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板式塔负荷性能图方法的若干拓展.pdf6页
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卷 第 期 化 工
学 报 ５６ ６ Ｖｏｌ．５６ Ｎｏ．６ 年 月 （
） ２００５ ６ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒ ａｎｄ Ｅｎｉｎｅｅｒｉｎ
Ｃｈｉｎａ Ｊｕｎｅ ２００５ ｙ ｇ ｇ
研究论文 板式塔负荷性能图方法的若干拓展
刘艳升 （中国石油大学 （北京），北京 １０２２４９） 摘要：论述了板式塔负荷性能图方法在实践应用中的若干问题 包括按照水力学操作极限和传质操作限制的概 ． 念构造负荷性能图、适宜坐标选择的讨论、塔板超限制操作判断问题，提出了可行稳定域分析概念，用于分析 精馏塔全面进料条件变化的情况等． 关键词：负荷性能图；板式塔；可行稳定域 中图分类号： 文献标识码： 文章编号： （
） ＴＱ０５３．５ Ａ ０４３８－１１５７ ２００５ ０６－１１５０－０６
１０２２４９
Ｓｏｍｅｎｅｗｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｓａｎｄｄｅｖｅｌｏｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅ ｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｄｉａｒａｍｏｆｔｒａｓ ＰＤＴ ｗｅｒｅ ｐ ｐ ｇ ｙ
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板式塔负荷性能图方法的若干拓展
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高效规整填料的工业应用
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　　【摘要】随着新型填料的开发和应用，采用填料的效果要优于采用板式塔，这在许多装置的大型塔设备中已经得到很多应用。与板式塔相比较，填料塔具有效率高、压降和持液量小、放大效应不明显等特点，特别适用于分离高沸点或热敏性物质的蒸馏等过程。规整填料在石油化工等领域中得到了广泛的应用，成为提高产品产量、改进分离效果、节能降耗以及稳定操作的重要技术措施。 中国论文网 /1/view-5769405.htm　　【关键词】规整填料 流体力学 传质性能 　　在炼油生产、石油化工、精细化工等领域中，气液传质设备是广泛地应用于单元操作过程中，气液两相通过塔及其构件进行接触传质，有时还伴有传热过程。塔的结构型式及尺寸直接影响单元操作时的流体力学状态和传质（传热）性能[1]。 　　自从20世纪70年代以来，随着新型填料的开发和应用，采用填料的效果要优于采用板式塔，这在许多装置的大型塔设备中已经得到很多应用。美国的著名学者Fair教授，曾经提出[2]：在未来的十年内，填料塔将会慢慢取代板式塔；而在低压降下，规整填料也会受到更多地青睐。 　　1 规整填料 　　1.1 概述 　　规整填料是在塔内组成了有规律的、均匀排列的、由许多结构单元相同的空间单元体整齐规则堆放的填料，其可以逐层整块地放入塔内。由于结构的特点，决定了规整填料规定了固定的气、液通路与两相间的接触方式，使其空隙率高、有效传质表面积大、传质效率高、压降低，而且强化了气液两相的径向混合，从而降低了沟流壁流现象的发生，减小了放大效应[3]。规整填料相比于新型散堆填料的传质性能，其优点在于其具有较低的等板高度HETP，而这种差异主要源自于规整填料具有更大的体积传质系数KGa和KLa[4]。近年来，规整填料在石油化工等领域中得到了广泛的应用，成为提高产品产量、改进分离效果、节能降耗以及稳定操作的重要技术措施。 　　1.2 规整填料的特点 　　通过研究表明，规整填料具有以下一些 　　特点[5]： 　　（1）相对于散堆填料其分离效率较高。由于较大的比表面积的原因，规整填料提高了单位高度的理论板数，比如金属丝网填料就能达到理论板数能10块/米以上； 　　（2）气液通量和操作弹性相对较大。相比于同等直径的板式塔，其产气量往往能够大幅度提高，而且规整填料允许的通量可在较大的范围内变化，但是在实际生产中，填料塔的弹性比还主要受制于塔内液体分布器操作弹性的限制； 　　（3）阻力压降低。其显著特点是，即使在较大负荷下规整填料的压降仍是较小的； 　　（4）放大效应不明显。与散堆填料的不同之处在于规整填料在应用于大型塔设备时，其分离效率是降低较少的。 　　2 高效规整填料在工业中的应用 　　2.1 BH填料在甲醇精馏装置中的应用 　　甲醇是一种重要的有机化工产品，不仅在化学工业中占据重要的地位，而且也在国民生产中得到广泛应用。因为受制于合成条件等因素，工业中需要通过精馏单元除去甲醇中的杂质，来得到高纯度产品。也就是说，为了达到节能降耗以及生产出高质量产品的目的，一般情况下生产企业会对甲醇精馏塔进行升级改造，而BH型高效填料已经成功应用于该领域。 　　采用双塔精馏工艺流程，对3万吨/年甲醇装置进行技术改造，把原有直径为Φ1600的斜口板式塔改造成直径为Φ1000的填料塔。采用新型高效填料，理论级数为2.4块/米，总填料层高度在实际中为9.7米，同时对塔内件的设计进行了优化。通过合理设计，新塔的效率得到提高，回流比从原来的1.8减至1.4，而塔釜液相中的甲醇含量也从原来的0.7%降至0.05%。通过技术改造，每年在冷却水费用、水蒸气费用以及甲醇消耗费用上可节约共计136.5万元/年，而设备改造的成本仅为32.5万元，投资收回期为79天。 　　在实际改造项目中，北京化工实验厂用此技术对精馏主塔进行了改造，将年产3万吨/年的生产能力提高到6万吨/年，提高产量的同时，在节能方面也达到了降耗的目的。 　　此外，某外资电容器厂为了生产高端产品，需要通过技术改造得到高纯度的甲醇溶剂，而对生产排放物又有严格的限制指标，其技术改造前后的技术指标见表1。用BH型填料对甲醇精馏塔进行改造，甲醇产品的成分由99.5%提高至99.95%以上，使下游的电子产品次品率大幅度减少。不仅如此，塔釜物料中的甲醇含量减少到了0.001%，塔的回流比从改造之前的2.25降低到1.5，塔的能耗降低了23%，这样每年节约蒸汽用量2000t，冷却循环水70000t，仅两项就可为企业每年节约成本33多万元，在降低了原料成本和环境污染的同时，为企业带来可观的经济效益。 　　2.2 高效填料在聚氯乙烯工业中的应用 　　聚氯乙烯是一种重要的化工原料，是最早用于工业化生产的管道材料。在工业上，聚氯乙烯的传统合成方法是氯乙烯单体在引发剂作用下聚合而成，氯乙烯又是由氯化氢和乙炔加成得到的。所以乙炔的合成在聚氯乙烯生产中有着重要的地位。 　　在某聚氯乙烯厂的新区扩建项目中，在两座乙炔清净塔中采用BH型高效波纹填料，其中，塔径为2m，填料高度约10m、材质为陶瓷。通过此次改造，净化后出塔的气相中S、P含量为零；两清净塔可串联使用；清净塔压力降不大于15mmHg；且设备内表面达到防止NaClO腐蚀要求。 　　改造后将原有生产能力扩大了2.3倍，同时延长了催化剂的使用寿命，并且减少了副反应得发生、提高了产品质量。在保证后续工段良好运行的同时，为企业每年带来320万元的经济效益。 　　2.3 高效填料在装置改造中的应用 　　原有乙酸乙烯与副产物乙酸甲酯分离塔采用的是浮阀结构，因为分离能力低，使乙酸甲酯中排放的乙酸乙烯含量超标严重，增加原料消耗的同时，生成的有害杂质影响了产品的质量。实际改造中，在原塔基础上嫁接4.5m BHS型填料。本项技术的应用，使分离效率提高了40%、生产能力提高了50%，同时降低了原料消耗，节约了产品能耗，提高了产品的质量和产量，为企业带来经济效益893.24万元。可见，BHS型高效填料的研究与应用有着广阔的前景。
　　某化工装置要进行扩能改造，对产品方案进行优化，同时扩大产能。原有脱碳七塔的原料需要精细切割，将C6～C7馏分从C6～C9+馏分中分离出来后，送往下游的芳烃抽提装置进一步深加工。在装置改造过程中，由于受原有占地的限制以及节省投资等因素，把原有的一台板式塔（含有33块浮阀塔盘）改造为填料塔。在设计过程中，改造后的填料塔将在真空条件下进行操作，并且为了降低塔釜的温度，要求整塔压降控制在9kPa以内。改造中，我们采用了BH型高效规整填料替代原有浮阀塔盘，理论级数为2.4块/米，总填料层高度在实际中为10.7米，分三段装填入塔。开车后，经过标定，塔压降实测值仅为6kPa。由于填料的分离效率高，回流比维持在较低水平，塔顶塔釜产品均满足分离指标。改造后，脱碳七塔的气相符合提高了2倍，充分体现了高效规整填料对大负荷的适应性。 　　该装置的脱碳八塔也采用BH型填料，塔顶分离C8，塔釜采出C9+。改造后，塔顶C8中的杂质含量控制在1500ppm以内，满足设计时的分离要求；由于BH型填料分离效率高，塔的实际操作回流值较设计值低10%。经过改造，每年可节约蒸汽用量7800t，冷却循环水376000t，此两项就能为企业每年节约成本105多万元，帮助企业进一步实现节能减排，增产增效的目标。 　　3 结论 　　由此可见，塔器对于整个石化装置的生产能力、产品质量，以及企业的能耗指标、环保等方面有着重要的影响。与板式塔相比较，填料塔具有效率高、压降和持液量小、放大效应不明显等特点，特别适用于分离高沸点或热敏性物质的蒸馏等过程，对于旧有板式塔的改造也提供了一种可行的方案。随着我国石化行业和高新技术的不断发展，以及对节能减排要求的逐步深入，开发国内独有的新型高效填料日趋迫切，填料塔技术的研究以及应用将进入一个新的发展时期。 　　参考文献 　　[1] 王松汉.石油化工设计手册（第3卷）化工单元过程[M].北京：化学工业出版社，2002 　　[2] 陈大昌，魏建华.塔填料的工业应用及评价[J].化学工程，）：15-23 　　[3] 黄洁，曾斌，张学，张军保，王辉.规整填料和散堆填料传质性能比较[J].化学工程，）：13-16 　　[4] 李群生，马文涛，张泽廷.塔填料的研究现状及发展趋势[J].化工进展，）：619-624 　　[5] 孙东升.填料塔分离技术新进展[J].化工进展，）：769-772
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