1.1.1 丙烯的物理性质 (2) 1.1.2 丙烯的化学性质 (2) 1.2丙烯的发展前景 (2) 1.3丙烯的生产技术进展 (3) 1.3.1 概况 (3) 1.3.2 丙烯的来源 (3) 1.3.3 丙烯的生产方法 (3) 1.3.4 丙烯生产新技术现状及发展趋势 (4) 第2章丙烯精馏塔的物料衡算及热量衡算 (4) 2.2.1 确定关键组分 (5) 2.2.2计算每小时塔顶产量 (5) 2.2.4物料衡算计算结果见表2.5 (7) 2.3塔温的确定 (8) 2.3.1 确定进料温度 (8) 2.3.2 确定塔顶温度 (8) 2.3.3 确定塔釜温度 (8) 第3章精馏塔板数及塔径的计算 (10) 3.1塔板数的计算 (10) 3.1.1 最小回流比的计算 (10) 3.1.2 计算最少理论板数 (11) 3.1.3 塔板数和实际回流比的确定 (11) 3.2确定进料位置 (11) 3.3全塔热量衡算 (12)
3.3.1 冷凝器的热量衡算 (12) 3.3.2 再沸器的热量衡算 (13) 3.3.3 全塔热量衡算 (13) 3.4板间距离的选定和塔径的确定 (14) 3.4.1 计算混合液塔顶、塔釜、进料的密度及气体的密度 (14) 3.4.2 求液体及气体的体积流量 (16) 3.4.3 初选板间距及塔径的估算 (17) 3.5浮阀塔塔板结构尺寸确定 (18) 3.5.1塔板布置 (18) 3.5.2 溢流堰及降液管设计计算 (19) 3.6塔高的计算 (21) 第四章流体力学计算及塔板负荷性能图 (22) 4.1水利学计算 (22) 4.1.1 塔板总压力降的计算 (22) 4.1.2 雾沫夹带 (23) 4.1.3 淹塔情况校核 (26) 4.2浮阀塔的负荷性能图 (27) 4.2.1 雾沫夹带线 (27) 4.2.2 液泛线 (28) 4.2.3 降液管超负荷线 (29) 4.2.4泄露线 (29) 4.2.5 液相下限线 (30) 4.2.6 操作点 (30) 总论 (32) 致谢 (33) 参考文献 (35) 附录 (38)
反应精馏 摘要：反应精馏是化学反应和精馏过程耦合为一体的单元操作，已成为当今的重要研究领。本文总结了反应精馏的优点、基本要求、以及操造作流程等。 关键字：反应精馏、精馏、反应 1 反应精馏技术概述 反应精馏(Reactive Distilation简称RD)是蒸馏技术中的一个特殊领域，它是化学反应与蒸馏相耦合的化工过程，有关精馏的早期研究始于1921年，反应精馏概念由Backhaus提出从20世纪30年代到60年代初，主要对一些特定体系的工艺条件进行探索，并且局限于板式塔中的均相反应精馏。一直到60年代末，才开始对反应精馏的一般性规律进行研究。70年代后，开始转向反应精馏的工艺计算，同时也开始对催化精馏进行研究。20世纪80年代后，反应精馏模拟计算的研究异常活跃，为优化操作和设计装置提供了极为有力的工具，数学模型也由平衡级模型拓展到非平衡级模型进而发展到90年代末的非平衡池模型，可模拟气相和液相在级上的停留时问分布和较准确地描述反应和传质行为，是对非平衡级模型的提高和进一步完善，是非常有前途的反应精馏模型。 1.1反应精馏的优点
反应精馏与常规精馏都是在普通的蒸馏塔中进行，但由于精馏操作和化学反应的相互影响，反应精馏具有自身显著的优点，主要有以下几点： 1)提高了反应物的转化率和选择性，有些情况下可使反应物的转化率接近100 。对于可逆反应，蒸馏操作把生成物从反应体系中移走，使化学反应不断向正方向移动，加大了反应物的转化率。对于连串反应，蒸馏操作及时地把中间产物从反应体系中移走，可以避免副产物的产生，同时提高了反应物的选择性。 2）化学反应过程容易控制。操作系统压力恒定，混合物的组成变化不大，则系统的温度分布将基本保持不变，使化学反应速率因温度的变化所受影响较小，也减小副反应发生的机率。 3) 减少设备投资费用和操作费用，也减少能量消耗。由于化学反应和精馏操作在一个精馏塔中进行，所以化学反应不需要专门的反应器，不必进行未参与反应的反应物二次蒸馏和重回反应器的操作，减少了能量消耗。若化学反应是放热反应，则产生的反应热可以被蒸馏操作直接利用，减少了再沸器提供的能量。 4) 设备紧凑，减少操作所需要占用的空间。 5) 可以有效地避免共沸物的形成给精馏分离操作所带来的困难。在反应精馏中，由于化学反应的存在，在常规精馏中存在的共沸体系在反应精馏中可能消失。 6) 对于一些用常规精馏难以分离的物系，使用反应精馏可以获得比较纯净的目的产物。如间二甲苯和对二甲苯是同分异构体，使用常
过程工艺与设备课程设计（精馏塔及辅助设备设计） 设计日期： 2010年7月6日 班级：化机0701班 姓名：梁昊穹 指导老师：韩志忠
化工原理是化工及其相关专业学生的一门重要的技术基础课，其课程设计涉及多学科知识，包括化工，制图，控制，机械等各种学科，是一项综合性很强的工作；是锻炼工程观念和培养设计思维的好方法，是为以后的各种设计准备条件；是化工原理教学的关键环节，也是巩固和深化理论知识的重要环节。 本设计说明书包括概述、方案流程简介、精馏塔、再沸器、辅助设备、管路设计和控制方案共七章。 说明中对精馏塔的设计计算做了较为详细的阐述，对于再沸器、辅助设备和管路和控制方案的设计也做了简要的说明。 在设计过程中，得到了韩志忠老师的指导，得到了同学们的帮助，同学们一起讨论更让我感受到设计工作是一种集体性的劳动，少走了许多弯路，避免了不少错误，也提高了效率。 鉴于学生的经验和知识水平有限，设计中难免存在错误和不足之处，请老师给予指正 感谢老师的指导和参阅！
前言- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 2 第一章概述- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 5 1.1精馏塔- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 5 1.2再沸器- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 5 1.3冷凝器- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 6 第二章方案流程简介- - - - - - - - - - - - - - - - - - 7 2.1 精馏装置流程- - - - - - - - - - - - - - - - - - - 7 2.2 工艺流程- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 7 2.3 调节装置- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 8 2.4 设备选用- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 8 2.5 处理能力及产品质量- - - - - - - - - - - - - - - - 8 第三章精馏过程系统设计- - - - - - - - - - - - - - - - 9 3.1设计条件- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 9 3.2物料衡算及热量衡算- - - - - - - - - - - - - - - - - 10 3.3塔板数的计算- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 11 3.4精馏塔工艺设计- - - - - - - - - - - - - - - - - - - 16 3.5溢流装置的设计- - - - - - - - - - - - - - - - - - - 17 3.6塔板布置和其余结构尺寸的选取- - - - - - - - - - - - 18 3.7塔板流动性能校核- - - - - - - - - - - - - - - - - - 19 3.8负荷性能图- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 21 3.9 塔计算结果表- - - - - - - - - - - - - - - - - - -24
第6章精馏塔控制系统 6.1 概述 精馏是化工、石油化工、炼油生产过程中应用极为广泛的传质传热过程。精馏的目的是利用混合液中各组分具有不同挥发度，将各组分分离并达到规定的纯度要求。精馏过程的实质是利用混合物中各组分具有不同的挥发度，即同一温度下各组分的蒸汽分压不同，使液相中轻组分转移到气相，气相中的重组分转移到液相，实现组分的分离。 轻组分的转移提供能量；冷凝器将塔顶来的上升蒸汽冷凝为液相，并提供精馏所需的回流。 精馏过程是一个复杂的传质传热过程。表现为：过程变量多，被控变量多，可操纵的变量也多；过程动态和机理复杂。因此，熟悉工艺过程和内在特性，对控制系统的设计十分重要。 6.1.1 精馏塔的控制要求 精馏塔的控制目标是：在保证产品质量合格的前提下，使塔的回收率最高、能耗最低，即使总收益最大，成本最小。 精馏过程是在一定约束条件下进行的。因此，精馏塔的控 制要求可从质量指标、产品产量、能量消耗和约束条件四方面 考虑。 1．质量指标 精馏塔的质量指标是指塔顶或塔底产品的纯度。通常，满 足一端的产品质量，即塔顶或塔底产品之一达到规定纯度，而 另一端产品的纯度维持在规定范围内。所谓产品的纯度，就二 元精馏来说，其质量指标是指塔顶产品中轻组分含量和塔底产 品中重组分含量。对于多元精馏而言，则以关键组分的含量来 表示。关键组分是指对产品质量影响较大的组分，塔顶产品的 关键组分是易挥发的，称为轻关键组分；塔底产品的关键组分 是不易挥发的，称为重关键组分。产品组分含量并非越纯越好， 原因是，纯度越高，对控制系统的偏离度要求就越高，操作成 本的提高和产品的价格并不成比例增加，因此纯度要求应与使图6.1-1 精馏塔示意图 用要求适应。 2．物料平衡控制 进出物料平衡，即塔顶、塔底采出量应和进料量相平衡，维持塔的正常平稳操作，以及上下工序的协调工作。物料平衡的控制是以冷凝罐（回流罐）与塔釜液位一定（介于规定的上、下限之间）为目标的。 3．能量平衡和经济平衡性指标 要保证精馏塔产品质量、产品产量的同时，考虑降低能量的消耗，使能量平衡，实现较好的经济性。 4．约束条件 精馏过程是复杂传质传热过程。为了满足稳定和安全操作的要求，对精馏塔操作参数有一定的约束条件。 气相速度限：精馏塔上升蒸汽速度的最大限。当上升速度过高时，造成雾沫带，塔板上的液体不能向下流，下层塔板的气相组分倒流到上层塔板，出现液泛现象。 最小气相速度限：指精馏塔上升蒸汽速度的最小限值。当上升蒸汽速度过低时，上升蒸汽不能托起上层的液相，造成漏夜，使板效率下降，精馏操作不能正常进行。
精馏塔常用的一些控制方案 塔的作用是在同一个设备中进行质量和热量的交换，是石油化工装置非常重要的设备。塔的型式有板式塔（泡罩塔、浮阀塔、栅板塔等）、填料塔（高效填料、常规填料、散装填料、规整填料等）、空塔。塔由筒体和内件组成。 蒸馏塔由精馏段和提馏段组成，进料口以上是精馏段，进料口以下是提馏段。 精馏塔的控制方案主要从塔压、釜温、顶温、塔釜液面四个方面来说明： 1．精馏操作中塔压的控制调节方法 塔的压力是精馏塔主要的控制指标之一。任何一个精馏塔的操作，都应当把塔压控制在规定的指标内，以相应地调节其它参数。塔压波动过大，就会破坏全塔的物料平衡和气液平衡，使产品达不到所要求的质量。所以，许多精馏塔都有其具体的措施，确保塔压稳定在适宜范周内。 对于加压塔的塔压，主要有以下三种调节方法 （1）塔顶冷凝器为分凝器时，塔压一般是靠气相采出量来调节的，如图6-1所示。在其它条件不变的情况下，气相采出量增大，塔压下降，气相采出量减小，塔压上升。
（2）塔顶冷凝器为全凝器时，塔压多是靠冷剂量的大小来调节，即相当于调节回流液温度，如图6-2所示。在其它条件不变的前提下，加大冷剂量，则回流液的温度降低，塔压降低，若减少冷剂量，回流液温度上升，塔压上升。 （3）热旁通(浸没式)法调节塔压。 对于常压塔的压力控制，主要有以下三种方法 （1）对塔顶压力在稳定性要求不高的情况下，无需安装压力控制系统，应当在精馏设备（冷凝器或回流罐）上设置一个通大气的管道，以保证塔内压力接近于大气压。 （2）对塔顶压力的稳定性要求较高或被分离的物料不能和空气接触时，塔顶压力的控制可采用加压塔塔压的控制方法，如图6-1、图6-2。
1 导论 本文主要是对精馏塔进出料进行控制，使得进料量与出料量达到平衡，以此来实现物料液位均衡状态，以避免物料过多溢出造成浪费，或者物料不足延误生产的问题，从而能够达到提高生产效率的目的。因此，首先针对精馏塔原理、均匀控制的由来和目的做一简单的介绍和说明。 1.1 精馏塔控制系统介绍 1.1 .1 精馏塔控制 精馏塔是进行精馏的一种塔式汽液接触装置，又称为蒸馏塔。有板式塔与填料塔两种主要类型。根据操作方式又可分为连续精馏塔与间歇精馏塔。 蒸汽由塔底进入，与下降液进行逆流接触，两相接触中，下降液中的易挥发(低沸点)组分不断地向蒸汽中转移，蒸汽中的难挥发(高沸点)组分不断地向下降液中转移，蒸汽愈接近塔顶，其易挥发组分浓度愈高，而下降液愈接近塔底，其难挥发组分则愈富集，达到组分分离的目的。由塔顶上升的蒸汽进入冷凝器，冷凝的液体的一部分作为回流液返回塔顶进入精馏塔中，其余的部分则作为馏出液取出。塔底流出的液体，其中的一部分送入再沸器，热蒸发后，蒸汽返回塔中，另一部分液体则作为釜残液取出。 蒸馏的基本原理是将液体混合物部分气化,利用其中各组份挥发度不 同（相对挥发度）的特性，实现分离目的的单元操作。蒸馏按照其操作方法可分为：简单蒸馏、闪蒸、精馏和特殊精馏等。 1.1.2控制要求及干扰因素 为了保证精馏生产工序安全、高效持续进行,改造生产工艺提出如下控制要求: (1) 保证产品质量。以塔顶产品的纯度作为质量参数进行控制,构建质量控制系统。 (2) 保证平稳生产。首先要使精馏塔的进料参数保持稳定;其次为了维持塔的物料平衡,要控制塔顶和塔底产品采出量,使其和等于进料量;再次塔内的储 液量应保持在限定的范围内;最后要控制塔内压力稳定。 (3) 满足约束条件。系统必须满足一些参数的极限值所限定的约束条件,如塔内气体流速的上下限、塔内压力极限值等。 (4) 节能要求及经济性。主要是再沸器的加热量和冷凝器的冷却能量消耗。影响产品质量指标和平稳生产的主要干扰因素有: ①进料流量( F) 的波动; ②进料成分( Z F) 的变化; ③进料温度( T F) 和进料热焓值( Q F) 的变化;④再沸器加热剂输入热量的变化; ⑤冷却剂在冷凝器内吸收热量的变化; ⑥环境温度
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第５期刘彬彬等：新型反应精馏集成过程与传统反应精馏过程的比较 图２多循环回路模型 Ｆｉｇ．２Ｍｏｄｅｌｗｉｔｈｍｕｌｔｉ?ｃｙｃｌｅｌｏｏｐ 由于侧反应器与精馏塔具有多个回路，因此在 采用ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ的序贯模块法进行模拟计算时需要 进行回路断裂，选择进入上一段精馏塔的进料流股 作为断裂流股，并在计算开始前给定初始值．每一个 断裂流股均需收敛，同时收敛所需运算时间较长，在 Ｉｎｔｅｌ双核３．４０ＧＨｚＣＰＵ、２Ｇ内存的计算机上，含５ 个侧反应器的反应精馏集成过程合成乙酸甲酯需要 ８３ｒａｉｎ经４８０次迭代才收敛．因此，建立快速、可靠 的带侧反应器反应精馏集成过程的模拟模型和计算 方法是进行过程设计与优化的关键． ２．３．２Ｍｕｒｐｈｒｅｅ板效率改进模型 将侧反应器作为一块没有分离能力的塔板，插 入到与精馏塔相连的上下两块塔板之间，则可以将 带侧反应器的反应精馏集成过程简化为如图３所示 的精馏塔模型． ｋ。：Ｊ●８吲一Ｉｌ¨。乒Ｊｆ薯‘ｌ▲ｓＬａｇｅｊ＋ｌ ｋｋ．塔板产Ｉ 进料 塔板，塔板ｊ＋ｌ 图３Ｍｕｒｐｈｒｅｅ板效率改进模型 Ｆｉｇ．３ ＭｏｄｉｆｉｅｄｍｏｄｅｌｂａｓｅｄｏｎＭｕｒｐｈｒｅｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ图３中：占为Ｍｕｒｐｈｒｅｅ板效率；Ｖ为塔内气相流量；Ｌ为塔内液相流量．在模型中存在２种塔板，通过Ｍｕｒｐｈｒｅｅ板效率区分分离塔板和反应塔板，分离塔板的Ｍｕｒｐｈｒｅｅ板效率设定为ｌ，反应塔板的Ｍｕｒ－ｐｈｒｅｅ板效率设定为０．将复杂的带侧反应器的反应精馏集成过程的模拟模型用一个精馏塔模型替代，这样就可以用ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ中的一个ＲＡＤＦＲＡＣ模块描述这个复杂模型． 同样对于一个含有５个侧反应器的新型反应精馏集成过程，采用以Ｍｕｒｐｈｒｅｅ板效率改进的ＲＡＤＦ－ＲＡＣ模块计算经过９次迭代就可以收敛，运算时间仅１０ｓ．采用多循环回路模型和Ｍｕｒｐｈｒｅｅ板效率改进模型得到的结果比较如表３所示． 表３模拟结果 Ｔａｂｌｅ３Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ 由表３可知，Ｍｕｒｐｈｒｅｅ板效率改进模型计算结果与多循环同路模型是一致的．但是迭代收敛时间减少很多。因此采用Ｍｕｒｐｈｒｅｅ板效率改进模型计算带侧反应器的反应精馏集成模型优势明显，以下的新型反应精馏集成过程的计算均采用该模型． ３结果与讨论 ３．１反应量的比较 图４为２种过程反应量的分布．由图４可知，对于传统反应精馏过程，反应量主要集中在第３２～３８块塔板，其中第３３、３４块塔板反应量最大超过５０ｋｍｏｌ／ｈ；其他塔板上的反应量较小，尤其是第１９—３０块塔板，总反应量小于１０ｋｍｏｌ／ｈ，催化剂的使用效率极低．而采用新型反应精馏集成过程，虽然侧反应器的反应量差别较大，除第一个侧反应器外的其他侧反应器的反应量均较大，尤其是第４个侧反应器的反应量达到１１１．２ｋｍｏＬ／ｈ，相当于传统反应精馏过程第３３、３４块塔板反应量之和．并且，传统反应精馏塔总反应量为２７１．２ｋｍｏｌ／ｈ，新型反应精馏塔总反应量为２６５．３ｋｍｏＬ／ｈ，两者的总反应量相差很小．通过以上比较发现，侧反应器精馏塔的反应总量略低于反应精馏塔的反应总量．在通过侧反应器的液体量较高的情况下，带有５个侧反应器的结构性能接近于一个反应精馏塔的性能． ３．２温度分布的比较 图５为新型反应精馏集成过程与传统反应精馏 塔的温度分布．由图５可知，由于２种过程的总反应 万方数据