篩板塔改為精餾填料塔設計施工

姚銀春

（江蘇揚農化工集團有限公司，江蘇　揚州　225009）

篩板塔改為精餾填料塔設計施工

姚銀春

（江蘇揚農化工集團有限公司，江蘇揚州225009）

對、鄰硝基氯苯原兩座導向篩板塔，因分離效果差，后停用。隨著新型高效填料的使用，分離效果大幅提高。原兩座導向篩板塔一座改為低油塔，一座改為精餾填料塔，本文主要論述篩板塔改為精餾填料塔的相關設計計算并輔以PROII 6.0驗證、SW6強度計算確定塔體加固方法以及改造后效果。

篩板塔；精餾填料塔；設計計算；塔體加固；改造效果

對、鄰硝基氯苯原兩座導向篩板塔，塔徑1.8 m，高度40.77 m，兩塔串連使用，從1992年開車至1998年，因分離效果差，后停用。隨著新型高效填料的使用，分離效果大幅提高。原兩座導向篩板塔一座改為低油塔，一座改為精餾填料塔，本文主要論述篩板塔改為精餾塔的相關設計計算、安裝、塔體加固方法。

1　設計計算

圖1　工藝流程示意圖

NCB已有裝置生產能力達30 000 t/a，將閑置原西面板式塔改造為15 000 t/a精餾填料塔，塔頂富對位結晶拿出成品后的低油進入低油塔處理后再進入已有裝置精餾及結晶系統(tǒng)分離，形成50 000 t/a NCB生產能力。

NCB同分異構體分子量u=157.55，1年運行時間為7 200 h，干燥后精餾進料組分近似為Xfp= 0.576，Xfo=0.411，Xfm=0.0108（注：下標 p，o，m分別表示對、鄰、間，下同），其余為二硝等重組分，約為0.0022。對于間位硝基氯苯來說，由于其在硝基氯苯異構體中沸點最低，富集在精餾塔塔頂，對位結晶器分離后，隨低油全部流入低油塔內，上升至塔頂，冷凝后，進入低油結晶器，結晶后拿出含間位30%左右的間位油。對間位物料恒算，間位油流量約為F/30，若不考慮間位油后續(xù)處理，則

F-F/30=15000000/7200/157.55=13.22 kmol/h，F(xiàn)=13.68 kmol/h，干燥塔釜169℃，直接泵入精餾塔，設定：精餾塔頂對位含量Xdp=0.92，塔釜除焦后拿出鄰位成品Xwo=0.994，Xwp=0

F=D+W即13.68=D+W

F×Xfp=D×Xdp+W×Xwp即 13.68×0.576=D× 0.92+W×0

解得D=8.56 kmol/h，W=5.12 kmol/h

設定塔頂真空度Pd=60 mmHg每層理論板壓降0.55 mmHg，按《硝基氯苯生產技術三百問》修改antonic方程A、B、C常數，其對運行結果有很大影響，使用PR0 II計算和驗證，結果可行：

精餾段：

回流比R=5.9，

塔頂溫度Td=144.7℃，真空度Pd=60 mmHg= 8×103Pa，R-理想氣體常數，R=8.314 J/（mol·K）

塔頂氣相密度ρ=M/V=uPd/（RTd）=157.55×8 ×103/［（273+144.7）×8.314］=363 g/m3=0.363 kg/m3

液相密度ρl=1236.55 kg/m3

液量L=R×D=5.9×8.56=50.5 kmol/h=50.5× 157.55/1236.55 m3/h=6.43 m3/h

氣量V=（R+1）D=6.9×8.56=59.1 kmol/h=59.1 ×157.55/0.363 m3/h=25651 m3/h

填料采用CY700不銹鋼絲網波紋填料，F(xiàn)= 1.3～1.8 m/s（kg/m3）0.5，取F=1.7 m/s（kg/m3）0.5，硝基氯苯分離塔系是真空操作，當壓力小于0.2 MPa時，采用F因子計算塔徑比較方便，即F=u·ρ0.5，其中u為空塔氣速，ρ為氣體密度。

收集器采用斜板收集器。分布器采用管式分布器，持液高度H=60 mm，開孔直徑d=2.5 mm，C0—常數，取0.62

提餾段：

進料泡點為te=151.2℃，進料溫度T=169℃，在平均溫度，查得對、鄰、間硝基氯苯的有關物性（二硝等忽略）：

比熱：Cpp=55.05 cal/mol·℃，Cpo=55.08 cal/ mol·℃，Cpm=55 cal/mol·℃

汽化潛熱：rp=13631 cal/mol，ro=13782 cal/ mol，rm=13380 cal/mol

Cp=Cpp·Xfp+Cpo·Xfo+Cpm·Xfm=55.05×0.576+ 55.08×0.411+55×0.0108=54.94 cal/mol·℃

r=rp·Xfp+ro·Xfo+rm·Xfm=13631×0.576+13782×0.411+13380×0.0108=13660 cal/mol

進料在18塊理論板，進料溫度Tf=151.2℃，真空度Pf=68.8 mmHg=9170 Pa。

進料處氣相密度 ρf=u·Pf/（RTf）=157.55× 9170/［（273+151.2）×8.314］=410 g/m3=0.41 kg/m3液相密度ρl1=1227.68 kg/m3

提餾段液量 L1=L+q·F=50.5+0.928×13.68= 63.2 kmol/h=63.2×157.55/1227.68=8.11 m3/h

V1=V-（1-q）·F=59.1-（1-0.928）×13.68=58.1 kmol/h=58.1×157.55/0.41 m3/h=22326 m3/h

取F=1.6 m/s（kg/m3）0.5

采用管式分布器，持液高度H=60 mm，開孔直徑d=2.6 mm

塔徑取原塔直徑1.8 m，需118塊理論板數，塔分7段，上二段填料高度：每段3.5 m，下五段每段3.4 m，總高24 m，CY700不銹鋼絲網波紋填料每米按5塊理論板算，共120塊理論板。加料口在第18塊理論板第2段填料上部的集液器處，并在3、4段填料上部的集液器處留有備用口。

2　改造內容

（1）原塔地腳螺栓為24-M56螺栓，用SW6軟件包計算，塔最高可增至45 m，為降低塔高，用CY700填料代替SW350填料，用管式分布器代替一級槽初分、二級槽細分的槽式分布器。

（2）拆除塔頂冷凝器及其下部變徑段，在此段加接內徑φ1800，壁厚δ=14，材質：16 MnR，長度6.6 m一段塔節(jié)（不包括封頭），由原塔高40.77 m增至44.3 m；并在所加塔節(jié)人孔處加接一層鋼平臺，便于填料、內件安裝。

（3）拆除原塔60層導向篩板、割去60層塔內壁支撐環(huán)板，打磨平滑。

（4）拆除舊再沸器，新增一臺300 m2再沸器，為便于檢修，方位由南改到西。

（5）將原塔φ273×6氣相管加大至φ820×10。

（6）將原塔DN600再沸器氣相管移位90度，并垂直且下移1100 mm。

（7）塔釜下封頭處連接φ1000×1100筒體（此筒體下端焊接EHA1000封頭），A、B類焊接接頭進行無損檢測，確認無缺陷后，在EHA1000封頭上新開再沸器液相口并進行液相口安裝，封死原再沸器液相口。這樣，塔釜液位下降，有利于安裝更多填料。

（8）焊堵原塔所有接管（包括視鏡口）、人孔，按改造要求，重新開接管、人孔。

3　SW6數據分析

（1）因原塔1991年制造，1992年使用至今，已腐蝕，原圖樣厚度為14 mm，實測壁厚12 mm。

（2）按壁厚10 mm，外壓失穩(wěn)加強圈計算最大間距2.2 m。

（3）按壁厚12 mm，外壓失穩(wěn)加強圈計算最大間距4.3 m。

4　加固方法

（1）開孔補強：人孔、再沸器氣相口采用等面積補強，再沸器液相口與封頭連接處采用內側等面積補強。

（2）塔釜封頭與裙座焊接處，進行100%超聲波檢測，無缺陷后，依塔體外徑增設高度為400 mm、厚14 mm短節(jié)，包裹封頭與裙座焊接并與筒體、裙座滿焊。

（3）在原兩只加強圈之間加一只加強圈，共8只，保證加強圈間距不大于2.2 m。加強圈為L110×70×10反置不等邊角鐵。

（4）0．09 MPa氣密性試驗，采取緩慢加壓法，發(fā)現(xiàn)原塔釜老接管和新開人孔多處泄漏，泄壓后，老接管加焊腹板，人孔重新焊接，重新試壓成功。

（5）計算出最小壁厚δ min=10 mm，定期測厚。

（6）因低油塔與精餾塔出現(xiàn)不同時開車情況，原兩塔鋼平臺連成一體，整體加強，出現(xiàn)不同時開車時塔體伸縮不一致，最大伸縮量為91 mm。為克服伸縮不均現(xiàn)象，將兩塔鋼平臺連接處割斷，用長圓槽螺栓連接。

5　安裝注意事項

原塔有5只人孔，現(xiàn)在同一側又新開7只人孔，塔體存在焊接變形，塔體圓度誤差最大值達50 mm，內件、填料共分7段，必須按塔體各段處實際尺寸加工，給安裝帶來方便。

6　改造效果

利用舊塔改造，塔主體無需加工、吊裝，無需塔地腳螺栓土建施工，節(jié)省工程造價和建設周期。同行廠家實施了老塔改造，由于老塔支撐板未割除干凈，未新開人孔，造成填料難安裝，且易形成壁流，改造效果并不理想。我公司將鄰對硝篩板塔改為填料精餾塔和低油塔，開車一次成功，質量提高，消耗降低。精餾填料塔塔釜不含對位，除焦后直接拿鄰位產品，塔頂對位含量由老塔的0.7左右提高到0.92，加大回流比，塔頂對位含量進一步提高。同時，低油塔處理了低油，減輕了精餾塔T1、T2的負荷。改造后，新增 15000 t/a NCB生產能力，新增利稅1000多萬元。

［1］李興倫.硝基氯苯生產技術三百問［M］.武漢：葛店化工廠翻印，1982.

［2］中國石化集團上海工程有限公司.化工工藝設計手冊［M］.第3版.北京：化學工業(yè)出版社，2009.

［3］劉乃鴻.工業(yè)塔新型規(guī)整填料應用手冊［M］.天津：天津大學出版社，1993.

［4］陳敏恒，叢德滋，方圖南.化工原理［M］.北京：化學工業(yè)出版社，1985.

Design and Construction of Distillation Column Being Improved from Sieve Tray Column to Packed Column

YAO Yin-chun
（Jiangsu Yangnong Chemical Group Co.，Ltd.，Yangzhou，Jiangsu 225009，China）

The original two guided sieve tray column stopped using because the p（o）-nitrochlorobenzene separation efficiency is poor.With the use of new type of high efficient packing，separation efficiency is greatly improved.The two original guided sieve columns were improved to a low melting eutectic oil column and a packed distillation column，this paper mainly discusses the design and calculation of the packed distillation column being improved from sieve tray column to packed column supplemented by PRII 6.0 software calculation.To determine the column reinforcement method by sw6 software strength calculation，results after construction.

sieve tray tower；packed distillation column；design and calculation；column reinforcement；results after construction

1006-4184（2015）12-0041-04

2015-10-15

姚銀春（1966-），男，高級工程師，碩士。E-mail：yyc-yngcb@163.com。