1、精馏技术培训 基础理论及操作实践目录精馏基础理论板式塔简介及发展趋势填料塔简介及发展趋势精馏塔操作策略及控制方案1.1.1 蒸馏的应用蒸馏的应用 液体产品的精制液体产品的精制汽油汽油煤油煤油柴油柴油其他油品其他油品石油石油苯苯甲苯甲苯二甲苯等二甲苯等煤焦油煤焦油1.1.2 蒸馏分离的目的和依据蒸馏分离的目的和依据乙醇水体系的蒸馏分离乙醇水体系的蒸馏分离挥发性高（乙醇），称为易挥发组分或轻组分（挥发性高（乙醇），称为易挥发组分或轻组分（A A）挥发性低（水）挥发性低（水） ， 称为难挥发组分或重组分（称为难挥发组分或重组分（B B）二元蒸馏二元蒸馏液体混合物：液体混合物：( (酒精水溶液酒精水溶
2、液) ) 液体混合物液体混合物 加热加热部分汽化部分汽化 气相：气相：yA, yB 液相：液相：xA, xB 液相液相冷凝冷凝必有：必有： yA xA, yB x ，故平衡曲线在，故平衡曲线在对角线的上方；对角线的上方； 平衡线离对角线越远，平衡线离对角线越远，挥发性差异越大，物系挥发性差异越大，物系越易分离。越易分离。精馏技术培训课件(PPT106页)精馏技术培训课件(PPT106页)1.3.1 简单蒸馏和平衡蒸馏简单蒸馏和平衡蒸馏 1. 装置装置2. 特点：特点： 间歇非定态。间歇非定态。 一次进料。一次进料。 xD, xW不是一对平衡不是一对平衡组成。组成。 适合于适合于 大的组分。大的
3、组分。精馏技术培训课件(PPT106页)精馏技术培训课件(PPT106页)二、平衡蒸馏二、平衡蒸馏(又叫闪蒸又叫闪蒸)1. 流程流程2. 特点特点:一次进料，粗分一次进料，粗分xi, yi是一对平衡是一对平衡组成组成W(液液)、xD( 气气)、y精馏技术培训课件(PPT106页)精馏技术培训课件(PPT106页)1.3.2 精馏原理精馏原理精馏技术培训课件(PPT106页)精馏技术培训课件(PPT106页)1 1、多次部分汽化和多次部分冷凝、多次部分汽化和多次部分冷凝 1.3.2 精馏原理精馏原理通过多次部分气化和多次通过多次部分气化和多次部分冷凝，最终可以获得部分冷凝，最终可以获得几乎纯态的
4、易挥发组分和几乎纯态的易挥发组分和难挥发组分，但得到的气难挥发组分，但得到的气相量和液相量却越来越少。相量和液相量却越来越少。 精馏技术培训课件(PPT106页)精馏技术培训课件(PPT106页)2. 2. 有回流的多次部分汽化和多次部分冷凝有回流的多次部分汽化和多次部分冷凝 精馏技术培训课件(PPT106页)精馏技术培训课件(PPT106页)缺点：缺点：1.1.收率低；收率低；2.2.设备重复量大，设备投资大；设备重复量大，设备投资大；3.3.能耗大，过程有相变。能耗大，过程有相变。问题：工业上如何实现？问题：工业上如何实现？精馏技术培训课件(PPT106页)精馏技术培训课件(PPT106页
5、)精馏技术培训课件(PPT106页)精馏技术培训课件(PPT106页)精馏技术培训课件(PPT106页)精馏技术培训课件(PPT106页)进料板：进料板：原料液进入的原料液进入的那层塔板。那层塔板。精馏段：精馏段：进料板以上的进料板以上的塔段。塔段。提馏段：提馏段：进料板以下（包进料板以下（包括进料板）的塔段。括进料板）的塔段。1.3.3 连续精馏装置流程连续精馏装置流程. . 连续精馏装置连续精馏装置精馏技术培训课件(PPT106页)精馏技术培训课件(PPT106页)目录精馏基础理论板式塔简介及发展趋势填料塔简介及发展趋势精馏塔操作策略及控制方案精馏技术培训课件(PPT106页)精馏技术培训
6、课件(PPT106页)塔盘主要结构塔盘主要结构精馏技术培训课件(PPT106页)精馏技术培训课件(PPT106页)塔板流动状态塔板流动状态精馏技术培训课件(PPT106页)精馏技术培训课件(PPT106页)降液管降液管受液区受液区溢流堰溢流堰安定区安定区开孔区开孔区俯视图俯视图边缘固定区边缘固定区精馏技术培训课件(PPT106页)精馏技术培训课件(PPT106页)二、气液两相接触状态鼓泡接触状态鼓泡接触状态稳定的气泡表面稳定的气泡表面泡沫接触状态泡沫接触状态更新的液膜表面更新的液膜表面喷射接触状态喷射接触状态更新的液滴表面更新的液滴表面精馏技术培训课件(PPT106页)精馏技术培训课件(PPT
7、106页)精馏技术培训课件(PPT106页)精馏技术培训课件(PPT106页)4 4 气体阻力小气体阻力小-气体阻力小可使气体输送的功率消耗气体阻力小可使气体输送的功率消耗小。对真空精馏来说，降低塔器对气流的阻力可减小塔顶，小。对真空精馏来说，降低塔器对气流的阻力可减小塔顶，底间的压差，降低塔的操作压强，从而可降低塔底溶液泡点，底间的压差，降低塔的操作压强，从而可降低塔底溶液泡点，降低对塔釜加热剂的要求，还可防止塔底物料的分解。降低对塔釜加热剂的要求，还可防止塔底物料的分解。 5 5 结构简单，设备取材面广结构简单，设备取材面广-便于加工制造与维修，便于加工制造与维修，价格低廉，使用面广。价格
8、低廉，使用面广。 精馏技术培训课件(PPT106页)精馏技术培训课件(PPT106页) 错流式 液体沿水平方向横过塔板，气体则沿与塔板垂直方向由下而上穿过板上的孔通过塔板，气液呈错流。筛板塔、浮阀塔及泡罩塔等的操作均属此类型。这种类型塔的结构特点是具有降液管。降液管提供了液体从一块塔板流至其下一块塔板的通道。 逆流式 气液皆沿与水平塔板相垂直的方向穿过板上的孔通过塔板。气体由下而上，液体由上而下，气液呈逆流。淋降筛板塔即属此类型。此类型塔板没有降液管。 4.1.2 板式塔的类型板式塔的类型 这两种类型的塔，就全塔而言，气液皆呈逆流。两种类型的这两种类型的塔，就全塔而言，气液皆呈逆流。两种类型的
9、塔在操作时板上都有积液，气体穿过板上小孔后在液层内生成气塔在操作时板上都有积液，气体穿过板上小孔后在液层内生成气泡。板上泡沫层便是气液接触传质的区域。泡。板上泡沫层便是气液接触传质的区域。板式塔的塔板类型板式塔的塔板类型二、筛板塔（二、筛板塔（筛板塔约于筛板塔约于18321832年开始用于工业生产年开始用于工业生产）筛板塔的主要结构及功能：筛板塔的主要结构及功能： 筛孔筛孔 提供气体上升的通道；提供气体上升的通道；2. 溢流堰溢流堰 维持塔板上一定高度的液层，以保证在维持塔板上一定高度的液层，以保证在 塔板上气液两相有足够的接触面积；塔板上气液两相有足够的接触面积；3. 降液管降液管 作为液体
10、从上层塔板流至下层塔板的通道。作为液体从上层塔板流至下层塔板的通道。1、只要筛板塔设计合理，、只要筛板塔设计合理，操作得当，筛板塔不仅可操作得当，筛板塔不仅可稳定操作，而且操作弹性稳定操作，而且操作弹性可达可达23，能满足生产要，能满足生产要求。求。 2、筛板塔比起泡罩塔，生、筛板塔比起泡罩塔，生产能力可增大产能力可增大10%15%，板效率约提高板效率约提高15%，单板，单板压降可降低压降可降低30%左右，造左右，造价可降低价可降低20%50%。 三、浮阀塔：浮阀塔是廿世纪五十年代初开发的一三、浮阀塔：浮阀塔是廿世纪五十年代初开发的一 种新塔型。种新塔型。 阀型主要尺寸阀型主要尺寸F1F1型（
11、重阀）型（重阀）V-4V-4型型T T型型筛孔直径，筛孔直径，mmmm阀片直径，阀片直径，mmmm阀片厚度，阀片厚度，mmmm最大开度，最大开度，mmmm静止开度，静止开度，mmmm阀片质量，阀片质量，g g393948482 28.58.52.52.532323434393948481.51.58.58.52.52.525252626393950502 28 81.01.02.02.030303232三种塔板的比较: 四、其他类型塔板四、其他类型塔板1. 舌形塔板与浮动舌形塔板舌形塔板与浮动舌形塔板2. 导向筛板导向筛板3. ADV浮阀塔板浮阀塔板ADV塔盘的鼓泡状态塔盘的鼓泡状态2）负荷性
12、能图的分析负荷性能图的分析 VC操作点操作点操作线操作线操作极限操作极限目录精馏基础理论板式塔简介及发展趋势填料塔简介及发展趋势精馏塔操作策略及控制方案填料 vs 塔板塔板 持液量大 压降大填料 持液量小压降小填料适合减压塔（压降小）散堆填料适合小塔径散堆填料材质选择面宽散堆填料更适合易发泡体系散堆填料 vs 规整填料对于运行于液体喷淋密度的低压力体系，规整填料表现优于散堆填料 ( 5 m 的液滴除的液滴除雾率达到雾率达到99.8%以上，对以上，对 840 m 的液的液滴，除雾效率可达滴，除雾效率可达100%。TJCW型除雾器除雾机理型除雾器除雾机理各种形式各种形式TJCW型除雾器型除雾器 5
13、400 TJCW型除雾器型除雾器防 壁 流 圈在填料安装过程中，填料与塔壁之间存在一定的缝隙，为防在填料安装过程中，填料与塔壁之间存在一定的缝隙，为防止产生气液因壁流而短路，需在此间隙加防壁流圈。止产生气液因壁流而短路，需在此间隙加防壁流圈。防壁流圈可与填料做成一体，也可分开到塔内组装。防壁流圈可与填料做成一体，也可分开到塔内组装。小直径整圆盘填料的防壁流圈常与填料做成一体，有时身兼小直径整圆盘填料的防壁流圈常与填料做成一体，有时身兼两职，既做防壁流圈，又起捆绑填料的作用；两职，既做防壁流圈，又起捆绑填料的作用；300300板波纹填料防壁流圈板波纹填料防壁流圈分块式防壁流圈分块式防壁流圈对于大
14、直径的塔，可采用分块的防壁流圈。对于大直径的塔，可采用分块的防壁流圈。催化蒸馏技术将催化反应过程和蒸馏分离过程合为一体反应工程方法，在将催化反应过程和蒸馏分离过程合为一体反应工程方法，在同一个催化蒸馏塔反应器中同时进行反应和分离的操作。同一个催化蒸馏塔反应器中同时进行反应和分离的操作。该过程可以不断地将反应活性中心上生成的反应产物及时转该过程可以不断地将反应活性中心上生成的反应产物及时转移离开反应区，使反应平衡向生成目的产物的方向移动，反移离开反应区，使反应平衡向生成目的产物的方向移动，反应热也可以同时用来作为蒸馏过程所需的气化热。应热也可以同时用来作为蒸馏过程所需的气化热。优点：优点：转化率
15、高、选择性好、产品纯度高、能耗低、投资省转化率高、选择性好、产品纯度高、能耗低、投资省板式催化蒸馏塔1 - 升气孔升气孔2 - 塔板塔板3 - 底隙底隙4 - 催化剂筐催化剂筐5 - 集液板集液板6 - 催化剂催化剂4 - 提液管提液管8 - 填料填料9 - 填料筐填料筐10 - 塔板液层塔板液层(1)在塔板的进口堰、出口堰附近规则排列装有催化剂包的多在塔板的进口堰、出口堰附近规则排列装有催化剂包的多孔盒，利用塔板上液体的自然流动，在催化剂表面进行反孔盒，利用塔板上液体的自然流动，在催化剂表面进行反应，再利用塔板进行分离；应，再利用塔板进行分离；(2)将催化剂置于降液管底部，利用塔板的自然降液
16、，在催化将催化剂置于降液管底部，利用塔板的自然降液，在催化剂表面进行反应，再利用塔板进行分离。剂表面进行反应，再利用塔板进行分离。(3)采用活性材料载体采用活性材料载体与催化剂制成一体与催化剂制成一体化塔板。这种塔板化塔板。这种塔板的造价较高，塔板的造价较高，塔板强度较差，较难大强度较差，较难大规模应用。规模应用。填料催化蒸馏塔1 - 1 - 波纹规整波纹规整填填2 - 2 - 催化剂单催化剂单元元由于催化剂位于支承件的波纹或缝隙中，外表面完全暴露于由于催化剂位于支承件的波纹或缝隙中，外表面完全暴露于气液相中，气液两相在催化剂表面高速湍动更新，很好地解气液相中，气液两相在催化剂表面高速湍动更新
17、，很好地解决了催化精馏反应中的外扩散问题，可减少催化剂用量。决了催化精馏反应中的外扩散问题，可减少催化剂用量。一般是采用丝网或多孔材料将催化剂包裹起来卷成一定形状一般是采用丝网或多孔材料将催化剂包裹起来卷成一定形状的单元，再堆积成催化反应精馏床层。的单元，再堆积成催化反应精馏床层。 检验全电脑控制的国内最大的12m液体分布器水力学实验平台。 水 力 学 实 验 平 台 检验 研发精馏实验室，其中冷模：600 mm。热模：400 mm可以测试填料和塔盘的压降、通量、泛点、载点、效率等数值。为研发和设计提供了有效地保证。 塔内件 塔内件 高性能分布器 塔内件 塔内件 分布器 塔内件 槽盘式气液收集
18、分布器 槽桶式气液收集分布器 升气管式液体收集分布器 槽式液体分布器 分布器塔内件 管式液体分布器 喷射式液体分布器 塑料管式液体分布器 箱式分布器 塔内件 塔内件 填料压圈/支承 遮板式液体收集器 驼峰支承 双切环流式进气初始分布器 塔内件除沫器 抽屉式丝网除沫器 丝网除沫器 塔内件塔盘 泡罩塔盘 垂直塔盘 梯形浮阀 F1型浮阀 塔内件导向梯型浮阀塔盘 塔内件C276 材质固阀塔盘目录精馏基础理论板式塔简介及发展趋势填料塔简介及发展趋势精馏塔操作策略及控制方案与传统的方法相比较PCACFCdPCFCACTCTC动态矩阵控制方法有约束多目标多自由度多变量PCAIFCdPIAITCTCDMCFC
19、工程案例：加氢裂化炼油过程单元进料 重瓦斯油1段反应器转化:氮 - NH3硫 - H2S2段反应器将60%的重油裂解为汽油和其他轻组分精馏预闪蒸: 移出 C4、s和一些轻馏分主分馏器: 分离汽油、石脑油、循环油加氢裂化流程图HydrotreaterReactor Fresh FeedHydrocrackerReactorRecycle GasHeaterFuel GasMainFractionatorRecycleOilNaphthaPreflashTo GasPlantGasolineSeparatorMake-upHydrogenRecycleCompressor预闪蒸塔控制器配置 To
20、Main FractionatorTR-02WABTFeed fromHydrocrackerValvePositionFuel GasSetpointMultivariablePredictiveController ControllerSetpoints& LimitsFeedforwardVariablesFin FansSetpointO/H ACCUMULATORSetpointControlledVariablesTo Gas PlantControlledVariableManipulated VariablesManipulated VariablesPREFLASHFTPFT
21、PFL预闪蒸塔控制模型OverheadDrumLevelOverheadFanPositionTray 32TemperatureBottomTemperatureHydrocrackerWABTFeed toColumnOverhead CondenserTemperatureRefluxFlowFuel Flow toReboil FurnaceValve PositionReboil Exchanger项目实施效益分析与初步设计 (benefit analysis and preliminary design)软测量仪表开发 (inferential sensors development)预测试 (pre-test)动态响应测试与模型辨识 (plant test and model identification)控制器离线仿真与参数整定 (controller simulation and tuning)控制器投运与培训 (controller commissioning and operation training)控制器维护 (controller maintenance)动态矩阵控制技术效益实现卡边控制投资回报率小于6个月提高转化率 3-6%确保了产品质量控制平稳、安全地运行操作员易于接受 DMC与DCS见的双向无扰动切换严格的逻辑切换程序谢谢谢谢THANKS
