煉油裝置中塔盤的結構和作用

1. 鍋爐煙氣脫硫設計(浮閥塔)

硫技術
通過對國內外脫硫技術以及國內電力行業引進脫硫工藝試點廠情況的分析研究，目前脫硫方法一般可劃分為燃燒前脫硫、燃燒中脫硫和燃燒後脫硫等3類。
其中燃燒後脫硫，又稱煙氣脫硫（Flue gas desulfurization，簡稱FGD）,在FGD技術中,按脫硫劑的種類劃分,可分為以下五種方法：以CaCO3（石灰石）為基礎的鈣法，以MgO為基礎的鎂法，以Na2SO3為基礎的鈉法，以NH3為基礎的氨法，以有機鹼為基礎的有機鹼法。世界上普遍使用的商業化技術是鈣法，所佔比例在90%以上。按吸收劑及脫硫產物在脫硫過程中的干濕狀態又可將脫硫技術分為濕法、干法和半干（半濕）法。濕法FGD技術是用含有吸收劑的溶液或漿液在濕狀態下脫硫和處理脫硫產物，該法具有脫硫反應速度快、設備簡單、脫硫效率高等優點，但普遍存在腐蝕嚴重、運行維護費用高及易造成二次污染等問題。干法FGD技術的脫硫吸收和產物處理均在干狀態下進行，該法具有無污水廢酸排出、設備腐蝕程度較輕，煙氣在凈化過程中無明顯降溫、凈化後煙溫高、利於煙囪排氣擴散、二次污染少等優點，但存在脫硫效率低，反應速度較慢、設備龐大等問題。半干法FGD技術是指脫硫劑在乾燥狀態下脫硫、在濕狀態下再生（如水洗活性炭再生流程），或者在濕狀態下脫硫、在干狀態下處理脫硫產物（如噴霧乾燥法）的煙氣脫硫技術。特別是在濕狀態下脫硫、在干狀態下處理脫硫產物的半干法，以其既有濕法脫硫反應速度快、脫硫效率高的優點，又有干法無污水廢酸排出、脫硫後產物易於處理的優勢而受到人們廣泛的關注。按脫硫產物的用途，可分為拋棄法和回收法兩種。
1．1脫硫的幾種工藝
（1）石灰石——石膏法煙氣脫硫工藝
石灰石——石膏法脫硫工藝是世界上應用最廣泛的一種脫硫技術，日本、德國、美國的火力發電廠採用的煙氣脫硫裝置約90%採用此工藝。
它的工作原理是：將石灰石粉加水製成漿液作為吸收劑泵入吸收塔與煙氣充分接觸混合，煙氣中的二氧化硫與漿液中的碳酸鈣以及從塔下部鼓入的空氣進行氧化反應生成硫酸鈣，硫酸鈣達到一定飽和度後，結晶形成二水石膏。經吸收塔排出的石膏漿液經濃縮、脫水，使其含水量小於10%，然後用輸送機送至石膏貯倉堆放，脫硫後的煙氣經過除霧器除去霧滴，再經過換熱器加熱升溫後，由煙囪排入大氣。由於吸收塔內吸收劑漿液通過循環泵反復循環與煙氣接觸，吸收劑利用率很高，鈣硫比較低，脫硫效率可大於95% 。
（2）旋轉噴霧乾燥煙氣脫硫工藝
噴霧乾燥法脫硫工藝以石灰為脫硫吸收劑，石灰經消化並加水製成消石灰乳，消石灰乳由泵打入位於吸收塔內的霧化裝置，在吸收塔內，被霧化成細小液滴的吸收劑與煙氣混合接觸，與煙氣中的SO2發生化學反應生成CaSO3,煙氣中的SO2被脫除。與此同時，吸收劑帶入的水分迅速被蒸發而乾燥，煙氣溫度隨之降低。脫硫反應產物及未被利用的吸收劑以乾燥的顆粒物形式隨煙氣帶出吸收塔，進入除塵器被收集下來。脫硫後的煙氣經除塵器除塵後排放。為了提高脫硫吸收劑的利用率，一般將部分除塵器收集物加入制漿系統進行循環利用。該工藝有兩種不同的霧化形式可供選擇，一種為旋轉噴霧輪霧化，另一種為氣液兩相流。
噴霧乾燥法脫硫工藝具有技術成熟、工藝流程較為簡單、系統可靠性高等特點，脫硫率可達到85%以上。該工藝在美國及西歐一些國家有一定應用范圍（8%）。脫硫灰渣可用作制磚、築路，但多為拋棄至灰場或回填廢舊礦坑。
（3） 磷銨肥法煙氣脫硫工藝
磷銨肥法煙氣脫硫技術屬於回收法，以其副產品為磷銨而命名。該工藝過程主要由吸附（活性炭脫硫制酸）、萃取（稀硫酸分解磷礦萃取磷酸）、中和（磷銨中和液制備）、吸收（ 磷銨液脫硫制肥）、氧化（亞硫酸銨氧化）、濃縮乾燥（固體肥料制備）等單元組成。它分為兩個系統：
煙氣脫硫系統——煙氣經高效除塵器後使含塵量小於200mg/Nm3，用風機將煙壓升高到7000Pa，先經文氏管噴水降溫調濕，然後進入四塔並列的活性炭脫硫塔組（其中一隻塔周期性切換再生），控制一級脫硫率大於或等於70%，並製得30%左右濃度的硫酸，一級脫硫後的煙氣進入二級脫硫塔用磷銨漿液洗滌脫硫，凈化後的煙氣經分離霧沫後排放。
肥料制備系統——在常規單槽多漿萃取槽中，同一級脫硫製得的稀硫酸分解磷礦粉（P2O5 含量大於26%），過濾後獲得稀磷酸（其濃度大於10%），加氨中和後製得磷氨，作為二級脫硫劑，二級脫硫後的料漿經濃縮乾燥製成磷銨復合肥料。
（4）爐內噴鈣尾部增濕煙氣脫硫工藝
爐內噴鈣加尾部煙氣增濕活化脫硫工藝是在爐內噴鈣脫硫工藝的基礎上在鍋爐尾部增設了增濕段，以提高脫硫效率。該工藝多以石灰石粉為吸收劑，石灰石粉由氣力噴入爐膛850~1150℃溫度區，石灰石受熱分解為氧化鈣和二氧化碳，氧化鈣與煙氣中的二氧化硫反應生成亞硫酸鈣。由於反應在氣固兩相之間進行，受到傳質過程的影響，反應速度較慢，吸收劑利用率較低。在尾部增濕活化反應器內，增濕水以霧狀噴入，與未反應的氧化鈣接觸生成氫氧化鈣進而與煙氣中的二氧化硫反應。當鈣硫比控制在2.0~2.5時，系統脫硫率可達到65~80%。由於增濕水的加入使煙氣溫度下降，一般控制出口煙氣溫度高於露點溫度10~15℃，增濕水由於煙溫加熱被迅速蒸發，未反應的吸收劑、反應產物呈乾燥態隨煙氣排出，被除塵器收集下來。
該脫硫工藝在芬蘭、美國、加拿大、法國等國家得到應用，採用這一脫硫技術的最大單機容量已達30萬千瓦。
（5）煙氣循環流化床脫硫工藝
煙氣循環流化床脫硫工藝由吸收劑制備、吸收塔、脫硫灰再循環、除塵器及控制系統等部分組成。該工藝一般採用干態的消石灰粉作為吸收劑，也可採用其它對二氧化硫有吸收反應能力的乾粉或漿液作為吸收劑。
由鍋爐排出的未經處理的煙氣從吸收塔（即流化床）底部進入。吸收塔底部為一個文丘里裝置，煙氣流經文丘里管後速度加快，並在此與很細的吸收劑粉末互相混合，顆粒之間、氣體與顆粒之間劇烈摩擦，形成流化床，在噴入均勻水霧降低煙溫的條件下，吸收劑與煙氣中的二氧化硫反應生成CaSO3 和CaSO4。脫硫後攜帶大量固體顆粒的煙氣從吸收塔頂部排出，進入再循環除塵器，被分離出來的顆粒經中間灰倉返回吸收塔，由於固體顆粒反復循環達百次之多，故吸收劑利用率較高。
此工藝所產生的副產物呈乾粉狀，其化學成分與噴霧乾燥法脫硫工藝類似，主要由飛灰、CaSO3、CaSO4和未反應完的吸收劑Ca(OH)2等組成，適合作廢礦井回填、道路基礎等。
典型的煙氣循環流化床脫硫工藝，當燃煤含硫量為2%左右，鈣硫比不大於1.3時，脫硫率可達90%以上，排煙溫度約70℃。此工藝在國外目前應用在10~20萬千瓦等級機組。由於其佔地面積少，投資較省，尤其適合於老機組煙氣脫硫。
（6）海水脫硫工藝
海水脫硫工藝是利用海水的鹼度達到脫除煙氣中二氧化硫的一種脫硫方法。在脫硫吸收塔內，大量海水噴淋洗滌進入吸收塔內的燃煤煙氣，煙氣中的二氧化硫被海水吸收而除去，凈化後的煙氣經除霧器除霧、經煙氣換熱器加熱後排放。吸收二氧化硫後的海水與大量未脫硫的海水混合後，經曝氣池曝氣處理，使其中的SO32-被氧化成為穩定的SO42-，並使海水的PH值與COD調整達到排放標准後排放大海。海水脫硫工藝一般適用於靠海邊、擴散條件較好、用海水作為冷卻水、燃用低硫煤的電廠。海水脫硫工藝在挪威比較廣泛用於煉鋁廠、煉油廠等工業爐窯的煙氣脫硫，先後有20多套脫硫裝置投入運行。近幾年，海水脫硫工藝在電廠的應用取得了較快的進展。此種工藝最大問題是煙氣脫硫後可能產生的重金屬沉積和對海洋環境的影響需要長時間的觀察才能得出結論，因此在環境質量比較敏感和環保要求較高的區域需慎重考慮。
（7） 電子束法脫硫工藝
該工藝流程有排煙預除塵、煙氣冷卻、氨的充入、電子束照射和副產品捕集等工序所組成。鍋爐所排出的煙氣，經過除塵器的粗濾處理之後進入冷卻塔，在冷卻塔內噴射冷卻水，將煙氣冷卻到適合於脫硫、脫硝處理的溫度（約70℃）。煙氣的露點通常約為50℃，被噴射呈霧狀的冷卻水在冷卻塔內完全得到蒸發，因此，不產生廢水。通過冷卻塔後的煙氣流進反應器，在反應器進口處將一定的氨水、壓縮空氣和軟水混合噴入，加入氨的量取決於SOx濃度和NOx濃度，經過電子束照射後，SOx和NOx在自由基作用下生成中間生成物硫酸（H2SO4）和硝酸（HNO3）。然後硫酸和硝酸與共存的氨進行中和反應，生成粉狀微粒（硫酸氨(NH4)2SO4與硝酸氨NH4NO3的混合粉體）。這些粉狀微粒一部分沉澱到反應器底部，通過輸送機排出，其餘被副產品除塵器所分離和捕集，經過造粒處理後被送到副產品倉庫儲藏。凈化後的煙氣經脫硫風機由煙囪向大氣排放。
（8）氨水洗滌法脫硫工藝
該脫硫工藝以氨水為吸收劑，副產硫酸銨化肥。鍋爐排出的煙氣經煙氣換熱器冷卻至90~100℃，進入預洗滌器經洗滌後除去HCI和HF，洗滌後的煙氣經過液滴分離器除去水滴進入前置洗滌器中。在前置洗滌器中，氨水自塔頂噴淋洗滌煙氣，煙氣中的SO2被洗滌吸收除去，經洗滌的煙氣排出後經液滴分離器除去攜帶的水滴，進入脫硫洗滌器。在該洗滌器中煙氣進一步被洗滌，經洗滌塔頂的除霧器除去霧滴，進入脫硫洗滌器。再經煙氣換熱器加熱後經煙囪排放。洗滌工藝中產生的濃度約30%的硫酸銨溶液排出洗滌塔，可以送到化肥廠進一步處理或直接作為液體氮肥出售，也可以把這種溶液進一步濃縮蒸發乾燥加工成顆粒、晶體或塊狀化肥出售。
1。2燃燒前脫硫
燃燒前脫硫就是在煤燃燒前把煤中的硫分脫除掉，燃燒前脫硫技術主要有物理洗選煤法、化學洗選煤法、煤的氣化和液化、水煤漿技術等。洗選煤是採用物理、化學或生物方式對鍋爐使用的原煤進行清洗，將煤中的硫部分除掉，使煤得以凈化並生產出不同質量、規格的產品。微生物脫硫技術從本質上講也是一種化學法，它是把煤粉懸浮在含細菌的氣泡液中，細菌產生的酶能促進硫氧化成硫酸鹽，從而達到脫硫的目的；微生物脫硫技術目前常用的脫硫細菌有：屬硫桿菌的氧化亞鐵硫桿菌、氧化硫桿菌、古細菌、熱硫化葉菌等。煤的氣化，是指用水蒸汽、氧氣或空氣作氧化劑，在高溫下與煤發生化學反應，生成H2、CO、CH4等可燃混合氣體（稱作煤氣）的過程。煤炭液化是將煤轉化為清潔的液體燃料（汽油、柴油、航空煤油等）或化工原料的一種先進的潔凈煤技術。水煤漿（Coal Water Mixture，簡稱CWM）是將灰份小於10%，硫份小於0.5%、揮發份高的原料煤，研磨成250~300μm的細煤粉，按65%~70%的煤、30%~35%的水和約1%的添加劑的比例配製而成，水煤漿可以像燃料油一樣運輸、儲存和燃燒，燃燒時水煤漿從噴嘴高速噴出，霧化成50~70μm的霧滴，在預熱到600~700℃的爐膛內迅速蒸發，並拌有微爆，煤中揮發分析出而著火，其著火溫度比干煤粉還低。
燃燒前脫硫技術中物理洗選煤技術已成熟，應用最廣泛、最經濟，但只能脫無機硫；生物、化學法脫硫不僅能脫無機硫，也能脫除有機硫，但生產成本昂貴，距工業應用尚有較大距離；煤的氣化和液化還有待於進一步研究完善；微生物脫硫技術正在開發；水煤漿是一種新型低污染代油燃料，它既保持了煤炭原有的物理特性，又具有石油一樣的流動性和穩定性，被稱為液態煤炭產品，市場潛力巨大，目前已具備商業化條件。
煤的燃燒前的脫硫技術盡管還存在著種種問題，但其優點是能同時除去灰分，減輕運輸量，減輕鍋爐的沾污和磨損，減少電廠灰渣處理量，還可回收部分硫資源。
1．3 燃燒中脫硫，又稱爐內脫硫
爐內脫硫是在燃燒過程中，向爐內加入固硫劑如CaCO3等，使煤中硫分轉化成硫酸鹽，隨爐渣排除。其基本原理是：
CaCO3→CaO＋CO2↑
CaO＋SO2→CaSO3
CaSO3＋1／2×O2→CaSO4
（1） LIMB爐內噴鈣技術
早在本世紀60年代末70年代初，爐內噴固硫劑脫硫技術的研究工作已開展，但由於脫硫效率低於10%～30％，既不能與濕法FGD相比，也難以滿足高達90%的脫除率要求。一度被冷落。但在1981年美國國家環保局EPA研究了爐內噴鈣多段燃燒降低氮氧化物的脫硫技術，簡稱LIMB，並取得了一些經驗。Ca／S在2以上時，用石灰石或消石灰作吸收劑，脫硫率分別可達40%和60%。對燃用中、低含硫量的煤的脫硫來說，只要能滿足環保要求，不一定非要求用投資費用很高的煙氣脫硫技術。爐內噴鈣脫硫工藝簡單，投資費用低，特別適用於老廠的改造。
（2） LIFAC煙氣脫硫工藝
LIFAC工藝即在燃煤鍋爐內適當溫度區噴射石灰石粉，並在鍋爐空氣預熱器後增設活化反應器，用以脫除煙氣中的SO2。芬蘭Tampella和IVO公司開發的這種脫硫工藝，於1986年首先投入商業運行。LIFAC工藝的脫硫效率一般為60%～85％。
加拿大最先進的燃煤電廠Shand電站採用LIFAC煙氣脫硫工藝，8個月的運行結果表明，其脫硫工藝性能良好，脫硫率和設備可用率都達到了一些成熟的SO2控制技術相當的水平。我國下關電廠引進LIFAC脫硫工藝，其工藝投資少、佔地面積小、沒有廢水排放，有利於老電廠改造。
1．4 燃燒後脫硫，又稱煙氣脫硫（Flue gas desulfurization，簡稱FGD）
燃煤的煙氣脫硫技術是當前應用最廣、效率最高的脫硫技術。對燃煤電廠而言，在今後一個相當長的時期內，FGD將是控制SO2排放的主要方法。目前國內外火電廠煙氣脫硫技術的主要發展趨勢為：脫硫效率高、裝機容量大、技術水平先進、投資省、佔地少、運行費用低、自動化程度高、可靠性好等。
1．3．1乾式煙氣脫硫工藝
該工藝用於電廠煙氣脫硫始於80年代初，與常規的濕式洗滌工藝相比有以下優點：投資費用較低；脫硫產物呈干態，並和飛灰相混；無需裝設除霧器及再熱器；設備不易腐蝕，不易發生結垢及堵塞。其缺點是：吸收劑的利用率低於濕式煙氣脫硫工藝；用於高硫煤時經濟性差；飛灰與脫硫產物相混可能影響綜合利用；對乾燥過程式控制制要求很高。
（1） 噴霧乾式煙氣脫硫工藝：噴霧乾式煙氣脫硫(簡稱干法FGD)，最先由美國JOY公司和丹麥Niro Atomier公司共同開發的脫硫工藝，70年代中期得到發展，並在電力工業迅速推廣應用。該工藝用霧化的石灰漿液在噴霧乾燥塔中與煙氣接觸，石灰漿液與SO2反應後生成一種乾燥的固體反應物，最後連同飛灰一起被除塵器收集。我國曾在四川省白馬電廠進行了旋轉噴霧干法煙氣脫硫的中間試驗，取得了一些經驗，為在200～300MW機組上採用旋轉噴霧干法煙氣脫硫優化參數的設計提供了依據。
（2） 粉煤灰乾式煙氣脫硫技術：日本從1985年起，研究利用粉煤灰作為脫硫劑的乾式煙氣脫硫技術，到1988年底完成工業實用化試驗，1991年初投運了首台粉煤灰乾式脫硫設備，處理煙氣量644000Nm3／h。其特點：脫硫率高達60%以上，性能穩定，達到了一般濕式法脫硫性能水平；脫硫劑成本低；用水量少，無需排水處理和排煙再加熱，設備總費用比濕式法脫硫低1／4；煤灰脫硫劑可以復用；沒有漿料，維護容易，設備系統簡單可靠。
1．3．2 濕法FGD工藝
世界各國的濕法煙氣脫硫工藝流程、形式和機理大同小異，主要是使用石灰石(CaCO3)、石灰（CaO）或碳酸鈉(Na2CO3)等漿液作洗滌劑，在反應塔中對煙氣進行洗滌，從而除去煙氣中的SO2。這種工藝已有50年的歷史，經過不斷地改進和完善後，技術比較成熟，而且具有脫硫效率高(90%～98％)，機組容量大，煤種適應性強，運行費用較低和副產品易回收等優點。據美國環保局(EPA)的統計資料，全美火電廠採用濕式脫硫裝置中，濕式石灰法佔39.6％，石灰石法佔47.4％，兩法共佔87%；雙鹼法佔4.1％，碳酸鈉法佔3.1％。世界各國(如德國、日本等)，在大型火電廠中，90%以上採用濕式石灰／石灰石-石膏法煙氣脫硫工藝流程。
石灰或石灰石法主要的化學反應機理為：
石灰法：SO2＋CaO＋1／2H2O→CaSO3•1／2H2O
石灰石法：SO2＋CaCO3＋1／2H2O→CaSO3•1／2H2O＋CO2
其主要優點是能廣泛地進行商品化開發，且其吸收劑的資源豐富，成本低廉，廢渣既可拋棄，也可作為商品石膏回收。目前，石灰／石灰石法是世界上應用最多的一種FGD工藝，對高硫煤，脫硫率可在90%以上，對低硫煤，脫硫率可在95%以上。
傳統的石灰／石灰石工藝有其潛在的缺陷，主要表現為設備的積垢、堵塞、腐蝕與磨損。為了解決這些問題，各設備製造廠商採用了各種不同的方法，開發出第二代、第三代石灰／石灰石脫硫工藝系統。
濕法FGD工藝較為成熟的還有：氫氧化鎂法；氫氧化鈉法；美國Davy Mckee公司Wellman-Lord FGD工藝；氨法等。
在濕法工藝中，煙氣的再熱問題直接影響整個FGD工藝的投資。因為經過濕法工藝脫硫後的煙氣一般溫度較低(45℃），大都在露點以下，若不經過再加熱而直接排入煙囪，則容易形成酸霧，腐蝕煙囪，也不利於煙氣的擴散。所以濕法FGD裝置一般都配有煙氣再熱系統。目前，應用較多的是技術上成熟的再生(回轉)式煙氣熱交換器(GGH)。GGH價格較貴，占整個FGD工藝投資的比例較高。近年來，日本三菱公司開發出一種可省去無泄漏型的GGH，較好地解決了煙氣泄漏問題，但價格仍然較高。前德國SHU公司開發出一種可省去GGH和煙囪的新工藝，它將整個FGD裝置安裝在電廠的冷卻塔內，利用電廠循環水余熱來加熱煙氣，運行情況良好，是一種十分有前途的方法。
1．5等離子體煙氣脫硫技術
等離子體煙氣脫硫技術研究始於70年代，目前世界上已較大規模開展研究的方法有2類：
（1） 電子束輻照法(EB)
電子束輻照含有水蒸氣的煙氣時，會使煙氣中的分子如O2、H2O等處於激發態、離子或裂解，產生強氧化性的自由基O、OH、HO2和O3等。這些自由基對煙氣中的SO2和NO進行氧化，分別變成SO3和NO2或相應的酸。在有氨存在的情況下，生成較穩定的硫銨和硫硝銨固體，它們被除塵器捕集下來而達到脫硫脫硝的目的。
（2） 脈沖電暈法(PPCP)
脈沖電暈放電脫硫脫硝的基本原理和電子束輻照脫硫脫硝的基本原理基本一致，世界上許多國家進行了大量的實驗研究，並且進行了較大規模的中間試驗，但仍然有許多問題有待研究解決。
1．6 海水脫硫
海水通常呈鹼性，自然鹼度大約為1．2～2．5mmol/L，這使得海水具有天然的酸鹼緩沖能力及吸收SO2的能力。國外一些脫硫公司利用海水的這種特性，開發並成功地應用海水洗滌煙氣中的SO2，達到煙氣凈化的目的。
海水脫硫工藝主要由煙氣系統、供排海水系統、海水恢復系統等組成。

2. 蒸餾裝置是煉油廠的「龍頭老大」

要從石油中獲得我們所需的石油產品，在煉油廠首先要對石油進行蒸餾。所謂蒸餾，就是按照組分沸點的差別，將石油分成若干餾分，然後再通過各種加工過程，才能獲得滿足使用要求的石油產品。通過蒸餾可將原油分成汽油、煤油、柴油、潤滑油等各種餾分和二次加工的原料。因此，蒸餾是煉制石油的第一道工序，是最基本的石油煉制過程。它通常包括常壓蒸餾和減壓蒸餾兩部分。由於在煉油廠里蒸餾方法是使用最多、最普遍的工藝過程之一，蒸餾永遠不會停止，因此業內人士常把蒸餾稱為煉油工藝的「常青樹」。
在煉油廠的蒸餾車間，有許多高聳入雲的「鐵塔」。這些「鐵塔」直徑大小不一，從直徑不足1米的「細高個兒」到直徑10米左右的「大胖子」，重達幾十噸甚至上百噸。有的「鐵塔」上下又分了許多層，每一層上還裝有一排排形式不同的構件，被稱作塔盤或塔板。這些就是蒸餾的裝置。蒸餾也是衡量一個煉油廠生產能力的重要指標。蒸餾過程和設備的設計是否合理，操作是否良好，對煉油廠生產的影響甚為重大。因此，原油蒸餾裝置在煉化企業中佔有重要地位，常被稱為煉化企業的「龍頭老大」。

3. 化工生產裝置檢修安全知識

一、生產裝置檢修的分類

石油化工裝置和設備的檢修分為計劃檢修和非計劃檢修。按計劃進行的檢修稱為計劃檢修。根據計劃檢修內容、周期和要求不同，計劃檢修可分為小修、中修、大修。目前，大多數石油化工生產裝置都定為一年一次大修。隨著新材料、新工藝、新技術、新設備的應用，檢修質量的提高和預測技術的發展，一部分石油化工生產裝置則實現了兩年進行一次大修。

在生產過程中設備突然發生故障或事故，必須進行不停工或臨時停工的檢修稱為計劃外檢修。這種檢修事先難以預料，無法安排檢修計劃。因此，在目前的石油化工生產中，這種檢修仍然是不可避免的。

二、生產裝置檢修的特點

概括的講，石油化工裝置檢修具有復雜、危險性大的特點。其復雜性表現為由於檢修項目多、檢修內容復雜、施工作業量大、任務集中而檢修時間又短，人員多，作業形式和作業人數經常變動，為了趕工期經常加班加點，且石油化工設備種類繁多，結構和性能各異，塔上塔下、容器內、外各工種上下立體交叉作業，檢修中又受環境和氣候條件的限制，所有這些都給裝置檢修增加了復雜性，容易發生人身傷害事故。另一方面，石油化工生產的危險性決定了石油化工慧滲檢修的危險性。由於石油化工裝置設備和管道中存在著易燃、易爆和有毒物質，裝置檢修又離不開動火、動土、進罐人塔作業，在客觀上具備了發生火災、爆炸和中毒等事故發生的因素，處理不當，就容易發生重大事故。

實踐證明，裝置停工、檢修及開工過程中是最容易發生事故的，據統計，在中國石油化工集團公司系統發生的重大事故中，裝置檢修過程中發生的事故占事故總起數的42.63%。例如：某煉油廠催化裂化裝前橡脊置停工檢修過程中作業人員持工作票卸DN800m大油汽管線法蘭後放入盲板進行找正，由於在翻盲-201前僅對分餾塔進行了粗吹掃，殘存的可燃氣進入大油氣線與空氣混合爆燃起火，作業人員在躲閃時，2人從6m高的平台上墜落，1人死亡，1人腰部受傷，其餘5人被火燒傷。

某廠鉑重整裝置檢修，在清掃高壓分離罐時，未經氣體分析，一名工人便下到罐內，想看看是否還有瓦斯，因停工時罐內已用氮氣進行置換，罐內還存有氮氣，當即造成窒息暈倒。事故發生後，在場人員由於缺乏防毒知識，先後有3人下去進行搶救又接連倒下，結果造成2人死亡。

某廠常減壓裝置在檢修中，工作已進入收尾階段。減壓塔共有13個人孔，其中8～13層已在頭一天封好，當天又有15人繼續封人孔。正當一、二、三層3個人孔剛封好時，一名電焊工在減壓塔塔底抽出線上動火，塔內突然爆炸，一股氣浪從四、五、六層人孔沖出、有2名工人被拋到20多米遠的加熱爐爐頂上死亡，另有7名工人受傷，炸壞14層塔盤，裝置開工推遲10天。造成這次事故的主要原因，是因減壓爐緊急放空線的一個閥門未加盲板，爆炸性氣體由緊急放空池沿放空管線經過爐管後又竄入減壓塔內遇明火所致。

三、化工生產裝置作業風險及安全措施

下面將介紹化工生產裝置區內6種典型的檢修作業所存在的風險以及相應安全措施。

1、腐蝕性介質檢修作業

作業風險

泄漏的腐蝕性液體、氣體介質可能會對作業人員的'肢體、衣物、工具產生不同程度的損壞，並對環境造成污染。

2安全措施

(1)檢修作業前，必須聯系工藝人員把腐蝕性液體、氣體介質排凈、置煥、沖洗，分析合格，辦理《作業許可證》。

(2)作業人員應按要求穿戴勞保用品，熟知工作內容，特別是有關部門簽署的意見。

(3)低窪處檢修，場地內不得有積聚的腐蝕性液體，以防作業時滑倒傷人。

(4)腐蝕性液體的作業面應低於腿部，否則應聯系相關人員搭設腳手架，以防殘留液體淋傷身體、衣物、但不得以鐵桶等臨時支用。

(5)作業時，根據具體情況戴橡膠手套、防護面罩，穿膠鞋等相應的特殊勞保用品。

(6)拆卸時，可用清水沖洗連接面，以減少腐蝕性液體、氣體介質的侵蝕作用。

(7)接觸到腐蝕性介質的肢體、衣物、工具等應及如虧時清洗;若有不適，應及時治療。

(8)作業完成後，工完料凈場地清，做好現場的清潔衛生工作。

2、轉動設備(含閥門、電動機)檢修作業

1作業風險

轉動設備檢修時，誤操作電、汽源產生誤轉動，會危及檢修作業人員的生命和財產安全;設備(或備件)較大(重)時，安全措施不當，可發生機械傷害。

2安全措施

(1)檢修作業前，必須聯系工藝人員將系統進行有效隔離，把動火檢修設備、管道內的易燃易爆、有毒有害介質排凈、沖洗、置煥，分析合理，辦理《作業許可證》。(2)在修理帶電(汽)設備時，要同有關人員和班組聯系，切斷電(汽)源，並在開關箱上掛「禁止合閘、有人工作」的標示牌。

(3)作業項目負責人應落實該項作業的各項安全措施和辦理作業許可證及審批;對於危險性特大的作業，應與作業區域安全負責人一起進行安全評估，制定安全作業方案。

(4)作業人員應按要求穿戴勞保用品;熟知工作內容，特別是有關部門簽署的意見，在作業前和作業中均要認真執行。

(5)拆卸的零、部件要分區擺放，善加保護，重要部位或部件要派專人值班看守。

(6)在使用風動、電動、液壓等工具作業時，要按《安全操作使用說明書》規范操作，安全施工。

(7)設備(或備件)較大(重)，需要多工種協同作業時，必須統一指揮，令行禁止。

(8)加強油品類物質管理，所有廢油應倒入回收桶內。

(9)作業完成後，工完料凈場地清，做好現場的清潔衛生工作。

3、高處檢修作業

1作業風險

作業位置高於正常工作位置，容易發生人和物的墜落，產生事故。

2安全措施

(1)作業項目負責人安排辦理《作業許可證》、《高處作業許可證》，按作業高度分級審批;作業所在的生產部門負責人簽署部門意見。

(2)作業項目負責人應檢查、落實高處作業用的腳手架(梯子、吊籃)、安全帶、繩等用具是否安全，安排作業現場監護人;工作需要時，應設置警戒線。

(3)作業人員應按要求穿戴勞保用品，熟知工作內容，特別是有關部門簽署的意見;使用安全帶工作時，按照《安全帶使用管理規定》執行;使用梯子工作時，按照《梯子安全管理規定》執行;使用腳手架工作時，按照《腳手架使用安全管理規定》執行;在吊籃或吊架內作業時，參照《起重設備安全管理規定》執行。

(4)高處作業時不應上、下同時垂直作業。特殊情況下必須同時垂直作業時，應經單位領導批准，並設置專用防護棚或採取其他隔離措施。

(5)避免夜間進行高處作業。必須夜間進行高處作業時，應經有關部門批准，作業負責人要進行風險評估，制定出安全措施，並保證充足的燈光照明。

(6)遇有6級以上大風、雷電、暴雨、大霧等惡劣天氣而影響視覺和聽覺的條件下或對人身安全無保證時，不允許進行高處作業。

(7)高處作業過程中，安全監護人要經常與高處作業人員聯絡，不得從事其他工作，更不準擅離職守;當生產系統??發生異常情況時，立即通知高處作業人員停止作業，撤離現場;當作業條件或作業環境發生重大變化時，必須重新辦理《高處作業許可證》。

(8)作業完成後，工完料凈場地清，做好現場的清潔衛生工作。

4. 催化裂化裝置吸收穩定系統的原理是什麼

催化裂化生產過程的主要產品是氣體、汽油和柴油,其中氣體產品包括干氣和液化石油氣,干氣作為本裝置燃料氣燒掉,液化石油氣是寶貴的石油化工原料和民用燃料。

所謂吸收穩定,目的在於將來自分餾部分的催化富氣中C2以下組分與C3以上組分分離以便分別利用,同時將混入汽油中的少量氣體烴分出,以降低汽油的蒸氣壓,保證符合商品規格。

吸收-穩定系統包括吸收塔、解吸塔、再吸收塔、穩定塔以及相應的冷換設備。

由分餾系統油氣分離器出來的富氣經氣體壓縮機升壓後,冷卻並分出凝縮油,壓縮富氣進入吸收塔底部,粗汽油和穩定汽油作為吸收劑由塔頂進入,吸收了C3、C4(及部分C2)的富吸收油由塔底抽出送至解吸塔頂部。

吸收塔設有一個中段迴流以維持塔內較低的溫度,吸收塔頂出來的貧氣中尚夾帶少量汽油,經再吸收塔用輕柴油回收其中的汽油組分後成為干氣送燃料氣管網。吸收了汽油的輕柴油由再吸收塔底抽出返回分餾塔。

解吸塔的作用是通過加熱將富吸收油中C2組分解吸出來,由塔頂引出進入中間平衡罐,塔底為脫乙烷汽油被送至穩定塔。穩定塔的目的是將汽油中C4以下的輕烴脫除,在塔頂得到液化石油氣〈簡稱液化氣〉,塔底得到合格的汽油——穩定汽油。

吸收解吸系統有兩種流程,上面介紹的是吸收塔和解吸塔分開的所謂雙塔流程;還有一種單塔流程,即一個塔同時完成吸收和解吸的任務。雙塔流程優於單塔流程,它能同時滿足高吸收率和高解吸率的要求。

5. 化工原理課程設計

化工原理課程設計

題 目 乙醇-水溶液連續精餾塔優化設計

目 錄

設計任務書………………………………………………………………3

英文摘要前言……………………………………………………………4

前言………………………………………………………………………4

精餾塔優化設計…………………………………………………………5

精餾塔優化設計計算……………………………………………………5

設計計算結果總表………………………………………………………22

參考文獻…………………………………………………………………23

課程設計心得……………………………………………………………23

精餾塔優化設計任務書

一、設計題目
乙醇—水溶液連續精餾塔優化設計

二、設計條件
1．處理量： 15000 （噸/年）
2．料液濃度： 35 （wt%）
3．產品濃度： 93 （wt%）
4．易揮發組分回收率： 99%
5．每年實際生產時間：7200小時/年
6. 操作條件：①間接蒸汽加熱；
②塔頂壓強：1.03 atm（絕對壓強）③進料熱狀況：泡點進料；

三、設計任務
a) 流程的確定與說明；
b) 塔板和塔徑計算；
c) 塔盤結構設計
i. 浮閥塔盤工藝尺寸及布置簡圖；
ii. 流體力學驗算；
iii. 塔板負荷性能圖。 d) 其它
i. 加熱蒸汽消耗量；
ii. 冷凝器的傳熱面積及冷卻水的消耗量e) 有關附屬設備的設計和選型，繪制精餾塔系統工藝流程圖和精餾塔裝配 圖，編寫設計說明書。
乙醇——水溶液連續精餾塔優化設計
（南華大學化學化工學院，湖南衡陽 421001）

摘要：設計一座連續浮閥塔，通過對原料，產品的要求和物性參數的確定及對主要尺寸的計算，工藝設計和附屬設備結果選型設計，完成對乙醇-水精餾工藝流程和主題設備設計。

關鍵詞：精餾塔，浮閥塔，精餾塔的附屬設備。

（Department of Chemistry,University of South China,Hengyang 421001）

Abstract: The design of a continuous distillation valve column, in the material, proct requirements and the main physical parameters and to determine the size, process design and selection of equipment and design results, completion of the ethanol-water distillation process and equipment design theme.

Keywords: rectification column, valve tower, accessory equipment of the rectification column.

前 言

乙醇在工業、醫葯、民用等方面，都有很廣泛的應用，是很重要的一種原料。在很多方面，要求乙醇有不同的純度，有時要求純度很高，甚至是無水乙醇，這是很有困難的，因為乙醇極具揮發性，也極具溶解性，所以，想要得到高純度的乙醇很困難。
要想把低純度的乙醇水溶液提升到高純度，要用連續精餾的方法，因為乙醇和水的揮發度相差不大。精餾是多數分離過程，即同時進行多次部分汽化和部分冷凝的過程，因此可使混合液得到幾乎完全的分離。化工廠中精餾操作是在直立圓形的精餾塔內進行的，塔內裝有若干層塔板或充填一定高度的填料。為實現精餾分離操作，除精餾塔外，還必須從塔底引入上升蒸汽流和從塔頂引入下降液。可知，單有精餾塔還不能完成精餾操作，還必須有塔底再沸器和塔頂冷凝器，有時還要配原料液預熱器、迴流液泵等附屬設備，才能實現整個操作。
浮閥塔與20世紀50年代初期在工業上開始推廣使用，由於它兼有泡罩塔和篩板塔的優點，已成為國內應用最廣泛的塔型，特別是在石油、化學工業中使用最普遍。浮閥有很多種形式，但最常用的形式是F1型和V-4型。F1型浮閥的結果簡單、製造方便、節省材料、性能良好，廣泛應用在化工及煉油生產中，現已列入部頒標准（JB168-68）內，F1型浮閥又分輕閥和重閥兩種，但一般情況下都採用重閥，只有處理量大且要求壓強降很低的系統中，才用輕閥。浮閥塔具有下列優點：1、生產能力大。2、操作彈性大。3、塔板效率高。4、氣體壓強降及液面落差較小。5、塔的造價低。浮閥塔不宜處理易結焦或黏度大的系統，但對於黏度稍大及有一般聚合現象的系統，浮閥塔也能正常操作。

精餾塔優化設計計算

在常壓連續浮閥精餾塔中精餾乙醇——水溶液，要求料液濃度為35%，產品濃度為93%，易揮發組分回收率99%。年生產能力15000噸/年
操作條件：①間接蒸汽加熱
②塔頂壓強：1.03atm（絕對壓強）
③進料熱狀況：泡點進料

一 精餾流程的確定
乙醇——水溶液經預熱至泡點後，用泵送入精餾塔。塔頂上升蒸氣採用全冷凝後，部分迴流，其餘作為塔頂產品經冷卻器冷卻後送至貯槽。塔釜採用間接蒸汽再沸器供熱，塔底產品經冷卻後送入貯槽。工藝流程圖見圖

二 塔的物料衡算
查閱文獻，整理有關物性數據

⑴水和乙醇的物理性質

名稱

分子式
相對分子質量
密度
20℃

沸 點
101.33kPa
℃
比熱容
(20℃)
Kg/(kg.℃)
黏度
(20℃)
mPa.s
導熱系數
(20℃)
/(m.℃) 表面
張力

(20℃)
N/m
水 18.02 998 100 4.183 1.005 0.599 72.8
乙醇 46.07 789 78.3 2.39 1.15 0.172 22.8

⑵常壓下乙醇和水的氣液平衡數據，見表
常壓下乙醇—水系統t—x—y數據如表1—6所示。

表1—6 乙醇—水系統t—x—y數據
沸點t/℃ 乙醇摩爾數/% 沸點t/℃ 乙醇摩爾數/%
氣相 液相 氣相 液相
99.9 0.004 0.053 82 27.3 56.44
99.8 0.04 0.51 81.3 33.24 58.78
99.7 0.05 0.77 80.6 42.09 62.22
99.5 0.12 1.57 80.1 48.92 64.70
99.2 0.23 2.90 79.85 52.68 66.28
99.0 0.31 3.725 79.5 61.02 70.29
98.75 0.39 4.51 79.2 65.64 72.71
97.65 0.79 8.76 78.95 68.92 74.69
95.8 1.61 16.34 78.75 72.36 76.93
91.3 4.16 29.92 78.6 75.99 79.26
87.9 7.41 39.16 78.4 79.82 81.83
85.2 12.64 47.49 78.27 83.87 84.91
83.75 17.41 51.67 78.2 85.97 86.40
82.3 25.75 55.74 78.15 89.41 89.41

乙醇相對分子質量：46；水相對分子質量：18
25℃時的乙醇和水的混合液的表面張力與乙醇濃度之間的關系為：

式中 σ——25℃時的乙醇和水的混合液的表面張力，N／m；
x——乙醇質量分數，％。
其他溫度下的表面張力可利用下式求得

式中 σ1——溫度為T1時的表面張力；N／m；
σ2——溫度為T2時的表面張力；N／m；
TC——混合物的臨界溫度，TC＝∑xiTci ，K；
xi——組分i的摩爾分數；
TCi——組分i的臨界溫度， K。

料液及塔頂、塔底產品的摩爾分數
X==0.174
X==0.838
X==0.0039

平均摩爾質量
M=0.17446.07+（1-0.174）18.02=22.9 kg/kmol
M= 0.83846.07+ (1-0.838) 18.02=41.52kg/kmol
M=0.003946.07+（1-0.0039）18.02=18.12kg/kmol

物料衡算
已知：F==74.83
總物料衡算 F=D+W=74.83
易揮發組分物料衡算 0.838D+0.0039W=74.830.174
聯立以上二式得：
D=15.25kg/kmol
W=59.57kg/kmol

三 塔板數的確定
理論塔板數的求取
⑴根據乙醇——水氣液平衡表1-6，作圖

⑵求最小迴流比Rmin和操作迴流比
因為乙醇-水物系的曲線是不正常的平衡曲線,當操作線與q線的交點尚未落到平衡線上之前,操作線已經與平衡線相切,如圖g點所示. 此時恆濃區出現在g點附近, 對應的迴流比為最小的迴流比. 最小迴流比的求法是由點a(,)向平衡線作切線，再由切線的斜率或截距求
作圖可知 b=0.342 b==0.342 Rmin =1.45

由工藝條件決定 R=1.6R
故取操作迴流比 R=2.32

⑶求理論板數
塔頂，進料，塔底條件下純組分的飽和蒸氣壓
組分 飽和蒸氣壓/kpa
塔頂 進料 塔底
水 44.2 86.1 101.33
乙醇 101.3 188.5 220.0

①求平均相對揮發度
塔頂 ===2.29
進料 ==2.189
塔底 ==2.17
全塔平均相對揮發度為
===2.23
===2.17
②理論板數
由芬斯克方程式可知
N===7.96
且
由吉利蘭圖查的 即
解得 =14.2 （不包括再沸器）
③進料板

前已經查出 即
解得 N=6.42
故進料板為從塔頂往下的第7層理論板 即=7
總理論板層數 =14.2 （不包括再沸器）
進料板位置 =7
2、全塔效率
因為=0.17-0.616lg
根據塔頂、塔釜液組成，求塔的平均溫度為，在該溫度下進料液相平均粘計劃經濟為
=0.1740.41+（1-0.174）0.3206=0.336
=0.17-0.616lg0.336=0.462
3、實際塔板數
精餾段塔板數：
提餾段塔板數：
四、塔的工藝條件及物性數據計算

以精餾段為例：
操作壓力為
塔頂壓力： =1.04+103.3=104.34
若取每層塔板壓強 =0.7
則進料板壓力： =104.34+130.7=113.4kpa
精餾段平均操作壓力 =kpa
2、溫度
根據操作壓力，通過泡點方程及安托因方程可得
塔頂 =78.36
進料板=95.5
=
3、平均摩爾質量
⑴ 塔頂==0.838 =0.825

= 0.83846.07+（1-0.838）18.02=41.52 kg/kmol
=0.82546.07+（1-0.825）18.02=41.15 kg/kmol
⑵ 進料板： = 0.445 =0.102
= 0.44546.07+（1-0.445）18.02=30.50 kg/kmol
=0.10246.07+（1-0.102）18.02=20.88 kg/kmol
精餾段的平均摩爾質量
= kg/kmol
= kg/kmol
4、平均密度
⑴液相密度
=
塔頂： = =796.7
進料板上 由進料板液相組成 =0.102
=
=
=924.2
故精餾段平均液相密度=
⑵氣相密度
=

5、液體表面張力
=
=0.83817.8+(1-0.838)0.63=15.0
=0.10216.0+(1-0.102)0.62=2.20
=
6、液體粘度
=
=0.8380.55+(1-0.838)0.37=0.521
=0.1020.34+(1-0.102)0.29=0.295
=

以提餾段為例
平均摩爾質量
塔釜 = 0.050 =0.0039
=0.05046.07+(1-0.050)18.02=19.42 kg/kmol
=0.003946.07+(1-0.0039)18.02=18.12 kg/kmol
提餾段的平均摩爾質量
= kg/kmol
= kg/kmol
平均密度

塔釜，由塔釜液相組成 =0.0039
=0.01
=
∴ =961.5
故提餾段平均液相密度
=
⑵氣相密度
==

五 精餾段氣液負荷計算
V=（R+1）D=(2.32+1)15.25=50.63

== m
L=RD=2.3215.25=35.38
= m

六 提餾段氣液負荷計算
V』=V=50.63
=0.382 m
L』=L+F=35.38+74.83=110.2
=0.0006 m

七 塔和塔板主要工藝尺寸計算
1塔徑
首先考慮精餾段：
參考有關資料，初選板音距=0.45m
取板上液層高度=0.07m
故 -=0.45-0.07=0.38m
==0.0239
查圖可得 =0.075
校核至物系表面張力為9.0mN/m時的C，即
C==0.075=0.064
=C=0.064=1.64 m/s

可取安全系數0.70，則
u=0.70=0.71.64=1.148 m/s
故 D==0.645 m
按標准，塔徑圓整為0.7m，則空塔氣速為0.975 m/s

2 精餾塔有效高度的計算
精餾段有效高度為
=(13-1)0.45=5.4m
提餾段有效高度為
=(20-1)0.45=8.55m
在進料孔上方在設一人孔，高為0.6m
故精餾塔有效高度為:5.4+8.55+0.6=14.55m

3 溢流裝置
採用單溢流、弓形降液管
⑴ 堰長
取堰長 =0.75D
=0.750.7=0.525m
⑵ 出口堰高
=
選用平直堰，堰上液層高度由下式計算
=
近似取E=1.03,則
=0.017
故 =0.07-0.017=0.053m
⑶ 降液管的寬度與降液管的面積
由查《化工設計手冊》
得 =0.17,=0.08
故 =0.17D=0.12 =0.08=0.031
停留時間 =39.9s (>5s符合要求)
⑷ 降液管底隙高度
=-0.006=0.053-0.006=0.047m
塔板布置及浮閥數目擊者及排列
取閥孔動能因子 =9
孔速 ===8.07m
浮閥數 n===39(個)
取無效區寬度 =0.06m
安定區寬度 =0.07m
開孔區面積
R==0.29m
x==0.16m
故 ==0.175m
浮閥排列方式採用等腰三角形叉排
取同一磺排的孔心距 a=75mm=0.075m
估算排間距h
h===0.06m

八 塔板流體力學校核
1、氣相通過浮塔板的壓力降，由下式

⑴ 干板阻力 ==0.027
⑵ 液層阻力 取充氣系數數 =0.5,有
==0.50.07=0.035
⑶ 液體表面張力所造成阻力此項可以忽略不計。
故氣體流經一層浮閥塔塔板的壓力降的液柱高度為：
=0.027+0.035=0.062m
常板壓降
=0.062860.59.81=523.4(<0.7K,符合設計要求)。

淹塔
為了防止淹塔現象了生，要求控制降液管中清液層高度符合，其中
由前計算知 =0.061m,按下式計算
=0.153=0.153=0.00002m
板上液層高度 =0.07m,得：
=0.062+0.07+0.00002=0.132m
取=0.5,板間距今為0.45m,=0.053m,有
=0.5(0.45+0.053)=0.252m
由此可見：<，符合要求。

霧沫夾帶
由下式可知 <0.1kg液/kg氣
===0.069
浮閥塔也可以考慮泛點率，參考化學工程手冊。
泛點率=100%
=D-2=0.7-20.12=0.46
=-2=0.3875-20.031=0.325
式中——板上液體流經長度，m;
——板上液流面積，；
——泛點負荷系數，取0.126;
K——特性系數，取1.0.

泛點率=
=36.2% (<80%,符合要求)

九 塔板負荷性能圖
1、霧沫夾帶線
按泛點率=80%計
100%=80%

將上式整理得
0.039+0.626=0.0328
與分別取值獲得一條直線，數據如下表。
0.00035 0.00085
0.835 0.827
2、泛液線
通過式以及式得
=
由此確定液泛線方程。
=
簡化上式得關系如下

計算數據如下表。

0.00035 0.00055 0.00065 0.00085
0.8215 0.8139 0.8105 0.8040
3、液相負荷上限線
求出上限液體流量值（常數）
以降液管內停留時間=5s
則
4、漏夜線
對於型重閥，由，計算得

則
5、液相負荷下限線
去堰上液層高度=0.006m
根據計算式求的下限值

取E=1.03

經過以上流體力學性能的校核可以將精餾段塔板負荷性能圖劃出。如圖

由塔板負荷性能圖可以看出：
① 在任務規定的氣液負荷下的操作點
P（0.00083，0.630）（設計點），處在適宜的操作區內。
② 塔板的氣相負荷上限完全有霧沫夾帶控制，操作下限由漏液控制。
③ 按固定的液氣比，即氣相上限=0.630 ，氣相下限=0.209 ，求出操作彈性K，即
K==3.01
十 精餾塔的主要附屬設備
1 冷凝器
（1）冷凝器的選擇：強制循環式冷凝器
冷凝器置於塔下部適當位置，用泵向塔頂送迴流冷凝水，在冷凝器和泵之間需設迴流罐，這樣可以減少台架，且便於維修、安裝，造價不高。
（2）冷凝器的傳熱面積和冷卻水的消耗量
熱流體為78.36℃的93%的乙醇蒸汽，冷流體為20℃的水
Q=qm1r1 Q=qm2r2
Q—單位時間內的傳熱量，J/s或W；
qm1, qm2—熱、冷流體的質量流量，kg/s;

r1 ,r2—熱，冷流體的汽化潛熱，J/kg
r1=600 kJ/㎏ r2=775 kJ/㎏ qm1=0.153kg/s
Q=qm1r1=0.153×600000=91800J/s
Q=qm2r2=775000 qm2=91800
∴ qm2=0.12 kg/s
傳熱面積：
A=
==21.2
K取700W·m-2/℃
∴ A=
2 再沸器
（1）再沸器的選擇：釜式再沸器
對直徑較大的塔，一般將再沸器置於踏外。其管束可抽出，為保證管束浸於沸騰器液中，管束末端設溢流堰，堰外空間為出料液的緩沖區。其液面以上空間為氣液分離空間。釜式再沸器的優點是氣化率高，可大80%以上。
（2）加熱蒸汽消耗量
Q=qm1r1 Q=qm2r2
Q—單位時間內的傳熱量，J/s或W；
qm1, qm2—熱、冷流體的質量流量，kg/s;
r1 ,r2—熱，冷流體的汽化潛熱，J/kg
∵ r1=2257 kJ/㎏ r2=1333 kJ/㎏ qm2=0.43kg/s
∴ Q=qm2r1=0.43×1333=573.2 kJ/s=2257 qm1
∴ 蒸汽消耗量qm1為0.254 kg/s

表 浮閥塔板工藝設計計算結果

序號 項目 數值
1 平均溫度tm，℃ 86.93
2 平均壓力Pm，kPa 108.89
3 液相流量LS，m3/s 0.00035
4 氣相流量VS，m3/s 0.375
5 實際塔板數 33
6 塔徑，m 0.70
7 板間距,m 0.45
8 溢流形式 單溢流
9 堰長，m 0.525
10 堰高，m 0.053
11 板上液層高度，m 0.07
12 堰上液層高度，m 0.047
13 安定區寬度，m 0.07
14 無效區寬度，m 0.06
15 開孔區面積，m2 0.175
16 閥孔直徑，m 0.039
17 浮閥數 39
18 孔中心距，m 0.075
19 開孔率 0.147
20 空塔氣速，m/s 0.8
21 閥孔氣速，m/s 8.07
22 每層塔板壓降，Pa 700
23 液沫夾帶，（kg液/kg氣） 0.069
24 氣相負荷上限，m3/s 0.00356
25 液相負荷上限，m3/s 0.00028
26 操作彈性 3.01

參考文獻

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課程設計心得

通過這次課程設計使我充分理解到化工原理課程的重要性和實用性，更特別是對精餾原理及其操作各方面的了解和設計，對實際單元操作設計中所涉及的個方面要注意問題都有所了解。通過這次對精餾塔的設計，不僅讓我將所學的知識應用到實際中，而且對知識也是一種鞏固和提升充實。在老師和同學的幫助下，及時的按要求完成了設計任務，通過這次課程設計，使我獲得了很多重要的知識，同時也提高了自己的實際動手和知識的靈活運用能力。

6. 應用化學開題報告

應用化學開題報告

論文題目：苯-氯苯分離過程連續精餾塔的工藝設計

一 文獻綜述與調研報告 ：(闡述課題研究的現狀及發展趨勢，本課題研究的意義和價值、參考文獻)

1. 課題的背景

設計是工程建設的靈魂，對工程建設起著主導和決定性的作用，決定著工業現代化的水平。工程設計是科研成果轉化為現實生產力的橋梁和紐帶，工業科研成果只有通過設計，才能轉化為現實的工業化生產力。化工設計是一項政策性很強的工作，它涉及政治、經濟、技術、環保、法規等諸多方面，而且還會涉及多專業及多學科的交叉、綜合和相互協調，是集體性的勞動。先進的設計思想、科學的設計方法和優秀的設計作品是工程設計人員應堅持的設計方向和追求的目標。在化工設計中，化工單元設備的設計是整個化工過程和裝置設計的核心和基礎，並貫穿於設計過程的始終，因此作為化工類的本科生，熟練掌握化工單元設備的設計方法是十分重要的。

精餾是分離液體混合物(含可液化的氣體混合物)最常用的一種單元操作，在化工、煉油、石油化工等工業中得到廣泛應用。精餾過程在能量劑的驅動下(有時加質量劑)，使氣、液兩相多次直接接觸和分離，利用液相混合物中各組分揮發度的不同，使易揮發組分由液相向氣相轉移，難揮發組分由氣相向液相轉移，實現原料混合液中各組分的分離。該過程是同時進行傳質、傳熱的過程。

本次設計任務為設計一定處理量的精餾塔，實現苯-氯苯的分離。鑒於設計任務的處理量不大，苯-氯苯體系比較易於分離，待處理料液清潔的特點，設計決定選用篩板塔。本課程設計的主要內容是過程的物料衡算、熱量衡算，工藝計算，結構設計和校核。限於作者的水平，設計中難免有不足和謬誤之處，懇請老師和讀者批評指正。

篩板塔是生產中最常用的板式塔之一。板式塔具有結構簡單，製造和維修方便，生產能力大，塔板壓降小，板效率較高等優點。其早在1832年問世，長期以來，一直被誤以為操作范圍狹窄，篩孔容易堵塞而收到冷遇。但是篩孔板結構結構簡單，造價低廉，在經濟上有很大的吸引力。因此，從20世紀50年代以來，許多研究者對篩孔板塔重新進行了研究。研究結果表明，造成篩板塔操作范圍狹窄的原因是設計不良(主要是設計點偏低、容易漏液)，而設計良好的篩板塔是具有足夠寬的操作范圍的。至於篩孔容易堵塞的問題，可採用大孔徑篩板一得到圓滿的解決。

20世紀60年代初，美國精餾研究公司(FRI)又以工業的規模，使用不同物系，在不同操作壓強下，廣泛地改變了篩孔直徑、開孔率、堰高等結構參數，對篩板塔進行了系統研究。這些研究成果，使篩板塔的設計更加完美善，其中關於大孔徑篩板的設計方法屬於專利。國內對大孔徑篩板也做過某些研究。

FRI研究工作表明，設計良好的篩板是一種效率高、生產能力大的塔板，對篩板的推廣應用起了很大的促進作用，目前，篩板已發展成為應用最廣的通用塔板。在我國，篩板的應用也日益普通。

可以說，篩板精餾塔是一種傳統的精餾塔。早期由於設計方面的原因，曾一度被工業生產所忽視。但由於計算技術的發展，設計水平的提高，篩板塔越來越受到廠家的關注和使用，其優點是設備簡單，操作簡便，維修方便，製造成本低。

2. 課題研究的現狀及發展趨勢

氣-液傳質設備主要分為板式塔和填料塔兩大類。精餾操作既可採用板式塔，也可採用填料塔，板式塔為逐級接觸型氣-液傳質設備，其種類繁多，根據塔板上氣-液接觸元件的不同，可分為泡罩塔、浮閥塔、篩板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮動舌形塔和浮動噴射塔等多種。板式塔在工業上最早使用的是泡罩塔(1813年)、篩板塔(1832年)，其後，特別是在本世紀五十年代以後，隨著石油、化學工業生產的迅速發展，相繼出現了大批新型塔板，如S型板、浮閥塔板、多降液管篩板、舌形塔板、穿流式波紋塔板、浮動噴射塔板及角鋼塔板等。目前從國內外實際使用情況看，主要的塔板類型為篩板塔、浮閥塔及泡罩塔，而前者使用尤為廣泛。

篩板塔是板式塔的一種，其設計意圖是一方面使汽液兩相在塔板上充分接觸，以減小傳質阻力，另一方面是在總體上使兩相保持逆流流動，而在塔板上使兩相呈均勻的錯流接觸，以獲得更大的傳質推動力。其內裝若干層水平塔板，板上有許多小孔，形狀如篩;並裝有溢流管或沒有溢流管。操作時，液體由塔頂進入，經溢流管(一部分經篩孔)逐板下降，並在板上積存液層。氣體(或蒸氣)由塔底進入，經篩孔上升穿過液層，鼓泡而出，因而兩相可以充分接觸，並相互作用。泡沫式接觸氣液傳質過程的一種形式，性能優於泡罩塔。為克服篩板安裝水平要求過高的困難，發展了環流篩板;克服篩板在低負荷下出現漏液現象，設計了板下帶盤的篩板;減輕篩板上霧沫夾帶縮短板間距，製造出板上帶擋的的篩板和突孔式篩板和用斜的增泡台代替進口堰，塔板上開設氣體導向縫的林德篩板。篩板塔普遍用作H2S-H2O雙溫交換過程的冷、熱塔，應用於蒸餾、吸收和除塵等。

篩板塔是傳質過程常用的塔設備，它的主要優點有：

(1) 結構比浮閥塔更簡單，易於加工，造價約為泡罩塔的60%，為浮閥塔的80%左右。

(2)處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加10～15%。

(3)塔板效率高，比泡罩塔高15%左右。

(4) 壓降較低，每板壓力比泡罩塔約低30%左右。

篩板塔的缺點是：

(1)塔板安裝的水平度要求較高，否則氣液接觸不勻。

(2) 操作彈性較小(約2～3)。

(3)小孔篩板容易堵塞。

目前應用比較廣泛的是林德篩板，它由美國聯合碳化物公司的林德子公司開發 ,最早應用於要求低壓降的空分裝置的精餾塔 ,1963 年後開始應用於乙苯-苯乙烯等精餾裝置中。20 世紀70 年代有多家公司的120餘台減壓蒸餾塔採用了林德篩板,其中超過5.0 m 塔徑的就有45 台,最大的塔徑為11.5 m。林德篩板在普通篩板上有2 點重要改進:一是在降液管液體出口處將塔板向上凸起,二是在塔板上增設了百葉窗導向孔(國內稱之為導向篩板)。這種改進增大了有效鼓泡麵積,使塔板操作由鼓泡型變為噴射型,在降低液面梯度的同時使氣體分布均勻,從而使干板壓降減小、霧沫夾帶減少、傳質效率提高。目前,國內已有10餘套裝置使用了中運行林德篩板。

精餾是應用最廣的傳質分離操作，其廣泛應用促使其技術已相當成熟，但是技術的成熟並不意味著今後不再需要發展而停滯不前。成熟技術的發展往往要花費更大的精力，但由於其應用的廣泛，每一個進步，哪怕是微小的，也會帶來巨大的經濟效益。正因為如此，蒸餾的研究仍受到廣泛的重視，不斷取得進展。

提高精餾過程的熱力學效率、節省能耗是一貫受到重視的研究領域，分離序列的合成，在用熱集成概念和夾點分析方法開發節能的分離過程和優化換熱網路，在具體分離過程中合理地應用熱泵、多效精餾、中間再沸器和中間冷凝器等實現節能，一直是得到廣泛重視的活躍的研究領域。

對於普通精餾難以(或不能)分離的物料，開發萃取精餾和恆沸精餾的分離工藝，將精餾與反應結合開發反應精餾也是個值得重視的研究領域，這對於拓寬精餾的應用范圍，提高經濟效益有較大意義。

隨著精細化工的發展，間歇精餾應用也更加廣泛，其研究也得到了應有的重視。開發各種新的操作模式，對於節省能耗和縮短操作時間有明顯的效果。塔中持液量的間歇精餾膜模擬計算研究有一定進展，對於設計和指導操作有較大意義。

為開發更可靠的效率和壓降等的模型，當前應強調實測數據，尤其是工業規模的測試數據，這是建立和驗證模型的基礎。六七十年代，美國精餾研究公司等進行了一系列工業規模試驗，取得了十分有價值的實測數據，為各種模型的建立和現象認識的深化奠定了重要基礎。

精餾的研究工作一直十分活躍，而且不斷取得成果。在各種新分離方法得到不斷開發和取得工業應用之際，在石油、天然氣、石油化工、醫葯和農產品化學等工業中所起的重要作用不會改變，作為主要分離方法的地位不會動搖。正如費爾在1987年國際精餾會議上指出的：「如果混合物可以應用精餾分離，那麼經濟上可能有吸引力的方法是精餾。」隨著科學技術和工業生產水平的提高，精餾的應用天地十分廣闊，重要的通過不斷努力，使其技術水平得到進一步提高，使其日趨完善。

3 課題研究的意義和價值

本設計採用連續精餾分離苯-氯苯二元混合物的方法。連續精餾塔在常壓下操作，被分離的苯-氯苯二元混合物由連續精餾塔中部進入塔內，以一定得迴流比由連續精餾塔的塔頂采出含量合格的苯，由塔底采出氯苯，其中氯苯純度不低於99.5%。

高徑比很大的設備稱為塔器。塔設備是化工、煉油生產中最重要的設備之一。它可使氣(或汽)液或液液兩相之間進行緊密接觸，達到相際傳質及傳熱的目的。常見的可在塔設備中完成的單元操作有：精餾、吸收、解吸和萃取等。此外，工業氣體的冷卻與回收，氣體的濕法凈制和乾燥，以及兼有氣液兩相傳質和傳熱的增濕、減濕等。

在化工或煉油廠中，塔設備的性能對於整個裝置的產品產量、質量、生產能力和消耗定額，以及三廢處理和環境保護等各個方面都有重大的影響。據有關資料報道，塔設備的投資費用占整個工藝設備投資費用的較大比例。因此，塔設備的設計和研究，受到化工煉油等行業的`極大重視。

作為主要用於傳質過程的塔設備，首先必須使氣(汽)液兩相充分接觸，以獲得較高的傳質效率。此外，為了滿足工業生產的需要，塔設備還得考慮下列各項傳質效率。此外，為了滿足工業生產的需要，塔設備還得考慮下列各項要求：

(1)生產能力大。在較大的氣(汽)液流速下，仍不致發生大量的霧沫夾帶、攔液或液泛等破壞正常操作的現象。

(2)操作穩定、彈性大。當塔設備的氣(汽)液負荷量有較大的波動時，仍能在較高的傳質效率下進行穩定的操作。並且塔設備應保證能長期連續操作。

(3)流體流動的阻力小。即流體通過塔設備的壓力降小。這將大大節省生產中的動力消耗，以及降低經常操作費用。對於減壓蒸餾操作，較大的壓力降還使系統無法維持必要的真空度。

(4)結構簡單、材料耗用量小、製造和安裝容易。這可以減少基建過程中的投資費用。

(5)耐腐蝕和不易堵塞，方便操作、調節和檢修。

事實上，對於現有的任何一種塔型，都不可能完全滿足上述所有要求，僅是在某些方面具有獨到之處。

根據設計任務書，此設計的塔型為篩板塔。篩板塔是很早出現的一種板式塔。五十年代起對篩板塔進行了大量工業規模的研究，逐步掌握了篩板塔的性能，並形成了較完善的設計方法。與泡罩塔相比，篩板塔具有下列優點：生產能力大20-40%，塔板效率高10-15%，壓力降低30-50%，而且結構簡單，塔盤造價減少40%左右，安裝、維修都較容易。從而一反長期的冷落狀況，獲得了廣泛應用。近年來對篩板塔盤的研究還在發展，出現了大孔徑篩板(孔徑可達20-25mm)，導向篩板等多種形式。

篩板塔盤上分為篩孔區、無孔區、溢流堰及降液管等幾部分。工業塔常用的篩孔孔徑為3-8mm，按正三角形排列，空間距與孔徑的比為2.5-5。近年來有大孔徑(10-25mm)篩板的，它具有製造容易，不易堵塞等優點，只是漏夜點低，操作彈性小。

該課題使理論教學與實際應用相結合，有助於提高處理實際問題的能力。通過對該課題的研究，可以加深對精餾過程基本原理的理解，熟練篩板精餾塔的工藝設計方法，培養設計能力。

該過程構造簡單，造價低廉，具有足夠操作彈性，且具有較強的工程使用價值。該過程的推廣和普及，將加速我國工業生產過程節能技術的進步，帶動一大批的相關技術和產業的發展。

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