关于精馏塔设备的设计与节能探究

精馏过程的节能途径及新型的精馏技术[摘要]精馏是化工、石化、医药等过程的重要单元操作，它是一类高能耗的单元过程，其能耗约占化工生产的60%，其节能途径包括多效精馏、热泵精馏、热耦精馏技术、内部热集成蒸馏塔、新型高效分离技术等。

多效精馏由N 个并列操作的精馏塔构成，再沸器的加热蒸汽可减少到原来单效精馏所需加热蒸汽的1/N 左右；热泵精馏能使能耗减少20%左右；热耦精馏比两个常规塔精馏可节省30%左右；内部热集成蒸馏塔节省的能耗可达30～60%这些技术已成功地完成了中试，节能可达到30～60%。

[关键词]精馏；节能前言在工业生产中，石油化学工业的能耗所占比例最大，而石油化学工业中能耗最大者为分离操作，其中又以精馏的能耗居首位。

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”。

首先，随着石油化工的迅速发展，精馏操作的应用越来越广，分离物料的组分不断增多，分离的产品纯度要求亦不断提高，但人们同时又不希望消耗过多的能量，这就对精馏过程的控制提出了要求。

其次，作为化工生产中应用最广的分离过程，精馏也是耗能较大的一种化工单元操作。

在实际生产中，为了保证产品合格，精馏装置操作往往偏于保守，操作方法以及操作参数设置往往欠合理。

另外，由于精馏过程消耗的能量绝大部分并非用于组分分离，而是被冷却水或分离组分带走。

因此，精馏过程的节能潜力很大，合理利用精馏过程本身的热能，就能降低整个过程对能量的需求，减少能量的浪费，使节能收效也极为明显。

据统计，在美国精馏过程的能耗占全国能耗的3％，如果从中节约10％，每年可节省5亿美元。

我国的炼油厂消耗的原油占其炼油量的8％～10％，其中很大一部分消耗于精馏过程。

因此，在当今能源紧缺的情况下，对精馏过程的节能研究就显得十分重要。

例如，美国巴特尔斯公司在波多黎各某芳烃装置的8个精馏塔上进行节能优化操作，每年可节约310万美元。

近年来，研究开发了许多新型的精馏塔系统，文章主要介绍几种精馏塔系统精馏过程是最重要的化工单元过程之一，它又是一类高能耗的单元过程。

科学技术关于化工精馏节能的思考163000 大庆职业学院（黑龙江大庆） 郭鑫【摘 要】现代化工进程对节能工作非常重视，国内外投入大量人力、物力进行节能技术的开发，节能新技术、新工艺、新措施、新方法不断问世。

本文就化工精馏节能进行初步探讨。

【关键词】化工；精馏；节能1、引言在化工生产过程中，分离是非常重要的一个过程单元，它直接决定了最终产品的质量和收率，工业生产中占据着主导地位的分离方法就是精馏，精馏是利用混合物中各组分挥发度的不同，利用能量交换和气液间传质进行分离的单元操作，具有独特的优势。

据估计，化工过程中40％-70％的能耗用于分离，而精馏能耗又占其中的95％。

同时，同时精馏在热力学上是低效的耗能过程，有极高的热力学不可逆性。

因此，在当今世界能源日益短缺的情况下，对精馏过程的节能研究就显得十分重要，它的每一个进展都会带来巨大的经济效益和社会效益。

现代化工进程对节能工作非常重视，国内外投入大量人力、物力进行节能技术的开发，节能新技术、新工艺、新措施、新方法不断问世。

本文就化工精馏节能进行初步探讨。

2、化工精馏节能的有效措施2.1优化操作条件该方法主要是利用模拟软件对精馏过程的操作条件进行研究，精馏塔的主要操作条件包括操作压力、操作温度、塔板压降，进料位置及温度、理论板数、回流比以及回流温度、塔顶塔底采出量、关键组分的清晰分割程度，塔顶塔底热负荷等等，除塔的操作压力一般是给定的(在设计双效流程除外)，其它的都可以作为操作变量，通过灵敏度分析、设计规定或者优化技术来确定满足分离任务的最佳值，以获得最小的冷凝负荷和再沸器热负荷，从而使精馏塔能耗最少。

2.2使用中间换热装置对于塔顶塔底温差较大的精馏塔，可通过增设中间换热器的方式来节省或回收热(冷)量。

增设的中间换热器改变了操作线斜率，利用了低品位能源：若塔上部的温度分布存在显著变化时，可在精馏段的某塔板间处设置中间冷凝器，并用低品位冷剂作为冷源，节省主冷凝器高品位冷剂的用量，以减少能耗，但其上方塔板的分离能力有所下降；若塔下方的温度分布存在显著变化，可在提馏段的某塔板问处设置中间再沸器，减少主再沸器高品位热量消耗，由于塔的热能有效降级，使得热效率提高，达到最大的节能效果，但其下方塔板分离能力被削弱，如当乙烯精馏塔装置中间再沸器的热负荷约为提馏段总热负荷的30％时，所节约的能量相当于整塔能耗的17％左右。

精馏过程节能技术综述现代工业生产过程中，精馏过程是十分常见的一种操作，用于从混合物中分离出不同组分。

然而，传统的精馏过程存在能源浪费的问题，因为它需要大量的能源来进行加热和冷却。

因此，如何降低精馏过程的能源消耗成为了一个重要的研究方向。

在过去的几十年里，研究人员提出了多种节能技术，以下综述了一些常见的节能技术。

首先，改进传统精馏塔的设计是一种简单但有效的节能方法。

例如，使用多级精馏塔可以增加分馏塔的效率，减少需加热和冷却的动力。

此外，增加塔内的换热面积也可以改善能量利用率。

此外，通过使用先进的塔内填料和分布器，可以提高物质的传质效率，从而减少所需的塔高和物料回流比例。

其次，热力耦合是另一种常用的节能技术。

该技术通过将不同温度的流体进行热交换，来降低能源消耗。

例如，实施热力耦合可以将进出精馏塔的气体进行热交换，从而降低所需的加热和冷却负荷。

此外，热力耦合还可以用于塔内热交换，例如通过使用塔内回流来预热进入精馏塔的物料。

另外，采用较低的工艺温度和压力也可以有效地减少精馏过程的能耗。

降低工艺温度可以减少所需的加热负荷，而降低工艺压力可以减少所需的冷却负荷。

因此，在设计和操作精馏过程时，应考虑选取较低的工艺温度和压力，以降低能源消耗。

此外，使用较低的辅助能源，如太阳能、余热等，也是一种常用的节能技术。

太阳能可以用于提供所需的加热或冷却能量，从而降低对传统能源的依赖。

余热是指在其他工艺过程中产生的废热，在精馏过程中可以被回收利用，用于提供所需的加热或冷却能源，进一步减少能源消耗。

最后，引入新的分离技术也是提高精馏过程能耗效率的一种途径。

例如，膜分离技术被广泛应用于分离混合物中的气体或液体组分，并且其能耗通常较低。

相比传统的蒸馏过程，膜分离技术不需要额外的加热和冷却能源，因此能够有效地节约能源。

总的来说，精馏过程节能技术的研究和应用对能源的合理利用具有重要意义。

通过改进传统精馏塔的设计、热力耦合、降低工艺温度和压力、使用低辅助能源和引入新的分离技术等方法，可以有效地降低精馏过程的能耗。

精馏塔控制和节能优化研究综述摘要：在工业生产流程内，精馏塔属于常用装置类型之一，其能够在制造环节中发挥关键作用，因此具有重要价值。

精馏处理属于复杂程度较高的反应过程，其内部控制变量丰富、可操作变量多样化，同时技术原理专业性强。

因此，精馏作为生产阶段应用最为频繁的基础过程，需要消耗大量人力资源进行管理，能耗级别也较为庞大。

为降低基础成本并提高生产效率，需要针对精馏塔进行改进，使其能够贴合实际需求，达到理想应用目标。

本文结合笔者化工原料精馏行业工作经验，对精馏塔控制与节能优化进行深入研究，以供参考。

关键词：精馏塔；控制节能；优化处理前言：为实现改进精馏塔控制、节能环节的最终目标，需要首先明确精馏操作基础原理，并从控制角度、节能角度进行针对性分析，明确优化措施，确保精馏塔应用能够达到最佳效果。

笔者在化工原料精馏、结晶分离提纯行业中具有丰富工作经验，长期从事塔装置、换热蒸发装置的设计工作，能够对精馏塔控制、节能进行改进分析，确保后续进一步应用能够达到理想效果。

1精馏原理介绍精馏操作属于化工生产行业中较为常见的处理流程之一，其需要将混合物体内部液体部分、气体部分进行接触操作，使相关物质在固定条件下进行反应。

常规状态中，物质会在逆向流动、全面接触前提下逐渐开始反应流程，使液相内部轻组分快速进入气相内部，气相完成重组分操作，最终进入液相内部。

精馏本质属于传质活动，会导致热量不断传导，最终达成反应目标。

在压力恒定环境下，独立组分液体沸腾会持续产生加热效果，但温度却始终维持原有状态。

多组分液体会同样会在沸腾阶段持续加热，但温度会发生对应变化。

恒定压力会使溶液气相平衡与组分存在产生相对联系，组分沸腾温度点越高、浓度级别越高、平衡状态所需温度级别也会越高[1]。

因此，相对于物质气液相平衡状态，溶液气液进入平衡具有独特表现，即气相、液相平衡浓度存在差异。

常规气相低沸腾点组分浓度高于液相组分浓度，与纯组分气态、液态平衡相对比，常规压力条件下平衡温度主要代指冷凝点、沸腾点。

精馏过程的节能降耗摘要：精馏过程的节能，对于减少能源消耗，降低生产成本和保护环境具有十份重要的意义。

在精馏过程中可以采用最适宜回流比操作和最佳进料状态，使用中间冷凝器和中间再沸器，多效精馏技术、热泵精馏技术。

合理安排多组分物料分离流程，提高过程的分离效率、提高物料回收率，进而降低能耗。

并介绍我国精馏过程的节能现状与趋势。

关键词：精馏过程；节能；回流比；降耗，0前言在化工生产过程中，分离是非常重要的一个过程单元，它直接决定了最终产品的质量和收率，工业生产中占据着主导地位的分离方法就是精馏。

精馏是利用混合物中各组分挥发度的不同利用能量进行分离的操作单元，具有独特的优势。

据估计，化工过程中40%～70%的能耗用于分离，而精馏能耗又占其中的95%。

因此随着世界能源的日益短缺，精馏过程一直是研究者节能挖潜的热点对象，它的每一个进展都会带来巨大的经济效益。

多年来，人们已采用了多种方法和手段对精馏过程进行节能降耗的研究，按照流程是否改变及是否利用过程技术可以将其分为三类：1）利用过程技术对精馏塔的操作条件进行优化，以减少精馏塔所消耗的能量，如以产品物流预热进料、增加塔板数、减小回流比、增设中间再沸器和中间冷凝器等；2）开发了许多高效节能的特殊精馏工艺流程，如热泵精馏、多效精馏等。

1.1最适宜回流比和最佳进料状态[1]回流比直接影响再沸器和冷凝器的热负荷，决定精馏分离的净功耗，因此大体上确定了操作费用，同时还与塔设备的投资密切相关。

在最小回流比Rmin附近，随R的增长，操作线与平衡线间的距离增大，达到规定分离要求所需的塔板数减少，使得设备费用下降。

如果进一步增加回流比，在塔板数减少的同时，塔中蒸汽流率和换热器热负荷的增大，造成塔径、再沸器和冷凝器传热面积增大，使设备费用增加。

因此，应当根据总费用最小原则来选取适宜回流比。

进料状态（用加料状态参数q表示）的不同，将造成塔中精馏段和提馏段气液相流率的变化，从而影响R，以及达到规定分离要求所需的理论板数和再沸器和冷凝器的热负荷。

精馏过程节能技术分析及应用发表时间：2020-09-08T11:08:18.570Z 来源：《工程管理前沿》2020年4月第12期作者：周建华[导读] 当前社会对资源的需求量不断增加，且需求速度也日益增长摘要：当前社会对资源的需求量不断增加，且需求速度也日益增长，大量的矿产资源以极快的速度被消耗，能源危机已经成为我国面临的主要问题，为更好的优化能源利用，减缓能源消耗速度，促进我国的可持续发展，必须对工业技术进行优化，以此节约能源，所以为提升精馏过程的能源利用效率，降低精馏能源消耗，本文将从精馏过程节能技术展开分析，并对其应用展开研究。

关键词：精馏过程；节能技术；能源精馏过程属于一个传质传热的过程，其复杂程度较高，在精细化工领域及石油化工领域均被广泛应用，精馏过程属于当前化工生产过程中能源消耗的最主要环节，化工生产过程中变量因素较多，其机理复杂程度较高，精馏能耗在化工中所占能耗可高达95%以上。

所以为更好的节约能源，精馏过程中的节能问题就显得尤为重要，下面就精馏节能现状展开分析，并对精馏节能技术的开展与应用展开论述。

一、精馏节能现状当前，化工生产中所需分离的物料种类不断提升，产品的精度和纯度要求也日益增长，但是当前化工领域应用的精馏装置操作方式比较保守，操作规格不合理，操作方式困难。

在精馏过程中，需要将混合物料由中间位置放入塔内位置，在塔内，主要由填料或者塔板设计为主，以确保汽液能够紧密接触，在沸腾器中加热塔底液相后，于冷凝器中对蒸汽进行冷凝干预。

在开展该精馏过程干预时，能量均会被冷却水或者分离组分携带，而并不是应用于组分分类之中，所以具备更大的精馏潜力[1]。

当前，世界各地均提升了对精馏节能的重视程度，建立在节能基础上的应用和研究也不断发展进步，美国所采用的精馏塔，能量消耗程度可以高达120万桶石油，在全国能源消耗中所占比例为3%，若是提升精馏过程中的节能技术，每次节约能源消耗的10%，则可每年节约5亿迈远。

精馏过程节能技术综述石油化工是我国国民经济发展的支柱产业，据统计其能耗占全国工业总能耗的15％左右，而化工过程中40％～70％的能耗用于分离，精馏能耗又占其中的95％。

分离是非常重要的单元操作过程，是石油化工生产过程中必不可少的操作，它直接决定了最终产品的质量和收率，而精馏又是占据着主导地位的分离方法，所以在当今世界能源日益短缺的情况下研究和探讨精馏过程的节能原理、节能技术，并使其应用于工业生产，就显得十分重要。

精馏是化工及燃油工业中的主要分离技术，技术成熟可靠，投资相对较低，所以在石油化工生产过程中应用广泛，但现有精馏技术在热力学上是低效的耗能过程, 有极高的热力学不可逆性，分离lkg产品所需能量(比能耗)相当高，所以寻找精馏工程中有效可行的节能途径显得至关重要。

通过对精馏塔传热过程的分析可以得到如下节能途径：优化操作条件、塔系的热集成技术、内部能量热集成以及加强操作控制管理。

优化操作条件精馏塔的主要操作条件包括操作压力、操作温度、塔板压降，进料位置及温度、理论板数、回流比以及回流温度、塔顶塔底采出量、关键组份的清晰分割程度，塔顶塔底热负荷，塔类型及填料类型等等。

下面从充分利用精馏系统的热能、减少对热负荷的需求和提高精馏系统热力学效率三方面进行介绍。

充分利用精馏系统的热能精馏系统中，所需的热量全部由加热蒸气经再沸器输人，分离后的余热由冷却介质从冷凝器移出。

若能合理利用精馏过程中本身的能量，就能降低整个过程对能量的需求。

可通过采取保温、热量回收、强化换热器以及夹点技术的措施来实现。

在精馏过程中使用的设备主要为精馏塔和换热器，同时还有各种管道，这些设备的材质导热系数较高，若对其采取保温隔热的措施就可大大降低设备与环境之间的热传递作用，以达到节能降耗的目的。

高温物料携带大量热量可在塔外吸收利用，比如回收塔顶物料蒸气的潜热和回收塔釜废液的显热，使其用于工艺流程的其他需要加热的操作；使塔顶、塔釜物料与原料液进行换热，对原料液进行预热。

化工精馏高效节能技术开发与运用摘要：现今能源短缺局势更加严峻，对于化工企业来讲，需要积极响应节能减排，实施节能举措。

化工装备主要涉及反应、分离两个过程，后者占消耗量的75%，其中精馏是核心过程，能耗占一半以上。

因此，在装备能耗方面，减少精馏过程的消耗是关键点。

如今，一般的蒸馏程序难以让能耗减少，必须采取高效精馏技术。

实际上，该项技术目前仍然不是很成熟，存在不少可能给精馏带来影响的因素。

化工企业应对这一方面开展全方位研究，加大运用力度。

关键词：化工精馏；高效节能；物质分离1 化工精馏分析利用物质间某些性质的差异，选用不同的方法将它们分离，通常情况下需要借助精馏塔。

使用蒸汽热能组成汽化物料，然后借助塔板传递热量及传质，并且进行汽化分离，剩余物料在冷却之后进行回收，这就是蒸馏原理。

就普通蒸馏而言，其蒸汽损耗较为突出，会提高能耗，借助精馏能科学发挥这一部分热量的作用，继而实现节能目标。

其中，存在较多可能会影响精馏过程的因素，比如温度及塔压，塔压出现波动，会干扰塔板组成，使分离浓度出现变化。

对于冷凝器及加热釜，应该避免二者过多进料，否则，将难以确保产品质量。

物料温度变低时，冷负荷提高，也可能干扰分离情况。

通过加大回流比，进一步提高输出质量，让回流比处在适当范围，以便确保蒸馏效率。

就普通精馏而言，通常情况下都是一股进料，在塔底借助再沸器，通过热能量体提供热量，达成汽化目标，物料基于塔板对热量进行传递，利用组分持续冷凝及汽化，继而进行分离，最终气体至塔顶。

借助冷能量体，待有效完成冷凝，物料返回至塔顶，剩余的作为产品输出。

化工精馏中，冷凝会带走一定的热量，临近塔底利用热能量体供热，若有效借助冷凝热，则可以让能耗减少，实现节能增效目标。

通过冷凝热回收利用，组成各种节能型精馏流程，例如多效精馏。

2 技术开发与运用意义（1）减少化工精馏过程能耗。

对于化工精馏过程来讲，它利用气相液相彼此转化，将难挥发、易挥发组分进行传质，继而达到物质分离的目的。

空分设备精馏塔的设计与研究空分设备精馏塔的设计与研究杨修玲(杭州杭氧股份有限公司设计院,浙江省杭州市东新路388号310004)摘要:介绍精馏塔的设计与工艺制造,着重分析了精馏塔塔盘结构形式的确定,筛板塔和规整填料塔的水力学计算,精馏塔的强度计算与稳定性校核.关键词:空分设备;精馏塔;筛板塔;规整填料塔;设计;安装中图分类号:TB657.6文献标识码:A DesignandresearchofdistillationcolumninairseparationunitY angXiuling(DesigningInstitute,HangzhouHangyangStockCo.,Ltd.,388DongxinRoad,Hangzhou 310004,Zhejiang,P.R.China)Abstract:Thedesignandmanufacturingprocessofthedistillationcolumnareintroduced.Th edeterminationofcolumntraystructure,thehydrauliccalculationofsieve—platecolumnandstructuredpackingcolumn,the strengthcalculationandstabilitycheckofdistillationcolumnareemphaticallyanalyzed. Keywords:Airseparationunit;Distillationcolumn;Sieve—platecolumn;Structuredpackingcolumn;Design;Installation随着现代化工业的发展,空分设备日趋大型化,精馏塔也日趋大型化.杭氧生产的大型空分设备,经历了20000m/h,30000m/h,40000m/h,50000m0/h,60000m3/h几个阶段,这些空分设备相继一次性开车成功的实例表明:杭氧空分设备精馏塔性能良好,运行稳定.现从设计的角度对空分设备精馏塔的设计与研究略作介绍,希望能对大家有所启发.1精馏塔塔盘结构形式的确定塔盘结构形式的确定是整个精馏塔设计的关键所在,它对整个精馏塔的设计起到前导性作用.采用不同塔盘结构形式的精馏塔所选用的设计方法不相同;而且,塔盘结构形式的确定还会影响精馏塔的生产成本和周期,影响整个空分设备的运行阻力等重要参数.一般来说,精馏塔塔盘结构形式有筛板和规整填料两种,无论采用哪种结构形式,精馏塔性能都是一样可靠.筛板塔的造价低,运行阻力却很大;规整填料的自身特点决定了规整填料塔的运行条件越是接近真空环境其性能越好.综合考虑上述因素,并结合客户投资意愿,杭氧设计的精馏塔,一般下塔采用筛板塔,其余的塔采用规整填料塔.2精馏塔的水力学计算精馏塔的水力学计算很复杂,不同结构塔盘的水力学计算也有很大不同;在不同的计算资料里,计算的具体方法也不尽相同.下面分别介绍筛板塔和规整填料塔的水力学计算.2.1筛板下塔的水力学计算对流型筛板下塔的水力学计算方法最初来源于收稿日期:2008—11-11;修回日期:2008.12—02作者简介:杨修玲,女,1975年生,工程师,毕业于甘肃工业大学化工工艺专业,现在杭州杭氧股份有限公司设计院从事单元设备设计工作.32?德国林德公司10000m3/h空分设备的实习总结.空分设备发展到今天,塔器大型化使得塔的放大效应越来越明显,原来的计算方法已经不再适用.精馏塔设计人员经过不断的研究与探索,在总结实践经验的基础上针对大型空分设备摸索出了一套自己的计算方法.多次实践证明,这种计算方法可行而且可靠.2.1.1塔径的确定塔的设计工艺参数确定以后,塔径基本上就可以确定了.确定塔径Di,首先必须确定空塔速度Ⅳa.空塔速度的选取必须恰当,既不能使塔板在下限操作时发生不均匀鼓泡,又不能使其在上限操作时出现雾沫夹带和液泛现象,同时还要考虑合适的气液接触时间.空塔速度Wa确定以后,根据公式Fa=V÷Wa=nDi/4,可以计算出塔板的面积Fa和塔径Di(公式中代表气体流量).2.1.2塔板通道数的确定在塔板的水力学计算中,溢流强度是一个很重要的参数,它贯穿于整个水力学计算过程.合理的塔板结构,应该把溢流强度控制在一个合理的范围内,这样设计的整塔性价比才会高.在液体量一定,塔径确定的情况下,只能通过改变通道数来改变溢流强度.根据上述规则,对于常规流程30000m0/h等级以上的空分设备,杭氧的筛板下塔就开始采用四溢流塔板结构.2.1.3塔板各区域的比例分配塔板各区域的比例分配是筛板塔设计是否成功的关键.合理的比例分配,首先保证各区域的气液处理量和气液接触的停留时间与本区域的处理能力相一致;其次能够很好地控制气液平衡,使各区域上的物流经过传质后得到无组分差异的物流.要想得到合理的区域比例,必须先确定好溢流斗和接液槽的大小.溢流斗在塔板l中既是引导液体下流的降液管,又是实现气液分离的分离器.溢流斗的大小设置必须合理,既不能太大,也不能太小;既要考虑把尽可能多的面积让给气液传质区域(即孔板部分),又要考虑实现气液分离,避免气液返混.接液槽又称受液盘,当塔板溢流斗的大小确定后,接液槽只要不阻挡液体流向塔板进行传质就可以.2.1.4孔板开孔率的确定孔板是塔板上进行气液接触的传质区域,开孔率的大小直接影响精馏塔的传质效果.开孔率的大小要综合考虑,把下限操作时不漏液,上限操作时不产生雾沫夹带和液泛现象作为开孔率选择的依据同时考虑控制合适的阻力范围.2.1.5塔板间距的确定塔板间距是影响塔高度的主要参数,它关系到塔的制造成本和性能指标.利用尽量小的空间,选择尽量少的塔板实现尽可能充分的精馏目标,是塔板间距确定的主要原则.为了使整塔设计得具有较高的性价比,塔板间距必须控制在合理的范围内.凡塔板上影响塔板间距的设计参数(如各进出口的堰高,溢流斗的结构形式等),都应该尽可能做到优化设计.杭氧除了在四溢流塔板各区域的比例分配方面积累了一定的设计经验外,其自主开发的四溢流塔板溢流斗的结构形式也向着更有利于实现气液分离的方向不断优化.溢流斗结构形式的优化降低了塔板间距,提高了塔的性价比.2.2规整填料塔的水力学计算空分设备精馏塔除下塔外还包括上塔,粗氩塔和精氩塔,杭氧所设计的精馏塔中主要在上塔,粗氩塔和精氩塔采用规整填料塔.与采用筛板塔相比,规整填料塔的运行阻力更小,操作弹性更大(主要更利于下限操作).这也是近年来规整填料塔应用越来越广泛的原因之一.规整填料塔的水力学计算没有现成的经验可借鉴,国内外可利用的相关资料也是寥寥无几.经过多年的摸索,总结与实践,杭氧开发了自己的计算方法.多次使用证明,这种计算方法是安全,正确,可行和可靠的.在不同项目的氩塔工艺参数中除了产量和纯度的差别以外,其他操作参数(温度,压力等)都相差不大,所以常常采用对比经验的方法进行设计;加之其设计计算方法与上塔是相通的,所以现以规整填料上塔的水力学计算为例来介绍.2.2.1塔径的确定上塔一般有5或6个分离段,每个分离段都对应不同的工艺参数,设计起来比较复杂.为了简化制造与计算,提高塔的性价比,选择统一塔径进行设计.33?填料塔的各分离段中,氧的抽出口到氩馏分的抽出口之间所需要的理论塔板数最多,制造时花费的成本最大,所以选择以此段为基准进行设计.选择适合此段的填料型号,求取泛点气速(或泛点F 因子),再根据泛点气速(或泛点F因子)选取合理的空塔速度(或实际F因子),然后根据空塔速度(或实际F因子)确定最后的塔径.其他各分离段则根据不同的气,液负荷选取合适的填料,必要时缩放塔径.2.2.2填料高度的确定填料是填料塔设计的关键,直接关系到塔的分离效果.填料型号一旦确定,在空分设备操作条件与气液负荷一定的前提下,该填料的效率也就确定了.填料的效率一般用每米填料相当的理论塔板数来表示,相当的理论塔板数越多,填料的效率越高. 填料的效率与填料的结构形式,几何特性,操作负荷和介质的物性有关,理论上是可以计算出来的. 空分设备精馏塔的填料高度除了利用计算出来的填料效率进行选取以外,还必须结合实际经验, 根据具体项目所要求的侧重点来确定.2.2.3填料压降的计算杭氧进行填料压降的计算,常用关联式和冷模试验所得的压降曲线.在上塔的整塔设计中,使用两种方法计算得到的结果是一致的,与实际开车的结果也相吻合,一般都控制在6kPa左右.2.2.4液体分布器的设计为了充分发挥填料的传质效果,也为了实现塔内外物料的传承,填料塔内常常设置多只液体分布器.'液体分布器的设置必须注意做到以下四点:①保持足够的液位以保证物料的混合均匀和分布器的稳定分布;②分布器的分布点数必须足够多,分布效果才会好;③分布器分布点数的布置必须在整塔的圆截面上尽可能均匀分布,在塔的近筒壁处通常设置支承圈,由于结构的原因,支承圈位置处的分布点数往往比中心位置处还要多一些;④分布器上的液体小孔不能太小,以防止小孔堵塞,影响分布性能.2.2.5塔其余内件的设计塔的其余内件包括填料的支承装置,压紧装置和液体收集器等.填料的支承与压紧装置必须足够牢固,所占的面积尽量小,以便于尽可能增加塔的34?有效利用面积;液体收集器必须注意保持良好的收集效果,同时起到气体均布的作用.杭氧所设计的液体分布器,同时具有气液均布,填料支承和液体收集的综合作用,它结构简单,制造方便,所占空间小(每只分布器的高度仅有600mm左右),是经济,高效的分布器.3精馏塔的强度计算与稳定性校核3.1整塔的稳定性计算在国内标准中,《钢制塔式容器》(JB4710)是关于塔器稳定性设计的主要设计准则,是建立在地震反应谱理论基础上的;《铝制焊接容器》(JB/ T4734)则是铝制产品的设计规范,但它并没有涉及塔式容器的计算方法.杭氧所设计的精馏塔,多属铝制(而非钢制)产品,而它又是通过螺栓与钢制基础架连接在一起(远离地面的反应谱曲线与地面加速度的反应谱曲线肯定不能吻合在一起),所以整塔的稳定性计算既没有现成的经验可利用,也没有与之相适应的标准来参照.所以,杭氧精馏塔的设计,在稳定性计算方面综合依据《钢制塔式容器》和《铝制焊接容器》2 个标准,采用《钢制压力容器一分析设计》(JB 4732)的方法进行;对于一些地震烈度较大区域的精馏塔设计,还采用了PVELITE软件进行双重校核.3.2塔内件的强度设计与校核3.2.1塔内支承件的设计与校核塔内承重的内件常见结构有格栅式,圆板式,梁式和环式,一般采用应力分析的方法来进行这几种结构形式支承件的设计与校核.下面对这几种结构形式的支承件在同一承重(按承重50t计)和同一塔径(按内径~b5000mm)条件下进行分析对比.3.2.1.1格栅式支承格栅式支承件的应力最大处分布在近塔壁,各支承板的两端处,而最大挠度出现在塔中心,各支承板的中心位置处.当高度不变,各支承板的间距不变时,随着各支承板厚度的增加,应力减小,挠度减小;当厚度不变,各支承板的间距不变时,随着高度的增加,应力减小,挠度减小.总结得出:增加高度是减小应力和挠度的最有效方法.在承重50t,内径~5000mm精馏塔的条件下,选用高度为80mm,各支承板的间距为500mm的铝(5083)格栅做支承时,各支承板的厚度取22mm时,最大应力为406.177MPa;当厚度增加到33mm时,最大应力就降低为221.098MPa,但仍然不合格.当高度为150mm,厚度仍按33mm计算时,最大应力仅为67.193MPa,选择的格栅尺寸就合格.3.2.1.2圆板式支承圆板式支承件结构简单,当承重和塔径固定时,它的应力分析结果只取决于板的材质和厚度. 在承重50t,内径~5000mm精馏塔的条件下,选用5083的铝圆板支承,当板厚为20mm时,最大应力为289.216MPa,不合格.当板厚为40mm 时,最大应力为119.868MPa,才刚刚合格.3.2.1.3梁式支承梁式支承的梁有的用型材(例如角铝或角钢,槽铝或槽钢,工字铝或工字钢等)制作,有的用支承板制作,还有的用板折弯成一定的形状来制作而成.支承板制作的梁相当于从格栅式支承中去除了一个方向的支承板,所以它的受力情况与格栅式支承的类似,在同等高度,承重相同,同一塔径,使用相同材质的情况下,所需要的支承板厚度更大. 型材结构的梁当中受力最好的为工字铝或工字钢结构,其承载能力大,不易变形.在承重50t,内径~4800mm精馏塔的条件下,工字铝的最大应力出现在下板与立板交接的拐角处,仅102.066MPa;挠度最大处仍然在中间梁的中间处, 为12.062mm.3.2.1.4环式支承环式支承的环有板做的也有型材做的,在同样厚度和同样材料的情况下,型材做的比板做的受力情况要好很多;就是对于板做的环,它所需要的厚度也远小于圆板结构的支承.环式支承结构最简单,材料最省,所以被广为使用.当然,不同的使用条件要选用不同结构的支承:梁式支承有一定的方向性,环式支承只能用于自支承良好的内件支承(或是与其他支承配合使用)等等,在设计选用时要谨慎考虑.3.2.2塔板挠度的计算在承重50t,内径~4800mm精馏塔的条件下,塔板选用lmm的5052铝板,并采用5052的铝螺栓来进行定位和支承(塔板上的铝螺栓有128个,按长400mm,宽350mm的矩形分布).用应力分析的方法核算结果如下:挠度和应力的最大处都位于螺栓的固定位置,最大挠度为0.003735mm,最大应力仅4.818MPa.塔板挠度和应力计算如图1,2所示.图1塔板挠度计算图35?图2塔板应力分析图可见,选取这种结构是合理的,各零部件的厚在大型规整填料塔安装和一些筛板塔的安装上,立度也已经足够.装工艺应用得越来越广泛.4制造工艺的确定5结束语精馏的实现,不仅依赖于可靠的设计,先进的工艺与制造技术更是精馏得以实现的保障.为了使设计思路得以实现,设计人员在设计时尽可能考虑详尽,给予足够的可能和保障;工艺与制造人员也尽可能考虑周密,忠于设计,发挥设计. 卧装是杭氧生产精馏塔的常见制造方式.这种制造方式用滚轮架做工具,用保证水平度和直线度的方法来保证塔的垂直度.它不仅简单,方便,而且塔内垃圾易于清除,塔内的清洁度和油含量容易控制.最重要的一点是,塔的制造与检验都在人力所触及的范围内,能够及时发现问题,并就地解决问题.这种制造方式被广泛应用在筛板塔和规整填料塔的生产组配安装上.立装也是杭氧生产精馏塔时经常采用的制造方式.它利用吊机做工具,把塔内件逐一进行安装.立装组配精馏塔的时候,生产人员往往站在塔外的安装平台上进行观察,用安装工艺模具把相应的塔内件安装在相应的位置上.当进行检验和修正等工序时,通常需要搭建平台,做好塔内件的保护工作.但是,立装的塔最接近于实际运行状况,立装状况的好坏最能反映现场的实际运行工况.所以,36?大型空分设备精馏塔在杭氧的发展总体来说是成功的,但也必须清醒地认识到,与国内外同行业的水平相比,还存在着差距和不足,如与林德,液化空气等公司相比,杭氧所设计的精馏塔有些偏高,制造略为粗糙,结构安排方面有些不够紧凑等等.这些都是有待优化和进步的地方.工业的现代化发展,迎来了空分设备的革新时代;精馏塔的大型化发展,对运输,制造,尤其是设计提出了更高的要求.为了节能降耗,消除塔的放大效应,利于运输和便于车间制造等,空分行业的设计水平有待更进一步的提高.近年来,杭氧采用筛板下塔,其余为规整填料塔的精馏塔设计结构,基本实现了高性价比,赢得了广大用户的好评.在此基础上,应该把主要精力投入到开发新结构形式的塔盘和研究现有结构形式塔盘的优化上.相信不久的将来,杭氧的精馏塔技术会站在世界的前列,杭氧会生产出高效率,多产出,低成本和低消耗的高档产品,为我国现代化工业的发展贡献更多的力量.。