塔板效率

名词

英文名称：plateefficiency;trayefficiency理论塔板数与实际塔板数之比叫塔板效率，它的数值总是小于1。其中最具代表的是丙烯精馏塔板效率，它从气体分馏装置丙烯精馏塔模拟数据与实际数据的对比和理论探讨两方面进行了分析，认为丙烯精馏塔板效率高是符合实际的，并对丙烯精馏塔的设计提出了建议。

典型代表

丙烯精馏塔板效率

随着催化裂化装置工艺技术的进步、原料多样化和多产液态烃等新工艺的不断推广应用，液态烃产量不断增加，特别是作为气体分馏装置经济效益核心的丙烯产量更是呈现出大幅上升的趋势。一般气体分馏装置中丙烯精馏塔的实际塔板数较多，回流比较大，对塔板进行较为深入地分析研究，确定合理的设计参数，对节省工程投资和提高经济效益具有非常重要的意义。

1．设计参数

由于丙烯精馏塔的模拟计算与生产实际一直存在较大的差别，为了使模拟计算结果更符合于生产实际，多年来许多工程技术人员对其进行了大量的计算，提出了许多新的计算方法，为确定合理的设计参数提供了良好的借鉴作用。随着计算技术的进步和设计水平的提高，丙烯精馏塔的设计参数也在不断地优化，主要设计参数变化趋势见表1。

从表1中可以看出，生产聚合级丙烯的丙烯精馏塔，设计选取的板效率是不断提高的，丙烯收率也随着丙烷纯度的提高而提高。

2．模拟数据与实际数据的对比

通过对丙烯精馏塔做的大量计算对比分析认为，即使是用同一种软件计算，由于所用热力学方程和其它物性数据计算方法的不同，所得结果往往也存在较大的差别。在丙烯精馏模拟计算方面，笔者也做了一些尝试。在模拟计算中以PRO/lI软件5．0版为计算工具，相平衡参数、焓和汽相密度的计算采用Peng-Robinson方程，液体密度的计算采用Lee-Kesler方程，丙烯一丙烷二元交互作用参数的计算采用PRO/Ⅱ软件中的REGRESS程序计算，其余物性的计算均采用了PRO/lI软件中的常规方程。为了验证计算结果的可靠性，本文以文献，中提供的原料数据和现场运行数据为依据，并将模拟计算结果与文献数据和现场数据进行了对比，其中文献也对文献。中的数据进行了模拟计算，本文一同列出，详见表2～3。

通过与文献数据和现场生产数据的对比，从表3中可以看出采用本文的计算方法，当理论板数与实际板数相等或略多时，模拟数据较文献数据更符合生产实际，并优于文献模拟数据；模拟计算同时也看出，尽管实际生产中为了满足生产或扩能改造的要求，采用了不同的阀型，但对丙烯一丙烷分离来说，塔板效率均可达100%或略高于100%。

效率分析

塔板效率

精馏塔在实际运行中，由于气液相传质阻力、混合、雾沫夹带等原因，气液相的组成与平衡状态有所偏离，所以在确定实际塔板数量时，应考虑塔板效率。系统物性、流体力学、操作条件和塔板结构参数等都对塔板效率有影响，塔板效率还不能精确地预测。

塔板效率一般是根据经验来确定的。常用的经验关联式是基于一些工业装置的数据，分析归纳成为经验式求取塔的效率，适用于一般烃类物系和化学物系的大多数设计。如德里卡默和布罗德福(Drickarner，H．G．和Bradford，J．R．)经验关系曲线、奥康奈尔(0’Connell，H．E．)经验关系曲线等。对于丙烯精馏塔来说，一般塔的操作压力在2.0御a左右，塔顶塔底平均温度在53℃左右，该温度下其进料粘度为0.055～0.065rnPa·S，丙烯一丙烷相对挥发度为1.2。按德里卡默和布罗德福经验关系曲线查得的塔板效率范围为92%～96%。该关系曲线使用说明中认为：“直径大于2133mm的塔，其操作效率可以较高。”因进料粘度与丙烯一丙烷相对挥发度乘积小于0.1，超出奥康奈尔经验关系曲线的使用范围，其经验关系曲线不适用于丙烯精馏塔。文献r90通过大量的模拟计算，推荐丙烯一丙烷分离物系的塔板效率为95%～100%。某厂0.6Mt/a气体分馏装置丙烯精馏塔径为5.2m，共设有181层塔板，塔板效率设计值为85%，1999年10月开车以来运行平稳，计算表明实际塔板效率为95%。该结果与德里卡默和布罗德福经验关系曲线查得的数据是吻合的。文献报道福建炼油化工有限公司气体分馏装置改造中采用ADV浮阀塔盘，设计板效率为101%，标定的塔盘效率为105%。奥康奈尔经验关系曲线的使用范围，其经验关系曲线不适用于丙烯精馏塔。

塔板效率理论分析

丙烯精馏塔板效率经验关系曲线和实际运行结果均可达到95%，文献报道的数据甚至高达100%以上。从物系分析来看，丙烯精馏操作压力高，意味着操作温度高，液相粘度和相对挥发度均较小，均对提高塔板效率有利。随着装置规模日趋大型化，精馏塔直径随之增大，塔内液流长度增加，减少了液流的轴向返混，增加了液体与汽体的接触传质时间，也对提高塔板效率有利。文献。J分析认为：“塔内液体流过塔板时，不起返混作用，故液体进入塔板时含低沸物较多，经过两相汽液接触，离开此塔板时，则含量变低，上升蒸气与进入塔板的液体接触，致使蒸汽离开塔板时的组成，较离开塔板的液体的平衡蒸气组成高”。又认为：“在C2～C4烃类的加压普通精馏时，应用浮阀塔全塔效率经常在100%左右，有时可超过100%，若在加压下进行丙烯一丙烷的分离，则塔板效率超过100%”。

据文献到报道，异丁烷一正丁烷物系，操作压力(表压)由0.028MPa上升到0.165MPa，塔板效率由70%～80%上升至90%～95%；文献…’认为该物系在1.138MPa、塔径为1.3m、采用F1型浮阀时，塔板效率可达122%。

确定效率

确定合理的丙烯收率

无论是装置新建还是扩建改造，均应优化整个气体分馏装置的设计，控制好丙烯精馏塔进料中C2、C4的含量，确定合理的丙烯收率。

高纯度丙烷既是环保型车用燃料，也是理想的裂解原料。车用液化石油气标准(SY7548-1998)中要求，车用丙烷中丙烯含量(体积分数)不高于5%，丁烷及丁烷以上含量(体积分数)不高于2.5%。因此建议无乙烯裂解装置的企业，按车用丙烷标准确定塔底丙烷中丙烯含量；丙烷裂解，乙烯收率高达42%，丙烯收率高达16.2%。有乙烯裂解装置的企业，塔底丙烷可按兼顾裂解原料考虑，适当提高丙烷纯度。如齐鲁分公司胜利炼油厂第一气体分馏装置所产丙烷中几乎不含丙烯HJ，供乙烯装置做裂解原料。

确定合理的塔板效率

从以上的模拟计算与实际情况对比和理论分析可知，丙烯精馏塔板效率高是符合传质理论和实际情况的。设计中塔板效率取值过于保守，一是造成整塔高度增加，引起制造、运输、吊装等方面工作量和工作难度的增加，从而造成塔和冷换设备投资增加；二是装置投产后产品质量较设计值“过剩”，从经济效益方面考虑并不合理。

改进措施

(1)采用PR0/Ⅱ软件，选用正确的热力学方法和丙烯一丙烷二元交互作用参数，模拟计算结果与实际情况符合良好。

(2)通过模拟计算与实际情况的对比和理论分析认为．丙烯精馏塔板效率可达100%甚至100%以上。

(3)气体分馏装置新建和扩建改造，应根据企业实际情况确定合理的丙烯收率和丙烷纯度；丙烯精馏塔的设计可选取较高的塔板效率，兼顾考虑原料变化情况，建议塔板效率选取范围为93%～98%。

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