梁椿松，溫小榮，杭 明，管 磊

(邁安德集團(tuán)有限公司，江蘇 揚州 225127)

浸出車間篩孔式汽提塔設(shè)計與應(yīng)用

梁椿松，溫小榮，杭 明，管 磊

(邁安德集團(tuán)有限公司，江蘇 揚州 225127)

為降低汽提塔蒸汽消耗和提高毛油品質(zhì)，對2 000 t/d大豆加工項目浸出車間新型篩孔式汽提塔進(jìn)行設(shè)計?；诘罓栴D分壓定律和史密斯關(guān)聯(lián)圖，計算出理論直接蒸汽量為580 kg/h，空塔氣速為0.94 m/s，塔盤直徑為1 200 mm。對篩孔式汽提塔塔盤和降液管進(jìn)行設(shè)計，并利用化工模擬軟件對其進(jìn)行校核。校核結(jié)果顯示，所設(shè)計的塔壓降、液泛因子、降液管清液層高度合適。將所設(shè)計的篩孔式汽提塔應(yīng)用于實際生產(chǎn)，與碟盤式汽提塔相比，毛油殘溶明顯降低，操作溫度由原來的115℃降為105℃，直接蒸汽量節(jié)約39%。

汽提塔；直接蒸汽；校核；殘溶

油料經(jīng)過預(yù)處理后，利用有機溶劑將油料進(jìn)行浸泡，浸出所得的液體部分稱作混合油[1]。將得到的混合油經(jīng)過第一蒸發(fā)器和第二蒸發(fā)器濃度提高至95%～98%，溫度為95～110℃，需要在汽提塔中利用水蒸氣蒸餾將剩余的溶劑進(jìn)一步去除[2]。

目前，國內(nèi)外使用的混合油汽提設(shè)備主要有碟式汽提塔、層式汽提塔、管式汽提塔和填料式汽提塔等[3]。其中碟式汽提塔最為常用，但在長期的運行實踐中發(fā)現(xiàn)，碟式汽提塔設(shè)備加工制造要求高，運行時檢修強度大，否則容易造成汽提效果不佳，直接蒸汽耗量大，毛油殘溶容易超標(biāo)[4]。篩孔式汽提塔作為一種新型的汽提塔具有獨特的優(yōu)勢，實踐證明其具有傳質(zhì)效率高，直接蒸汽耗量小以及毛油殘溶低的特點，已被越來越多的公司開發(fā)使用。

PRO/II軟件是SIMSCI公司開發(fā)的大型流程模擬軟件，在化學(xué)、石油、天然氣，合成燃料工業(yè)等方面可提供復(fù)雜、正確及可靠的模擬功能。 PRO/II不僅可以為化工流程設(shè)計提供數(shù)據(jù)，還可以對現(xiàn)有流程進(jìn)行優(yōu)化，提高企業(yè)效益。

我們針對某一2 000 t/d大豆加工項目碟盤式汽提塔毛油殘溶高、直接蒸汽耗量大以及生產(chǎn)不穩(wěn)定問題，對新型篩孔式汽提塔進(jìn)行研發(fā)和設(shè)計，并用PRO/II對其進(jìn)行校核。將設(shè)計的篩孔式汽提塔替換原有碟盤式汽提塔進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，對實際運行情況進(jìn)行比較分析。

1 篩孔式汽提塔基本結(jié)構(gòu)與原理

圖1為篩孔式汽提塔的結(jié)構(gòu)簡圖。

圖1 篩孔式汽提塔結(jié)構(gòu)簡圖

如圖1所示，篩孔式汽提塔主要由殼體、氣液分離器、塔板、降液管、混合油進(jìn)口、直接蒸汽進(jìn)口、氣相出口、毛油出口等組成。

篩孔式汽提塔工作時混合油從混合油進(jìn)口進(jìn)入第一塊塔板(開始塔盤)，當(dāng)?shù)谝粔K塔板液位高于溢流堰時，通過降液管進(jìn)入第二塊塔板，然后從第二塊塔板依次進(jìn)入下方塔板。直接蒸汽從汽提塔底部通入，通過最后塔盤上的篩孔進(jìn)入最后塔盤上方液層內(nèi)，然后穿過液層進(jìn)入上方塔盤上的液層。在直接蒸汽的擾動下，塔盤上液層不斷被攪拌和翻騰，氣液兩相實現(xiàn)逆流傳熱和傳質(zhì)，從而混合油中的溶劑不斷被水蒸氣帶走，實現(xiàn)脫溶的目的。

2 主要參數(shù)計算

2.1 直接蒸汽量計算

根據(jù)道爾頓分壓定律，汽提塔氣相中正己烷與水蒸氣的摩爾比等于分壓之比，即：

(1)

式中:ds為瞬時水蒸氣摩爾量，kmol;dv為瞬時正己烷摩爾量，kmol;PS為水蒸氣的實際分壓，kPa；PV′為正己烷的實際分壓，kPa。

正己烷的實際分壓等于平衡分壓乘以汽提效率，而平衡分壓等于汽提溫度下正己烷的飽和蒸汽壓與正己烷在油脂的摩爾分?jǐn)?shù)的乘積，即：

(2)

式中：E為汽提效率；PV″為平衡分壓；PV為正己烷在汽提溫度下的飽和蒸汽壓，kPa；V為正己烷的摩爾量，kmol；O為油脂的摩爾量，kmol。

將式(2)代入式(1)得：

(3)

將公式(3)積分得:

(4)

式中:S為水蒸氣摩爾量，kmol；P為塔頂總壓力，kPa；V1為汽提前混合油中正己烷摩爾量, kmol;V2為汽提后混合油中正己烷摩爾量,kmol。

查詢手冊知，油脂相對分子質(zhì)量為855，110℃正己烷的飽和蒸汽壓為317 kPa，設(shè)定汽提塔塔頂總壓力為35 kPa，汽提效率為0.6，汽提后毛油殘溶30 mg/kg，代入公式(4)得需要的直接蒸汽量為580 kg/h。

2.2 塔盤直徑計算

(5)

由式(5)解得最大塔速umax=4.7 m/s，考慮到汽提塔為減壓操作及毛油中磷脂容易起泡，應(yīng)取較低的泛點率，設(shè)計時取泛點率為0.2，空塔氣速u=0.2×umax=0.94(m/s)。塔盤直徑D計算公式為：

圓整后取汽提塔塔盤直徑為1.2 m。

3 汽提塔設(shè)計與校核

汽提塔設(shè)計參數(shù)如表1所示。

表1 汽提塔設(shè)計參數(shù)

由表1可以看出，汽提塔塔板數(shù)為8，基于液體流體選擇溢流類型為單溢流，設(shè)計塔板間距為900 mm，出口堰高200 mm，弓形降液管寬度300 mm，塔盤類型為篩孔式，篩孔直徑20 mm，開孔率1.5%。

為驗證該塔設(shè)計是否合適，利用PRO/II化工模擬軟件對該塔進(jìn)行校核，獲得的相關(guān)水力學(xué)特性。結(jié)果如表2所示。

表2 汽提塔校核結(jié)果

由表2可以看出，汽提塔最大液泛因子為0.179，說明塔的安全因數(shù)高，液泛不易發(fā)生。最大塔板壓降在第一塔板，也即進(jìn)料塔板上，壓降為3.11 kPa，塔總壓降為20.52 kPa。降液管清液層高度平均為塔板間距的55%，即Hd/HT=0.55，出口堰交(hw)為200 mm，則翻塔系數(shù)φ=Hd/(HT+hw)=0.45,翻塔不易發(fā)生，表明該汽提塔操作安全性高。

4 汽提塔實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)與設(shè)計值比較

將經(jīng)過設(shè)計、校核和制造后的篩孔式汽提塔用于替換2 000 t/d的大豆加工浸出車間原有碟盤式汽提塔，用于解決原有碟盤式汽提塔毛油殘溶高、生產(chǎn)不穩(wěn)定問題。根據(jù)對該塔15 d生產(chǎn)情況進(jìn)行觀察和記錄，結(jié)果見表3。

表3 汽提塔實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)與設(shè)計值比較

由表3可以看出，該塔運行穩(wěn)定，實際毛油殘溶和塔壓降接近設(shè)計值。篩孔式汽提塔毛油殘溶為12～20 mg/kg，遠(yuǎn)低于原有碟盤式汽提塔的生產(chǎn)值(40～60 mg/kg)，且直接蒸汽用量由原來的900 kg/h降為550 kg/h，直接蒸汽量節(jié)約39%，操作溫度也由原來的115℃降低為105℃，毛油品質(zhì)更優(yōu)。

5 結(jié) 論

對2 000 t/d大豆項目浸出車間篩孔式汽提塔進(jìn)行設(shè)計，用于替換原有碟盤式汽提塔。根據(jù)道爾頓分壓定律，計算出汽提效率為0.6時，理論直接蒸汽量為580 kg/h。利用史密斯關(guān)聯(lián)圖，計算出空塔氣速為0.94 m/s，塔盤直徑為1 200 mm。根據(jù)設(shè)計手冊和工程經(jīng)驗，對塔內(nèi)件進(jìn)行設(shè)計，并利用化工模擬軟件PRO/II對塔進(jìn)行校核。校核結(jié)果顯示，所設(shè)計的塔壓降、液泛因子、降液管清液層高度合適。將所設(shè)計的篩孔式汽提塔應(yīng)用于實際生產(chǎn)，實際應(yīng)用效果接近設(shè)計值，并明顯優(yōu)于碟盤式汽提塔，大大降低了蒸汽消耗，顯著提高了毛油的品質(zhì)。

[1] 劉玉蘭. 油脂制取與加工工藝學(xué)[M]. 2版. 北京: 科學(xué)出版社, 2009:205-206.

[2] WOLF H. Edible oil processing[M]. 2nd ed. UK:A John Wiley amp; Sons, Ltd., Publication, 2013:117-123.

[3] 王群學(xué)，肖學(xué)軍，賈世濤, 等.一種新型混合油汽提塔的研發(fā)與實踐[J].中國油脂, 2012, 37(1): 82-84.

[4] 解桂東，李俊，李相昕，等.混合油碟式汽提塔的改進(jìn)設(shè)計與實踐[J].中國油脂, 2016, 41(1):105-108.

[5] 夏清, 陳常貴. 化工原理[M]. 修訂版.天津: 天津大學(xué)出版社, 2005:159-161.

Designandapplicationofsievestrippingtowerinoilextractionplant

LIANG Chunsong, WEN Xiaorong, HANG Ming, GUAN Lei

(Myande Group Co., Ltd., Yangzhou 225127, Jiangsu, China)

To reduce the live steam consumption of the stripping tower and improve the quality of crude oil, novel type of sieve stripping tower for 2 000 t/d oil extraction plant was designed. On the basis of Dalton’s law of partial pressures and Smith chart, the theoretical live steam consumption was 580 kg/h, empty tower velocity was 0.94 m/s and tower diameter was 1 200 mm. The tower tray and downcomer of sieve stripping tower were designed, and the tower was rated by chemical simulation software. Rating results showed that the pressure drop, flooding factor and downcomer backup were suitable. Using the designed sieve stripping tower in practical production, lower residual solvent of crude oil, lower operation temperature (dropped from 115℃ to 105℃ ) and lower live steam consumption (saving 39%) were realized compared with the disk stripping tower.

stripping tower; live steam; rating; residual solvent

TQ643;TS223

B

1003-7969(2017)11-0154-03

2017-06-21；

2017-08-18

梁椿松(1984)，男，工程師，碩士，主要從事油脂制取和油脂化工工藝設(shè)計工作(E-mail)lcs@myande.cn。