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1. 引言
1.1. 精馏原理及其在化工生产上的应用
实际生产中,在精馏柱及精馏塔中精馏时,上述部分气化和部分冷凝是同时进行的。对理想液态混合物精馏时,最后得到的馏液(气相冷却而成)是沸点低的B物质,而残液是沸点高的A物质,精馏是多次简单蒸馏的组合。精馏塔底部是加热区,温度最高;塔顶温度最低。精馏结果,塔顶冷凝收集的是纯低沸点组分,纯高沸点组分则留在塔底。
1.2. 精馏塔对塔设备的要求
精馏设备所用的设备及其相互联系,总称为精馏装置,其核心为精馏塔。常用的精馏塔有板式塔和填料塔两类,通称塔设备,和其他传质过程一样,精馏塔对塔设备的要求大致如下:
① 生产能力大:即单位塔截面大的气液相流率,不会产生液泛等不正常流动。
② 效率高:气液两相在塔内保持充分的密切接触,具有较高的塔板效率或传质效率。
③ 流体阻力小:流体通过塔设备时阻力降小,可以节省动力费用,在减压操作是时,易于达到所要求的真空度。
④ 有一定的操作弹性:当气液相流率有一定波动时,两相均能维持正常的流动,而且不会使效率发生较大的变化。
⑤ 结构简单,造价低,安装检修方便。
⑥ 能满足某些工艺的特性:腐蚀性,热敏性,起泡性等。
1.3 常用板式塔类型及本设计的选型
常用板式塔类型有很多,如:筛板塔、泡罩塔、舌型塔、浮阀塔等。
由于浮阀塔有如下优点:
①生产能力大,由于塔板上浮阀安排比较紧凑,其开孔面积大于泡罩塔板,生产能力比泡罩塔板大 20%~40%,与筛板塔接近。
②操作弹性大,由于阀片可以自由升降以适应气量的变化,因此维持正常操作而允许的负荷波动范围比筛板塔,泡罩塔都大。
③塔板效率高,由于上升气体从水平方向吹入液层,故气液接触时间较长,而雾沫夹带量小,塔板效率高。
④气体压降及液面落差小,因气液流过浮阀塔板时阻力较小,使气体压降及液面落差比泡罩塔小。
⑤塔的造价较低,浮阀塔的造价是同等生产能力的泡罩塔的 50%~80%,但是比筛板塔高 20%~30。
而且近几十年来,人们对浮阀塔的研究越来越深入,生产经验越来越丰富,积累的设计数据比较完整,因此设计浮阀塔比较合适。
2. 设计条件与任务
在一常压操作的连续板式精馏塔(自选塔板类型)内分离乙醇-水混合物,直接蒸汽加热。生产能力和产品的质量要求见下表。
组号
处理量/t.a-1
料液组成
(质量分数)/%
塔顶产品浓度
(质量分数)/%
塔釜产品浓度
(质量分数)/%
9
20 000
45
92.5
≤5
操作条件:①塔顶压力:4kPa(表压);② 进料热状态:自选;③ 回流比:自选;④ 单板压降 ≤0.7kPa。
工作日:每年300天,每天24小时。
厂址:武汉地区。
3. 设计方案的确定
3.1. 设计思路
确定设计方案总的原则是在可能的条件下,尽量采用科学技术上的必威体育精装版成就,使生产达到技术上最先进、经济上最合理的要求,符合优质、高产、安全、低消耗的原则。为此,必须具体考虑如下几点:
(1) 满足工艺和操作的要求
所设计出来的流程和设备,首先必须保证产品达到任务书上规定的要求,而且质量要稳定,这就要求各流体流量和压头稳定,入塔料液的温度和状态稳定。其次,设计方案需要有一定的操作弹性,各处流量应能在一定范围内进行调节,必要时传热量也可进行调整。因此,在适当的位置安装调节阀门,在管路中安装备用支线。计算传热面积和选取操作指标时,也应考虑到生产上的可能波动。再次,要考虑必需装置的仪表位置,以便能通过这些仪表来观测生产过程是否正常,从而帮助找出不正常的原因。
(2) 满足经济上的要求
要节省热能和电能的消耗,减少设备及基建费用。比如在精馏过程中适当地利用塔顶、塔底的废热,就能节约很多生蒸汽和冷却水,也能减少电能消耗。又如冷却水出口温度的高低,一方面影响到冷却水用量,另方面也影响到所需传热面积的大小,即对操作费和设备费都有影响。同样,回流比的大小对操作费和设备费也有很大影响。
因此在设计时,是否合理利用热能,采用哪种加热方式,以及回流比和其他操作参数是否选得合适等,均要作全面考虑,力求总费用尽可能低一些。而且,应结合具体条件,选择最佳方案。
(3)满足安全生产的要求
酒精属易燃物料,如果其蒸气在车间扩散,一碰到火花就可能发生爆炸。分离酒精的版式塔是在常压下操作的,塔内压力过大或塔骤冷而产生真空,都会使塔受到破坏,因而需要安全装置。
以上三项原则在生产中都是同样重要的。但在化工原理课程设计中,对第一个原则应作较多的考虑,对第二个原则只作定性的考虑,而对第三个原则只要求作一般的考虑。
3.2. 加热方式
精馏塔通常设置再沸器,采用间接蒸汽加热,以提供足够的热量。
本设计采用的冷却方式为全凝器冷却。
3.3. 选择适宜回流比
适宜的回流比应该通过经济核算来确定,即操作费用和设备折旧费用之和为最低时的回流
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