生产用精馏塔设计方案.docx

生产用精馏塔设计方案一、设计任务书现拟设计一个完成乙醇和水的分离任务，其具体设计要求和条件为：1）进精馏塔料液含乙醇25%（质量），其余为水；2）产品乙醇含量不得低于94%（质量）；3）残液中乙醇含量不得高于0.1%（质量）；4）生产能力为日产（24小时）130吨94%的乙醇产品；5）操作条件：精馏塔顶压力 4kPa（表压）进料状况泡点进料回流比单板压降不大于667Pa加热蒸汽压力 101.3kPa（表压）；6）设备型式：浮阀塔；7）厂址：天津地区。二、设计方案的确定及流程说明2.1精馏塔对塔设备的要求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。2.2塔的类型选择从大的方面来说，精馏塔分为填料塔和板式塔。填料塔分离效率较高，压力降相对于板式塔来说也较小，但是其操作弹性较小，并且生产能力较板式塔来说较小，一般小塔多采用填料塔，而板式塔虽然在某些方面不如填料塔，但是总的来说，其踏板效率稳定，操作弹性大，造价低，检修、清洗方便。对于本工艺来说，采用板式塔是可行的，因此选择板式塔。板式塔又分为泡罩塔，浮阀塔，筛板塔等多种类型。泡罩塔是工业上应用最早的塔板，其操作弹性较大，液气比范围较大，不易堵塞，适于处理各种物料。但是其结构复杂，造价高，塔板压降大等原因导致近年来泡罩塔已经逐渐被筛板塔、浮阀塔所取代，在新建的塔设备中以很少采用；筛板塔结构简单，造价低，落差小，气体压降低，传质效率较高，但是缺点是筛孔易堵塞，不宜处理易结焦、粘度大的物料，且若设计或操作不当，易产生漏液，使得操作弹性减小，传质效率下降，故在工业上应用较为谨慎；浮阀塔是在泡罩塔和筛板塔的基础上发展起来的，它吸收了两种塔的优点，浮阀塔结构也较简单、制造方便、造价低；塔板开孔率大，生产能力大，而且其操作弹性也较大，气液接触时间较长，因此传质效率较高。综合分析下来，选择浮阀塔作为最终的塔设备。2.3塔压精馏可以在减压、常压、加压条件下进行。常压下为气态（如空气、石油气）或常压下泡点为室温的混合物，可以采用加压精馏；常压下，泡点为室温至150℃左右的混合液，一般采用常压精馏；对于常压下泡点较高或热敏性物质，宜采用减压精馏，以降低操作温度。乙醇和水的常压沸点分别为78℃和100℃，因此采用常压精馏，稍稍加压，塔顶压力为（101.3+4）kPa。2.4进料状态进料状态分为五种状态，包括冷液进料、饱和液体进料（即泡点进料）、气液混合物进料、饱和蒸汽进料和过热蒸汽进料。在实际生产中，以接近泡点的冷进料和泡点进料者居多，泡点进料时精馏段和提馏段的塔径相同，无论是设计计算还是实际加工制造这样的精馏塔都比较容易。因此选择进料方式为泡点进料。2.5塔釜加热方式一般塔釜都设置再沸器，输入一定热量使部分液体汽化，产生上升蒸汽，使精馏过程得以进行，大多数情况下均采用间接加热，但是对于塔内重组分是水的体系来说，由于水将作为塔釜产品从塔底排出，此时就可以省去一个再沸器，采用直接蒸汽加热的方式来对塔釜进行加热，本系统中乙醇为轻组分，水为重组分，因此可以采用直接蒸汽加热，加热蒸汽的温度由塔釜温度和加热蒸汽规格决定，提供的加热蒸汽压力为101.3 kPa（表压），可作为加热的热源。2.6塔顶冷凝方式精馏塔顶一般设置全凝器，以保证将上升蒸汽全部冷凝成液体，当塔顶有气相出料时，可以考虑在全凝器之前设置一个分凝器，将部分气体冷凝，剩下的气体作为气相采出，这时的分凝器相当于一层理论板。在本工艺中，没有塔顶气相采出，因此采用全凝器即可满足要求。2.7塔板溢流形式板式塔常见的溢流方式（降液管布置方式）有U型流、单溢流、双溢流及阶梯式双溢流等。U型流液体流径长，可以提高板效率，其板面利用率也高，但它的液面落差大，只适用于小塔和液体流量较小的塔；单溢流液体流径较长，塔板效率较高，结构简单，加工方便，在直径小于2.2m的塔中被广泛应用；双溢流的液体流动的路程短，可降低液面落差，但塔板结构复杂，板面利用率低，一般用于直径大于2m的塔中。阶梯式双溢流结构最为复杂，只适用于塔径很大、液流量很大的特殊场合[2]。对产量做简单估计后，选择单溢流作为塔板溢流形式的初步结果，具体设计视情况决定。2.8塔径的选取精馏塔的塔径由塔内的气相体积流量和空塔气速决定，一般来说，精馏段和提馏段由于操作条件的不同，