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化工廠中隨處見的精餾塔是如何設計,又該怎樣優化呢?

化工生產過程中,應用最多就是分離設備,其中又以精餾塔和吸收塔最為常見,無論是在煉油、煤化、高分子、精細化工精餾塔都是隨處可見的。你知道你每天都操作的精餾塔是如何設計出來的嗎?如何優化操作參數?

精餾塔設計


1設計步驟


根據流程整體工藝路線,確定分離要求,進行工藝參數計算得到回流比、進料位置、塔頂溫度、塔底溫度、進料組成、測線采出位置(多組分)、塔板數(板式塔)或填料高度(填料塔)等。之后再進行流體力學計算,計算出板間距、壓降、塔高、塔徑等參數由此選出塔板類型或填料類型等塔內部件。之后進行強度計算及校核,選出塔體壁厚及材料,最后確定控制方案。


2工藝計算




工藝計算是根據進料組成與分離要求計算工藝參數,分為手算與軟件計算兩種,目前工業上多用軟件進行模擬,我們在Aspen教程中會重點進行講解。這里我們舉一個最簡單二元物系板式精餾塔的手動計算流程方便大家理解計算原理。


1
物料衡算與物性估算

對于二元物性而言物料衡算很簡單,但是對于多元物系就必須先規定輕重關鍵組分。根據熱力學方程估算物性參數,多采用逸度法或活度系數法。同時計算出物系汽液相平衡方程


2
確定塔板數



根據物料衡算結果計算R(min)=L/D,實際回流比一般為最小回流比的1.2-2倍。然后分別計算出精餾段、提餾段操作線方程。采用操作線方程與汽液相平衡方程交替主板計算確定理論塔板數,或采用圖解法原理相同。再將理論塔板數除以塔板效率,得到實際塔板數。


3
實際設計流程


工業上應用的精餾塔多是物系復雜,帶側線采出,實際實際中多采用FUG法計算


3流體力學計算與塔內部件設計


流體力學計算多采用軟件計算,而塔內部件多為定型部件或專利部件。這里介紹幾種常見的塔板。





4強度計算與繪制裝配圖


在完成內部設計之后,我們將根據壓力、溫度、介質環境等對塔體進行選材并計算出壁厚,載荷等參數。并提出加工要求繪制裝備圖。


5確定控制方案繪制PID圖


根據工藝要求,進行配套的儀表、閥門選型,確定控制方案,并繪制出帶夾點控制的工藝流程圖PID


精餾塔優化



在對精餾塔進行優化時,首先要從眾多參數中確定出獨立的設計變量與可調設計變量。下面由小七來介紹幾種常見的優化方式。


1操作壓力的優化


常規精餾塔單塔的壓力優化相對較簡單,在滿足塔頂冷凝器的溫度可以在最炎熱的夏季也能夠用自來水冷卻的前提下,可以參用相對較低的操作壓力以減少再沸器的熱負荷。在實際設計的時候,由于增加壁厚而增加的設備費用將隨著壓力的增加而增大,在滿足分離要求的前提下,低壓(正壓)相對有利。

2理論塔板數與回流比的優化


理論塔板數越多,分離效果越好,制造成本越大。

3進料位置和進料狀態的優化


相同分離要求及板數下,回流比最小或冷凝器、再沸器熱負荷最??;相同板數及回流比下,塔頂和塔釜產品的分離純度最高;相同分離要求和回流比下,所需塔板數最少。


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