陳年老裝置 這樣合理改造才能節省費用！
本文
導語
為提高塔的處理能力著手進行改造時，需要解決一些問題，如老設備有多少潛力，限制老設備處理能力的關鍵因素是什麼，採取什麼辦法進行改造既經濟又能滿足增產的要求，這裡的關鍵問題實質上是塔的最大處理能力的預測。
但是，此時與設計階段有所區別，在挖潛改造時要求預測更加精確，10%～20%的誤差在設計階段一般是可以允許的，但在挖潛改造時這樣的誤差就太大了。
此時，有利的地方是已有老的裝置，有豐富的操作經驗和有關資料。應該充分利用這些有利條件使預測更正確、切合實際。消除瓶頸階段的最大能力預測是以可靠的測定為基礎，而不是一般的關聯式。應該說這是處理老裝置改造的一個基本觀點，對於提高產品質量和節能也一樣。
為得到老裝置的最大處理能力，即最大的原料加工能力或最大的產品量，應進行兩項試驗。
首先，改變進料位置，確定最佳進料位置；再逐步減小迴流比R，同時檢驗產品的質量， 定出生產含格產品必須採用的最小操作迴流比值。如此值比平常生產操作的R小，說明塔有一定餘力。最後，在此最小操作迴流比下作塔的液泛試驗，確定塔的最大通量。
通過上述試驗可以推算出老裝置的最大原料加工能力或最大產品量，如果這個處理量已能滿足增產要求，即問題完滿結束。如果尚有一定差距，則應對塔進行改造。
此時，需確定限制塔處理能力的因素，再決定改造方案。對塔進行模擬計算在設備改造中能起重要作用，但是模擬計算中所用的各類關聯式和基本數據，必須用精餾塔的有關實測數據進行校核，保證模擬計算的結果能代表塔的真實運行情況。精餾塔模擬計算中最基本的關聯式和數據有如下幾個方面。
1. 相平衡關聯
關聯最好從實測的相平衡數據導出，而且實測數據要有高的質量。即要通過熱力學一致性檢驗，應用建立的關聯預計出的相平衡數據與實測值的誤差要小，而且實測數據的濃度範圍應覆蓋塔中全部濃度範圍，避免外推。
例如，產品的濃度為99.5%，而實測數據僅有95%或更小，這樣的實測數據範圍嫌窄，95%到99.5%看來外推不多，但真是這一範圍的提純需用很多塔板數，稍有誤差會明顯影響計算值。
2. 傳質效率數據
板式塔往往用塔效率，也可以對精餾段和提餾段取不同數值，填料塔則用HETP。有了正確的相平衡關聯，從實測的產品組成、進料組成和熱狀態、進料量和嚴品量、迴流比和操作壓力，以及側線位置、抽出量和組成（如果有的話），就可以通過模擬計算得到全塔（及各分段）實際具有的理論板數，從而得到塔效率（或各分段效率)或HETP。
在這一測試中迴流比宜取得大一些，以避免關鍵組分的分離發生夾點問題，得出錯誤結取，對於填料塔測試需特別注意液體分布器的分布質量。核查結構圖紙可以獲得分布器設計的分布質量，一般說來能正常操作並達到設計指標的塔，其液體分布器分布質量是能達到設計要求的，如果生產操作中懷疑液體分布器的分布質量冋題，則可以通過現場測試來鑒定。
為嚴格校驗平衡數據和效率與生產操作是否相符，在現場測試中應設法測得沿塔高的溫度分布，當然能測得沿塔高的濃度分布就更好了，應用這些數據核對模擬計算結果，反覆分析調整關聯就能得到更切合實際的相平衡關聯和效率數據。
3. 汽液兩相的焓關聯
能有實測數據核對最好，但這方面數據並不多，往往只能選擇文獻中比較一致推薦的一些關聯。焓的正確性主要影響塔中汽液兩相流率和冷凝器、再沸器的熱負荷，要是熱負荷的誤差較小，用其進行模擬計算的結果是可以接受的。
4. 塔盤或填料塔的一些流體力學性能關聯
最主要的是液泛汽速和扭降的關聯，首先需要判別液泛的起因，再選擇和核對所用的關聯式。基斯特給出了一個實例，由於填料塔供應商的液泛關聯過分樂觀，而誤導改造後可能實現的擴產率。了解文獻中各關聯所根據的實驗數據的多少，變數變化範圍、實驗物系等，對正確選擇可靠的關聯十分重要。
正確選擇合適的各種關聯，利用工廠裝備和必須的試驗測定數據校核關聯，使模擬計算結果能夠正確反映塔中的實際狀況，隨後才可能使模擬計算在確定限制設備處理量的主要因素和制定改造方案中作為有用的工具。
增加塔處理能力的辦法
改變塔設備內件。
因地制宜地改造流程。
提高塔的操作壓力，此外靠增加塔板來減小迴流比，也能起到增產作用。
1. 改造塔設備內件
（1）應用新型高效填料代替較老型式的填料或塔板
第三代填料和規整填枓比第二代填料具有更低的降壓、更高的效率(HETP小)和通量(FP小），用以替代老的填料後，塔的液泛汽速（即通量)直接得到了提高；另外，同樣高度的填料層具有的理論板數得到了增加，於是操作迴流比可以減小，間接地增大了原料處理量和產量。有一點需要強調，即液體的分布器和再分布器也需作改造，以適應新型高效填料的要求。
填料塔和板式塔在最優狀態下操作，在減壓、常壓和低壓下操作，規整填料在效率和通量上均佔優勢；在高壓情況下(>2MPa)，規整填料的上述優點已趨消失，高效散裝填料則具有一定優勢。在塔的改造中，利用填料代替塔板，增產效果會更顯著些，因為每塊理論板的壓降幾乎可以降低90%。
一般每塊塔板的壓降在0.4～1.05kPa之間，減壓精餾時低一點，而金屬矩鞍環等散裝填料的壓降可低達55Pa/理論板，規整填料則可達13Pa/理論板。這一突出的優點使它在高真空精餾塔的改造中具有明顯的優勢，因為這時塔徑的計算是由規定壓降決定的，壓降小的填料可以採用高一些的汽速。
據斯特賴格爾估計，在相同的壓降小，金屬矩鞍環填料能比板式塔的處理能力大70%左右，面應用規整填料則能取得更大的生產能力。應用高效填料改造苯乙烯精餾塔是取得巨大經濟效益的典型例子，天津大學應用板波紋規整填料成功地改造了十餘座這種塔。
這種改造不單單能擴大產量，而且還因塔底溫度和整個提餾段平均溫度的降低，以及塔中持液量的減小（停留時間因此縮短），而基本上消除了苯乙烯聚合的損失，提高了苯乙烯得率。
對於常壓和高壓精餾，填料塔的阻力小、持液量小的優點已不重要，但用填料代替板式塔仍能取得相當明顯的增產效果。布賴爾利雖然認為在高壓(>2MPa)下用板式塔比較可靠，因為已有長期成功應用的經驗，但還是承認在高壓下用散裝填料可以取得明顯的效果。
而規整填料比起板式塔來，在低壓區的絕大部分場合均具有吏大的處理能力和效率。斯特賴格爾認為，在高壓塔中用金屬矩鞍環代替塔板約能取得25%的增產效果。
其主要原因是高壓下板式塔必須花費相當大的區域用於溢流區，而填料塔的全部區域均能用於兩相接觸傳質。在30萬噸乙烯裝置的高壓脫甲烷塔中，將限制產量部分的浮閥改用金屬矩鞍環取得20%左右的增產效果。
在高壓區規整填料的應用還不廣泛，應用時需小心。文獻中已有用干脫甲烷塔(壓力3MPa),脫丙烷塔（1.8MPa)、脫乙烷塔（2MPa）和C3/C4塔(3.2MPa)等改造成功的例子，增產效果達20%?25%，不過分離效率沒有低壓時好，還有待進一步研究。
有文獻報道，美國精餾研究公司在3.2MPa壓力下，對因泰洛克斯2T規整填料進行工業規模試驗，試驗物係為異丁烷-正丁烷，對於分離效率和通量未能得到一致滿意的結果。
當採用填料代替塔板時，塔內原有的塔板支承圈必須拆除，殘留的寬度應小於12mm，否則將造成液體的大尺度不良分布，降低分離效率，還會降低塔的通量。此外，原料，蒸汽介面和測壓測溫等儀器介面也必須仔細定位檢查，有時需移位。
有一點需指出的，現在討論的是塔的增產改造，通過塔內件改造即能滿足增產要求，總比造一座新裝置經濟，即使改用的內件價格高一些也合算。這與籌建新廠的設計不同，決不是在任何情況下，填料塔總是比板式塔好。
（2）對原有塔板結構尺寸改造或選用效率高和處理量大的新型塔板
一般原設計因各項關聯的誤差等，都採用安全因素使設計更加可靠，這也為進一步增產挖潛提供了可能。不過往往因某一項因素的限制，不經適當改造難以有大的增產。
在對塔板流體力學的關聯用實測數據進行校核後，能使重新設計計算切合實際，能發現限制因素，而且可能達到最佳結構。卡普斯建議用塔板負荷性能圖來判別（圖7-1）。
圖7-1 判別塔板結構尺寸是否最佳化了的符合性能圖
圖7-lb所示為降液管滿溢液泛過早發生，可通過調整塔板開孔率、溢流堰高、降液管底隙或板間距達到最佳；圖7-1c所示為降液管截面太小，其阻塞液泛限制了塔的處理能力；圖7-ld所示為過量霧沐夾帶或夾帶液泛限制了塔的處理能力，可通過調整板間距、堰高和孔徑等實現最優。塔板通過合理改造後，有可能得到較大程度增產而滿足要求。
結合具體分離的物系、操作條件和汽液相負荷情況，選擇特別適合的新型塔板也是實觀塔增產改造的途徑，導向浮閥看來可以廣泛地代替篩板和浮閥塔板，取得增產效果。
2. 改造流程
當閑置的塔其分離能力和處理能力均不符合要求時，但與現在生產塔組合後，其處理能力將較明顯的提高。圖7-2所示為三種可能的組合方案，可以通過流程模擬決定出最合適的組合。
圖7-2 閑置塔與生產塔的組合方式
1-生產塔；2-閑置塔
當某產品的分離由先後擴建成的兩座塔串聯組成時，用作精餾段的塔明顯地比提餾段的處理能力大，同時提餾段液泛嚴重地限制了整座塔的處理能力。
為提高整座塔的處埋能力，可在精餾段塔的下部增設中間再沸器，使提餾段的汽液相負荷轉移一部分給精餾段，達到兩段負荷均衡，實現增產的目的。從能量利用的角度看，中間再沸器輸入的熱量儀能在精餾段發揮分離作用，利用率較差。如果工廠有剩餘的低溫熱源可用，即可實現能量的合理綜合利用。
在塔高允許增加的條件下，適量增加一些塔板數(可使R降低)，調整進料口位置到最佳處，以及調整進料熱狀態（如提餾段是限制處理量的關鍵，改為汽液相混合進料或汽相進料)等，均能起到適量提產目的。
3. 提高塔的操作壓力
採用加壓操作的原因是希望升高塔頂冷凝器的溫度，以便可以採用空冷、水冷或溫度高一些的致冷劑；而採用減壓操作的原因是為了降低塔釜溫度，以避免物料過熱變質或發生結焦、聚合等，或為了可以用水蒸氣或溫度稍低一點的加熱劑。
由此可見，只要塔釜溫度不是受物料變質、聚合或結焦的發生而規定的，塔壓是否可以升高則是一個經濟核算的問題，如能靠升高壓力而實現增產目的，從而節省新建裝置的投資，往往在經濟上是有吸引力的。
增加壓力之所以能增產，這是因為壓力升高，蒸汽密度成正比例增大。塔壓升離雖則塔的液泛汽速將減小一些，但是塔的允許汽體質量流率將得到較大提高。
如果迴流比不變，也就是塔的產量或處理原料量將得到同樣的提高。但隨壓力的成倍增加，相對揮發度也略有降低，於是最小迴流比有所增加，操作迴流比也隨之增大，這將部分抵消pG和增大的增產效果。
一般說來，減壓精餾和接近常壓的精餾，容易實現加壓增產的改造，因為只要增加較小的絕對壓力即能實現pG的成倍增大，不會有設備強度問題。高壓精餾要使pG成倍增大將會遇到設備強度問題，而且高壓填料塔的正常操作更困難，板式塔也可能引起降液管過小的問題。
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