精馏塔开题报告

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1、精徭塔开题报告 DN700 甲醇精馏塔设计 一、甲醇精馏塔设计的背景与意义精馏塔是化工工业中广泛使用，是分离工艺中的重 要设 备。而精馏是甲醇生产的重要后处理工序，在甲 醇生产中占 据重要的位置。甲醇精馏塔是精馏的核心 设备，它与产品质 量回收率消耗定额三废排放及处理 等方面密切相关甲醇精 馏塔既可采用板式塔，也可采 用填料塔。近年来，我国精馏 塔内件技术有了长足发 展，如高效导向筛板、新型垂直筛板、 新型导向浮阀 塔板及新型规整填料等技术开始被广泛采用1 甲醇精馏装置是甲醇生产的重要处理工序，其能耗 占甲 醇生产总能耗 20%左右。甲醇精馏技术的好坏直接 关系到 精甲醇的质量；先进、节能、高

2、效的精馏装置， 对降低成 本、节能降耗、提高产品竞争力和企业经济 效益起到重要 的作用。加强对甲醇精馏塔的研究与改进，不断满足化学工 业的要 求，达到低成本、低耗能、节能环保、绿色高 效等要求，有 利于我国化学工业科学快速的发展，不 断赶上国际以及发达 国家的脚步，提升自己的竞争实 力。 二、国内外对本课题的研究现状现阶段，国内外的研究聚焦于新型高效性能塔板的开发及工业应用；塔板设计、开发更趋于科学化的方 向。在填料塔研究方面，不断研究新型、高效的填料来 提高填料塔的效能。随着时代的发展，国内外对精 馆塔的研究更趋向于经济、安全、高效、清洁方向发瀛，推动精馅设备的前进与发展。2.1精帽塔的发展

3、从精憾设备的历史发展来看，精馅技术与石油、化学加 工工业的发展是相辅相成、相互刺激、共同进步的发展关 系。精馆技术的任何进步，都会极大刺激化学加工工业的 技术发展，同样在石油、化学加工工业发展的每一个历史 阶段都会对精憎设备技术提出更高的要求。-阶段一：20 50年代 1920年，有溢流的泡罩塔板开始应用于炼油工业，开 创了一个新的炼油时代泡罩塔板对设计水平要求不高、对各类操作的适应能 力强、对操作控制要求低等特性在当时被认为是无可 替代的板型 Rachig环填料塔主要应用于较小直径的无机分离塔设 备中，同时也开发了 PM1环，标志着现代乱堆填 料 的诞生 . 阶段二： 50 70 年代消除放

4、大效应的研究：AIChE研究浮阀塔板的开发FRI 的成立系统化的设计方法：1955年，Monsanto公司的Bolles发表了著名的“泡罩塔板设计手册”，首先提出了科 学 的、规范化塔板设计技术，该方法到目前为止仍 然广泛 流行大孔筛板的研究 . 阶段三： 70 90 年代大型液体分布器的基础研究，使得填料塔的放大研 究成 功，并在减压塔中应用获得极大的经济效益和 社会效益 计算机应用（辅助精馏塔放大效应的研究，计算塔 板效 率；精馏过程设计）新型高性能浮阀塔板的开发及应用 . 阶段四： 80 末至今 新型高效性能塔板的开发及工业应用 塔板设计、开发更趋于科学化的方向 现有精馏设备的优点： 结

5、构简单，造价低；生产能力大，分离效率高； 操作弹性大，精馏效率较高 所存在的问题：对原材料的适应性存在差异； 容易堵塞，不宜处理易结焦、粘度大的物料； 生产能力和工作效率有待提高。 新型精馏设备的研究与发展趋向是全面的把高速、高效与 简化结构结合起来。较之旧型设备，性能都有 所改进，材料 与加工方面也有节约。但它们都多少还 存在某些问题和不足 如操作稳定性尚差，气液分配 还有一定的缺陷。当然随着进 一步研究和生产数据的 完善，新型精馏设备和其他化工设备 一样，将不断更 新换代，日趋完善。为国际化学生产服务， 为经济社 会发展服务。2.2国内对甲醇精馏塔的研究现状 我国塔设备技术的发展，经历了一

6、个漫长而又艰 辛 的过程。自新中国成立以后，随着我国工业的快速 发展， 我国陆续建立了一批现代化的石油化工装置。 随着这些装 置引进的新型塔设备，不仅在操作、使用 这些设备方面提 供了大量的第一手资料，还带动了塔 设备的科研、设计工 作，加速了这方面的技术开发。塔器是工业广泛应用的重要单元设备。在目前操作 的塔器 中，仍以板式塔为主，但开发应用新塔，则以填 料塔为主 导。其中，金属环矩鞍、阶梯环、朗博帕克和各种波纹填料 已接近理想填料，具有传质效率高、通量 大、压降低和价格 合理等特点，性能优于传统填料，集 中代表了现代塔填料水平。填料塔的放大技术取得重 大突破，出现了新型填料塔 不仅取代传统

7、填料塔而且 也部分代替大型板式塔，乃至形成 在炼油和石油化工 行业与板式塔抗衡的新局面。估计世界应 用新型填料 塔已不下万座，产生了巨大的经济效益和社会效 应。这 就是新型填料塔分离技术主要发展趋势。我国要继续 跟踪国外塔分离技术最新发展动向 ，在已有基础上及 时赶 上和达到国际先进水平，创造更大经济效益和社 会效益2 。在化工生产中，无论是精馏还是吸收、解析或萃取， 其 目的都是为了使得混合液中不同馏程的组分得以分 离。目前，我国常用的板式塔型仍为泡罩塔、浮阀塔、 筛板 塔和舌形塔等冏。目前板式塔的形式已有一百多 种，在化 工生产中最广泛应用的是泡罩塔、浮阀塔及 筛板塔。塔板技术的发展： 开

8、孔方式及其新开孔构件的发展； 塔板空间的合理利用； 新降液管结构气液接触构型的复合和交融通过以上对现有塔设备技术发展的评述得出，国内 现有板 式塔设备技术的发展是在传统简单机制技术基 础上的深化 和完善，并在当前工业应用中表现出优良 的操作性能，获得 了可以满足现有生产要求的操作效 果。精馏是应用最广和规模最大的传质分离过程。在化 学工业中精馏设备的研究占有较大的比重，特别是在 改革开放初期 设备研究论文数量比例较大，精馏过 程模拟也是被普遍关注 的研究课题，这与我国化学工 业的高速发展对精馏装备及其 设计的需求是相适应 的。进入 21 世纪以来，对采用反应精 馏等非常规精馏 方法实现精馏过程

9、强化研究的关注显著增 加，反映出 我国精馏研究向复合过程创新研究方面发展的趋 势。 这和我国化学工业的发展以及节能的倡导有所相关 精馏塔设备在生产过程中维持一定的压力、温度和 规定的气 液流量等工艺条件，其设备的性能对产品质 量、产量、生产 能力和原材料消耗以及三废处理和环 境保护等，都有重要的 影响。是化工生产过程中必不 可少的设备。中国甲醇装置的整体技术装备水平，低生产工艺落 后， 发达国家以天然气合成甲醇的单位能耗一般低于 30 GJ/t , 而中国生产能力较大的甲醇装置能耗多在 4050 GJ/t 小装 置，由于采用国外已淘汰的高压法 ， 单位能耗大多在 60 GJ/t 左右，显然满足

10、燃料甲醇大 宗 化、低成本生产的需要，采用先进工艺、建设（超） 大型 化装置是唯一出路5 。甲醇精馏技术的好坏直接关系到甲醇的质量，先进、 节 能、高效的精馏装置，对降低成本、节能降耗、提 高产品 竞争力和企业经济效益起到重要的作用。目前 甲醇三塔精 馏技术具有热利用率高、消耗低、易操作、 产品质量好、环保效益高等特点，越来越多地被广泛 推广和应用6 。 填料塔具有结构简单、压降小，且可用各种材料制 造等 优点。在处理容易产生泡沫的物料以及用于真空 操作时， 有其独特的优越性。过去由于填料本体及塔 内构件的不够 完善，填料塔大多局限于处理腐蚀介质 或不适宜安装塔板 的小直径塔。近年来由于填料结

11、构 的改进，新型高效、高 负荷填料的开发，即提高了塔 的通过能力和分离效能，又 保持了压力降小及性能稳 定的特点，因此填料塔已被推广 到所有大型气液中， 在某些场合，还代替了传统的板式 塔。随着对填料塔 的研究和开发，性能优良的填料塔已被大量的应用于 工业 生产中。2.3 国外甲醇精馏塔的研究现状 国外目前塔设备的研究方向是“在提高处理能力 和简 化结构的前提下，保持适当的操作弹性和压力降， 并尽量 提高塔盘的效率”，在新型填料方面则在努力的 研究发展 有利于气液分布均匀、高效和制造方便的填 料。国外出现了分隔壁精馏塔（Divided Wall Column,简 称DWC）是一种完全热耦合的蒸

12、馏塔，具有能耗低、投 资少的优点。早在 1933 年, Luster 因裂解气分离而 提出 了 DWC 概念,并申请了美国专利。最简单的隔 板塔是在 普通精馏塔中放人 1 块隔板,这样相当于 2 个精馏塔。因此更大程度的利用了能量，降低了能耗。DWCs7 利用于一个广泛的化学物质的分离，如碳氢 化 合物、醇类、醛类、酮类、缩醛和胺。原则上，DWCs都 应用在板式塔和填料塔。然而，到目前为止，绝大 多数已 经由 Montz 建造和由 BASF S 副用作为填料塔。 现有的 DWCs 在具体特征上的细节是主要的秘密。DWCs 通常比普通蒸馏塔大，它们的直径可达 5 米。对 于 超过三种成分混合物的

13、分离，仅仅只有两个工业应 用程序 被报道过。DW 共沸概念的集成、采掘和反应蒸馏原理表明显著 降 低了投资和运营成本。目前，工业应用领域只存在 萃取蒸 馏（BASF SE和UOP）。关于共沸和采掘的DWCs的文 献是很稀少的。一些调查已经进行了，从 实验和理论上来 讲，对于反应性DWCs。一些模型已经被发展了，但是没 有可以用的工业应用。相比与传统的蒸馏塔， DWCs 更加节能，需要的投 资资 本更少。最近 DW 应用的快速扩张允许我们预计大 约 350 个工业应用可以预见直到 2015 年。近几年来，国外对 DWC 技术的研究和应用都十分 重 视。美国、德国、日本、英国等都有专门的研究机 构

14、。而 我国在这方面还没有进行研究，加快这一技术 的开发和工 业化步伐，有自己的知识产权 ，是推进我 国炼油、石化及化工行业的一项重要内容。总之，DWC技术是具有独特作用的精馏。它在化学工 业中的应用越来越广泛， 将取得的成果逐步加以 推广， 必 将创造极大的经济效益。三、甲醇精馏塔的设计3.1甲醇精馏塔设计的原始资料设计一套甲醇回收装置，进料温度86C，回流液温 度 63C,进料中含甲醇76.39% （质量），进料流量 2000kg/h，塔顶出料中含甲醇99.5%,经精馏后残液含甲醇 1%精馏塔直径为700,设计压力0.55MPa,设 计温度 160C,介质为甲醇和水的混合物；再沸器直径为11

15、00,采 用内置管盘加热，管内压力为 0.9MPa , 设计温度 200C, 介质为水蒸汽。再沸器采用立式容器 结构,整套装置支撑在 裙座上。3.2 设计要求完成装置总体结构设计,重点完成再沸器结构设 计,以 及各零部件的强度计算。完成设计说明书 1 份 完成设计图纸（总装配图和零 部件图等折合 3 张 零号图纸） 完成文献综述 1 份 完成外文翻译 1 份3.3 设计步骤本设计的研究方法主要是结合设计内容和设计条 件,参阅相关塔设备设计的资料 ,按照塔设备设计的 要求进行设计, 以达到培养我们设备设计工程概念的 目的。塔设备的设计一 般主要包括两个部分：工艺设 计和机械设计。工艺设计中要 初

16、步确定各阶段混合物 的物理特性,由计算得出的具体数据 再进行塔高、塔 径的最基本设计,主要是与填料有关的各种 计算,在 工艺设计的最后还要进行塔的附属设备设计。进入 塔 设备的机械设计部分后，塔的结构形式渐渐明朗化。 机 械部分要解决的问题，除了确定塔设备的各细节结 构外，更 重要的就是要做各种校核工作，以保证设计 完成的塔设备不 仅能够正常运转，而且必须符合国家 安全生产的标准。其校 核内容主要包括：质量载荷、 地震载荷、风载荷等，还包括 强度及稳定性校核。在 完成设计部分的任务后，就进入画图 阶段。均采用计 算机绘图，并严格按照设计尺寸进行绘制。本设计的研究的步骤： 工艺设计计算物料衡算 热量衡算 理论塔板数的计算 确定填料高度，确定塔高、塔径 结构设计计算 塔体总体结构设计 附属设