塔板效率

丙烯精餾塔板效率

隨着催化裂化裝置工藝技術的進步、原料多樣化和多產液態烴等新工藝的不斷推廣應用，液態烴產量不斷增加，特別是作為氣體分餾裝置經濟效益核心的丙烯產量更是呈現出大幅上升的趨勢。一般氣體分餾裝置中丙烯精餾塔的實際塔板數較多，迴流比較大，對塔板進行較為深入地分析研究，確定合理的設計參數，對節省工程投資和提高經濟效益具有非常重要的意義。 ^[1] 

1．設計參數

由於丙烯精餾塔的模擬計算與生產實際一直存在較大的差別，為了使模擬計算結果更符合於生產實際，多年來許多工程技術人員對其進行了大量的計算，提出了許多新的計算方法，為確定合理的設計參數提供了良好的借鑑作用。隨着計算技術的進步和設計水平的提高，丙烯精餾塔的設計參數也在不斷地優化，主要設計參數變化趨勢見表1。 ^[1] 

從表1中可以看出，生產聚合級丙烯的丙烯精餾塔，設計選取的板效率是不斷提高的，丙烯收率也隨着丙烷純度的提高而提高。 ^[1] 

2．模擬數據與實際數據的對比

通過對丙烯精餾塔做的大量計算對比分析認為，即使是用同一種軟件計算，由於所用熱力學方程和其它物性數據計算方法的不同，所得結果往往也存在較大的差別。在丙烯精餾模擬計算方面，筆者也做了一些嘗試。在模擬計算中以PRO/lI軟件5．0版為計算工具，相平衡參數、焓和汽相密度的計算採用Peng-Robinson方程，液體密度的計算採用Lee-Kesler方程，丙烯一丙烷二元交互作用參數的計算採用PRO/Ⅱ軟件中的REGRESS程序計算，其餘物性的計算均採用了PRO/lI軟件中的常規方程。為了驗證計算結果的可靠性，本文以文獻，中提供的原料數據和現場運行數據為依據，並將模擬計算結果與文獻數據和現場數據進行了對比，其中文獻也對文獻。中的數據進行了模擬計算，本文一同列出，詳見表2～3。 ^[1] 

通過與文獻數據和現場生產數據的對比，從表3中可以看出採用本文的計算方法，當理論板數與實際板數相等或略多時，模擬數據較文獻數據更符合生產實際，並優於文獻模擬數據；模擬計算同時也看出，儘管實際生產中為了滿足生產或擴能改造的要求，採用了不同的閥型，但對丙烯一丙烷分離來説，塔板效率均可達100%或略高於100%。 ^[1] 

塔板效率

精餾塔在實際運行中，由於氣液相傳質阻力、混合、霧沫夾帶等原因，氣液相的組成與平衡狀態有所偏離，所以在確定實際塔板數量時，應考慮塔板效率。系統物性、流體力學、操作條件和塔板結構參數等都對塔板效率有影響，塔板效率還不能精確地預測。 ^[1] 

塔板效率一般是根據經驗來確定的。常用的經驗關聯式是基於一些工業裝置的數據，分析歸納成為經驗式求取塔的效率，適用於一般烴類物系和化學物系的大多數設計。如德里卡默和布羅德福(Drickarner，H．G．和Bradford，J．R．)經驗關係曲線、奧康奈爾(0’Connell，H．E．)經驗關係曲線等。對於丙烯精餾塔來説，一般塔的操作壓力在2.0御a左右，塔頂塔底平均温度在53℃左右，該温度下其進料粘度為0.055～0.065rnPa·S，丙烯一丙烷相對揮發度為1.2。按德里卡默和布羅德福經驗關係曲線查得的塔板效率範圍為92%～96%。該關係曲線使用説明中認為：“直徑大於2133mm的塔，其操作效率可以較高。”因進料粘度與丙烯一丙烷相對揮發度乘積小於0.1，超出奧康奈爾經驗關係曲線的使用範圍，其經驗關係曲線不適用於丙烯精餾塔。文獻r90通過大量的模擬計算，推薦丙烯一丙烷分離物系的塔板效率為95%～100%。某廠0.6Mt/a氣體分餾裝置丙烯精餾塔徑為5.2m，共設有181層塔板，塔板效率設計值為85%，1999年10月開車以來運行平穩，計算表明實際塔板效率為95%。該結果與德里卡默和布羅德福經驗關係曲線查得的數據是吻合的。文獻報道福建煉油化工有限公司氣體分餾裝置改造中採用ADV浮閥塔盤，設計板效率為101%，標定的塔盤效率為105%。奧康奈爾經驗關係曲線的使用範圍，其經驗關係曲線不適用於丙烯精餾塔。 ^[1] 

塔板效率理論分析

丙烯精餾塔板效率經驗關係曲線和實際運行結果均可達到95%，文獻報道的數據甚至高達100%以上。從物系分析來看，丙烯精餾操作壓力高，意味着操作温度高，液相粘度和相對揮發度均較小，均對提高塔板效率有利。隨着裝置規模日趨大型化，精餾塔直徑隨之增大，塔內液流長度增加，減少了液流的軸向返混，增加了液體與汽體的接觸傳質時間，也對提高塔板效率有利。文獻。J分析認為：“塔內液體流過塔板時，不起返混作用，故液體進入塔板時含低沸物較多，經過兩相汽液接觸，離開此塔板時，則含量變低，上升蒸氣與進入塔板的液體接觸，致使蒸汽離開塔板時的組成，較離開塔板的液體的平衡蒸氣組成高”。又認為：“在C2～C4烴類的加壓普通精餾時，應用浮閥塔全塔效率經常在100%左右，有時可超過100%，若在加壓下進行丙烯一丙烷的分離，則塔板效率超過100%”。 ^[1] 

據文獻到報道，異丁烷一正丁烷物系，操作壓力(表壓)由0.028MPa上升到0.165MPa，塔板效率由70%～80%上升至90%～95%；文獻…’認為該物系在1.138MPa、塔徑為1.3m、採用F1型浮閥時，塔板效率可達122%。 ^[1] 

確定合理的丙烯收率

無論是裝置新建還是擴建改造，均應優化整個氣體分餾裝置的設計，控制好丙烯精餾塔進料中C2、C4的含量，確定合理的丙烯收率。 ^[1] 

高純度丙烷既是環保型車用燃料，也是理想的裂解原料。車用液化石油氣標準(SY7548-1998)中要求，車用丙烷中丙烯含量(體積分數)不高於5%，丁烷及丁烷以上含量(體積分數)不高於2.5%。因此建議無乙烯裂解裝置的企業，按車用丙烷標準確定塔底丙烷中丙烯含量；丙烷裂解，乙烯收率高達42%，丙烯收率高達16.2%。有乙烯裂解裝置的企業，塔底丙烷可按兼顧裂解原料考慮，適當提高丙烷純度。如齊魯分公司勝利煉油廠第一氣體分餾裝置所產丙烷中幾乎不含丙烯HJ，供乙烯裝置做裂解原料。 ^[1] 

確定合理的塔板效率

從以上的模擬計算與實際情況對比和理論分析可知，丙烯精餾塔板效率高是符合傳質理論和實際情況的。設計中塔板效率取值過於保守，一是造成整塔高度增加，引起製造、運輸、吊裝等方面工作量和工作難度的增加，從而造成塔和冷換設備投資增加；二是裝置投產後產品質量較設計值“過剩”，從經濟效益方面考慮並不合理。 ^[1] 

(1)採用PR0/Ⅱ軟件，選用正確的熱力學方法和丙烯一丙烷二元交互作用參數，模擬計算結果與實際情況符合良好。 ^[1] 

(2)通過模擬計算與實際情況的對比和理論分析認為．丙烯精餾塔板效率可達100%甚至100%以上。 ^[1] 

(3)氣體分餾裝置新建和擴建改造，應根據企業實際情況確定合理的丙烯收率和丙烷純度；丙烯精餾塔的設計可選取較高的塔板效率，兼顧考慮原料變化情況，建議塔板效率選取範圍為93%～98%。 ^[1]