考虑降液管影响的多元精馏塔动态机理建模 I. 动态机理模型的建立

板式精馏塔的塔板可以分为有降液管和无降液管2种类型，有降液管板式塔中降液管是一个重要的塔内件，合理的降液管既可使液体顺利通过，又可使夹带的气体分离出去，同时防止发生液泛。而目前的精馏塔动态模拟中，其机理模型大都没有考虑降液管的影响，不利于分析蒸馏塔的液相滞留量及故障诊断。在考虑降液管影响的基础上，基于严格理论推导对多元精馏塔进行了动态机理建模，建立了降液管结构和水力学模型，并且考虑降液管部分液相混合的影响，建立了其关联板效率及传质扩散的数学模型。通过理论分析发现，降液管对塔板效率、相平衡常数、蓄液量以及塔板压降等有一定程度的影响，将其影响纳入到多元精馏塔的完整动态机理模型中，通过修正相关模型，更充分地反映了精馏塔的内在机理及其动态特性。     

考虑降液管影响的多元精馏塔动态机理建模 II . 模型求解与仿真分析

 结合动态机理模型的特点，将泡点方程的求解问题转化为微分方程的求解问题，以便于机理模型的应用。以某乙烯生产装置中具有127层塔板、中间再沸器、侧线抽出的，四组分混合物为原料的乙烯精馏塔作为研究对象，建立其动态机理模型。通过对模型中微分方程的刚性分析，选取了基于隐式Runge-Kutta法（TR-BDF2）的积分方法对模型进行求解，大大提高了模型的求解效率。通过仿真对比表明，降液管对多元精馏塔的分离计算具有较大的影响，考虑降液管的影响将更加符合实际工况。     

面向在线分析应用的乙烯精馏装置复杂机理模型开发

传统的软仪表模型一般采用简化的机理模型或基于输入输出参数的关联模型,精度一般偏差较大,应用时需要进行定期校验和模型参数修正,虽然能在一定程度上满足控制要求,但是无法满足装置优化计算的需要。从满足在线分析应用需求的角度出发,开发了乙烯精馏塔的复杂机理模型,相平衡方程中建立了空间分布的塔板效率模型,考虑了塔板结构等多种因素的影响,将实际塔板与理论塔板进行了逐级关联,以非立方型多参数BWRS状态方程作为气-液平衡计算模型,完整地描述塔内气-液平衡关系和热力学状态。并以具有代表性的乙烯精馏塔作为模型验证对象,在某工况下将模型计算数据与Aspen Plus及实际测定值进行了对比,结果表明,所建立的严格稳态机理模型具有较高的准确性,为模型的在线分析应用奠定了基础。     

乙烯精馏塔的瓶颈分析及扩能改造

对抚顺石化分公司乙烯装置中乙烯精馏塔塔釜乙烯残量偏高的原因进行分析,认为部分塔板的雾沫夹带量过大而导致塔板效率偏低。分析认为,可以采用矩形悬挂降液管提高降液管能力、增加鼓泡面积,解开精馏塔的通量瓶颈。采用DJ-3型塔板替换原浮阀塔板,实现不动塔体改造。改造后,该塔分离效果达到设计要求,同时乙烯生产能力从140kt/a扩大到200kt/a,证实矩形悬挂降液管塔板适用于高压精馏塔。     

降液管结构优化进展

比较了弓形、半环形和径向形降液管对塔板效率的影响 ,介绍了板式塔中新型降液管的主要形式、结构及优缺点。针对当前板式塔降液管研究的进展情况 ,提出了一些关于降液管研究方向的看法。     

催化精馏塔中催化剂装填技术的现状与分析

将催化精馏塔中催化剂的装填方式分为3种形式做了介绍,即催化剂装在板式精馏塔的降液管中,装在塔板上,或与填料结合方式,并对这些装填方式的优缺点进行了总结分析。     

解除降液管瓶颈的方法

简要介绍降液管在板式塔中的重要作用。在塔板扩能改造中,采用新型塔板可以大幅度提高鼓泡区的流通能力,但作为液相主要通道的降液管却常常成为扩能的“瓶颈”。提出了两种降液管扩能的方案：（1）在降液管内增设空隙率大、压力降低的填料;（2）采用充分利用塔板空间的“异形”降液管。还对两种方案的适用场合进行了说明。     

筛板塔板的性能与设计

筛板塔板较小的孔面积结构和气液流动方向相垂直的工作方式,减少了塔板上的雾沫夹带和由此引起的塔板压力降,可通过选择单、双溢流确定塔板上的操作工况来适应不同物料,以获得较高的塔板点效率,减少了塔板上的降液管面积和气体流动对塔板上液体流动的干扰,提高了塔板效率。筛板塔板的计算方法完整,可以计算降液管出口处液体的含气量、降液管的压力降和降液管的平均含气量,判断塔板的操作工况和各种工况下的雾沫夹带量和由此引起的塔板压力降。     

精馏塔分离块动态数学模型

本文分析了精馏塔动态机理建模的几种主要方法,提出了一种新的精馏塔动态机理分离块模型,该模型用分离块代替平衡级塔板,每个分离块可包含任意个平衡级,可大大减少模型的方程数和微分方程的阶数.该模型具有物理意义明确,建模灵活,通用性强,计算量小等特点,适用于精馏塔动态及静态在线优化控制.     

多降液管塔板提高油品分馏塔处理量的探讨

综合浙江工业大学的多降液管塔板技术和美国精馏研究公司发表的筛孔塔板水力学模型，编制完成了多降液管塔板设计软件，用此软件时常压油品分馏塔、催化裂化吸收脱吸塔等在扩量改造设计中遇到的“瓶颈”问题进行分析，推荐了应用多降液管塔板的可行方案，为多降液管塔板在油品分馏塔上的应用提供了参考。     

多降液管筛孔塔板的压力降性能研究

在直径1200mm的冷模实验塔内,以空气-水为介质,对多降液管筛孔塔板进行了塔板压力降性能的实验研究。结果表明,多降液管筛孔塔板压力降低于普通筛孔塔板,与气速、液量等操作条件以及塔板上的汽液接触状态相关。对实验数据拟合,得到了可用于工程设计的压力降模型,并用工业数据进行了校核,为分析多降液管筛孔塔板的降液管性能、雾沫夹带和泄漏性能以及塔板的操作上、下限提供了必要基础。     

废C_4板式萃取塔的流程模拟及优化改造

利用Aspen Plus软件对废C4板式萃取塔进行了流程模拟,并结合塔板水力学计算,对该塔进行了优化设计。结果表明,由改造前的油相作分散相改为以水相作分散相,适宜的溶剂比为2.0,并将塔的降液管改为升液管,可使塔板效率由约0.05提高至约0.10,进而使塔直径由800 mm减小至600 mm,开孔数由692减少至403,塔顶废C4中乙腈质量分数为0.3%。     

两种三溢流塔盘设计方法的比较

三溢流塔板对于处理大液相负荷有优势,其较长的溢流堰可有效解决塔板溢流强度过高的问题。三溢流塔盘设计方法主要有等鼓泡面积法和等通道长度法,设计中应合理分配偏心降液管和边降液管的面积和位置,以保证各通道气液比相等以及三种形式降液管出口堰溢流强度相等。通过对降液管底隙的处理来平衡各个底隙出口阻力,并通过设置辅堰和栅栏堰的方法对各板上液层高度和各个通道上的液体量进行调节。阐述了两种方法的计算过程,并通过塔盘设计实例进行比较,结果表明:等通道长度法的栅栏堰和辅堰结合的方案能够更好的处理塔板的气液分布和传质均匀问题,其操作的灵活性也比等鼓泡面积法有明显的优势。     

分流式降液管的筛孔塔板流体力学性能研究

将分流器设置在降液管上,采用筛孔塔板,以空气-水为介质进行冷模实验,对其流体力学性能进行了系统的研究,并在相同的实验条件下与无分流式降液管筛孔塔板进行对比。结果表明,分流式降液管筛孔塔板总板压降平均降低了14.3%,板上清液层高度平均降低了12.1%,操作弹性平均提高了15.3%,分流器的设置提高了塔板液泛上限和液相处理能力。     

多降液管筛板塔的研究及其在水洗上的应用

本文总结了1974年以来对多降液管筛板塔所做的工作。介绍了在实验室做了板压降、矩形堰的堰上液头、液体通过降液管的阻力、降液管的自封、板效率、降液管的宽度与溢流强度的关系、塔板漏液量等试验。同时叙述了在工业上用于小化肥厂水洗塔上的情况。     

二元塔顶累积全回流间歇精馏塔最少理论板数的近似计算

分析了二元塔顶累积全回流间歇精馏理论塔板数对塔顶产品中轻组分极限浓度的影响,得到当塔釜内的存液量超过一块理论板上的持液量时,塔顶产品中轻组分的极限浓度随理论塔板数的增加而提高;推导出二元塔顶累积全回流间歇精馏塔最少理论塔板数的近似计算公式并进行了经验修正,近似计算公式中最少理论塔板数为塔板持液量的显函数。对近似计算公式的验证结果表明,近似计算公式具有普适性,在塔板持液量较小时或塔板持液量较大但所需最少理论塔板数较多时,近似计算的最少理论塔板数与精确计算的最少理论塔板数的相对偏差小于1%。     

蒸馏塔“消颈扩能”的主要工艺技术措施

本文提出了蒸馏塔几种可行的“消颈扩能”措施：（１）采用条型浮阀或导向浮阀；（２）采用复合剂孔新溢流塔板；（３）采用非单一阀体组合型塔板；（４）采用ＵＯＰ高性能多降液管塔板－ＭＤ塔板；（５）采用超级精馏塔板；（６）采用无降液板筛孔液栓结构；（７）采用高性能规整填料。     

分馏塔的动态计算及工况预报

从机理分析的角度出发，利用虚拟组分的概念，建立了分馏塔的动态数学模型。在内回流非平衡机理模型的基础上，建立了工况预报模型，可以实时预报液泛、干板、雾沫夹带、泄漏、降液管超负荷等非正常工况的发生。同时提供对实际装置的计算结果。     

合成醋酸甲酯浆料催化精馏过程的模拟研究

以醋酸甲酯合成为模型反应,研究浆料催化精馏过程。对浆料催化精馏过程建立拟均相稳态平衡级模型,用A spen P lus软件进行模拟。考察精馏塔内温度分布、汽液相组成及流率情况,得到醋酸中水含量、反应段塔板数和液相持液量对合成醋酸甲酯收率和塔顶醋酸甲酯纯度的影响。计算得出在模拟实验塔内优化操作条件为:23块理论板数,醋酸进料口和甲醇进料口分别位于第7和第17块理论板;酸与醇的摩尔比为1.2∶1.0;催化剂与醋酸的质量比为0.03;回流比1.3;塔板总持液量2 560mL;塔釜持液量1 200mL;控制塔顶采出流率0.485。在此条件下,醋酸甲酸收率大于95%,塔顶产品中酯的质量分数大于96%。     

国外板式塔最新进展与新分离技术开发

激烈的竞争促进了板式塔的迅速发展。对国外一些最新塔板、新的化工过程和蒸馏技术作了简略介绍，其中一些高效塔板的特点体现在降液管的设计上。