双塔盘锌精馏炉改大塔盘的设计与生产周期的综合分析葫芦岛锌厂王立元摘要本文对双塔盘锌精馏炉 改大塔盘的设计作了详细阐述，并对生产周期作了综合分析。证明大塔盘锌精馏炉的生产优质、高 产、低耗，旨在精馏炼锌中推广应用。关键词锌，精馏，大塔盘精馏炉ｌ前言我厂双塔盘锌精馏炉 从１９７１年投产至今已有２２年的生产历史。双塔盘锦精馏炉的投产成功，为世界锌精馏生产工 艺改革闯出了一条新路。不用扩建厂房，将单塔盘锦精馏沪炉体结构改造就可以装两套塔盘，使精 馏锌产量几乎提高１倍，为我厂生产的发展做出了一定的贡献。多年来，我厂为充实、完善双塔盘 锌精馏炉炉体结构，使其更加适应生产的需要做了很大的努力，但还有一定的缺点。（１）中间燃 烧室供热差，影响中间部分塔盘面积的传热，要想提高产量，必须提高燃烧室温度，燃烧室温度最 高可达１２ＣＯ～１３００Ｃ，致使燃烧室中间隔墙因温度高而变形，中修时需要经常更换。（２ ）中间燃烧室温度不好控制、调整，供热差。（３）操作条件差。（４）平均产量达不到设计指标 。（５）炉体寿命短。大塔盘锌精馏炉则能克服这些缺点。以优质、高产、低耗、操作条件好、塔 体寿命长等优点在国内外锌精馏生产中占首位。因此，借我厂大修之机，改旧系统１０”双塔盘锌 精馏沪为大塔盘锌精馏炉。２一改造设计计算２．１设计原则（ｌ）厂房各阶标高不变，操作平台 根据新设计的塔体标高以方便生产为准稍作调整。（２）炉体部分换热室总的结构及烟气系统结构 不变。（３）改造后的大塔盘锦精馏炉生产能力达日产精锌２７．ｓｔ。由原则（１）、（２）， 决定了改造后炉体宽、高不变，但燃烧室的容积有所增加。根据我厂大塔盘锌精馏炉的生产实践， 增大燃烧室容积，燃烧室的蓄热量就增大。当停电掉问时，燃烧室内的温度波动小，可较均匀、稳 定、连续的供热，对塔盘产生的热应力就小，因此可延长塔盘的寿命。２．２大增盘精钢炉塔金组 立计算塔盘规格：（ｍｍ）蒸发盘１３７２Ｘ７６２Ｘ１８４．５回流盘１３７０Ｘ７６２Ｘ２０ ０。（１）加热区蒸发盘块数计算加热区蒸发盘块数按下式计算１１ｔ．、＼１１＄发工一一一＼ １’１１＄发式中：ｎ＃ｘ一加热区蒸发盘块数，块；Ｈ＄一加热区总有效高度，ｍｍ（取４８３ ０）；ｈ＃ｘ一每块蒸发盘高，ｍｍ。计算：（２）分流培回流盘块数计算分流培回流盘块数按下 式计算式中：ｎ。。一分流塔回流盘块数，块；Ｅ一回流盘总高度与蒸发盘总高度的比值，取０． ８～０．９（根据我厂大塔盘生产实践选取）；ｈ。流一每块回流盘高，ｍｍ蒸发盘与回流盘块数 确定后，精馏炉塔盘组立基本构成。再加上各辅助塔盘，塔盘组立见表１。表１双塔盘精馏炉改大 塔盘的塔盘组立（３）塔盘总高计算塔盘总高按下式计算Ｈ＄盘一ｈＸ（ｎ＄发十ｎＭ助十ｎ回流 ）（３）式中：ＨＳ。一改造设计的大塔盘精馏炉塔盘总高，ｍ“’ｈ一各塔盘单位塔盘高，ｍｍ （见表１）；ｎｗ。一各辅助塔盘块数，块计算：Ｈ＄盘一１８４．５Ｘ２６＋２０６＋１９４＋ ２００＋２３４十２３４＋１６０＋２００Ｘ２２＝１０４２５ｍｍ塔盘总高确定后，再设计分流 塔及下延部分（具体计算从略）。２．３生产能力计算以大塔盘锌精馏炉生产实践数据为基础，计 算出双塔盘锌精馏炉改大塔盘锌精馏炉的生产能力，并将两者进行比较，比较结果见表２。表２大 塔盘锌精馏炉与双塔盘精馏炉改大塔金后的牛产能力比较由表２可见，以大塔盘锌精馏炉生产实践 数据为基础，计算出的双塔盘锌精馏炉改大塔盘锌精馏炉的实际生产能力可达２７．７６ｔ／ｄ的 原则，符合设计日产精锌２７．ｓｔ／ｄ的原则。２．４ｆｆ锌质量的考核依据。根据我厂大塔盘 锌精馏炉的生产实践，证明分流培回流盘总高度与加热区蒸发盘总高度之比值Ｅ在０．８～０．９ 之间，精锌特级品率为８６．４１％，一级品率为１２．１％。双塔盘锌精馏炉改大塔盘锌精馏炉 ，其Ｅ值为：所以所产精锌的质量是没有问题的。３生产周期的综合分析现将双塔盘精馏炉改大塔 盘精馏炉与双塔盘精馏炉生产周期主要技术经济指标比较列入表３。从表３可见，在燃烧室温度相 同的情况下，双塔盘精馏炉单位生产率为１．０１５ｔ／ｔｍ’·ｄ）；双塔盘精馏炉改大塔盘精 馏炉单位生产率为１．４７０ｔ／（ｍ’·ｄ）。这是因为双塔盘精馏炉中间燃烧室供热差，温度 不稳定，影响中间部分塔盘面积的传热。使生产能力达不到设计指标。而大塔盘精馏炉由于燃烧室 容积增大，改善了供热状况，使温度均衡、稳定，塔盘传热好，因此可按高产指标组织生产，而不 至于影响炉体寿命。具体做法是提高燃烧室温度即塔盘外壁温度，用以增加塔盘内的传热量来保证 锌的蒸发量。使锌大量蒸发是提高单位生产率行之有效的办法。表３双塔盘精馏炉改大塔盘与与双 塔盘精馏炉生产周期主要技术经济指标比较通过下式计算出精馏炉塔盘外壁温度：。与单位生产率 ａ的函数关系。式中：。一精馏炉单位生产率，ｋｍ／（ｍ’·ｄ）；ｇ。一生产Ｉｋｇ精锌每座 炉内所需有效热量，ｋＪ／ｋｇ，（取２７０９）；ｑ。一通过精馏炉塔壁单位面积传入热量，ｋ Ｊ／（ｍ‘’ｈ）；ｔ。一精馏炉塔盘的外壁温度，ｏＣ；ｔｈ一精馏炉塔盘的内壁温度，℃，（ 取２９２０）；ｓ；一精馏炉塔盘的壁厚，ｍ（取０．０３８）；Ａ；一精馏炉塔盘的热阻，ｋＪ ／（ｈ·Ｃ），取３３．４９６；ｓ。一精馏炉内壁涂料层厚度，ｍ（取０．００２）；Ａ。一精 馏炉内壁涂料热阻，ｋＪ／（ｈ·ｏＣ）（取４．１８７）。计算：将各位代入公式（５）将（６ ）式代人（４）式整理得将该函数式作图如下：精馏炉塔盘外壁温度ｔ外与单位生产率ａ的函数关 系从上图可以看出，两者关系为直线函数关系。塔盘外壁温度每提高ＳＣ，单位生产率ａ增加２７ ～２８ｋｇ／（ｍ’·ｄ）。当塔盘外壁温度ｔ。；一１１２０Ｃ时，单位面积生产率为ａ一１１ ０４ｋｇ／（ｍ’·ｄ）；当塔盘外壁温度ｔ＃一１１８７ｏＣ（此时燃烧室温度为１２１０～１ ２５０Ｃ）时，单位生产率为ａ—１４７２ｋｇ／（ｍ’·ｄ）。该理论计算值与生产实践值相符 ，说明双塔盘锌精馏炉改大塔盘锌精馏炉是成功的。４经济效益计算（１）双塔盘精馏炉改大塔盘 精馏炉中修周期延长取得的效益。从表３可以看出，双塔盘精馏炉中修周期３５５天，即１１．８ 个月；改成大塔盘精馏炉后，中修周期５０５天，即１６．８个月。１９９２年～１９９５年４年 中双塔盘精馏炉中修３次，大塔盘精馏炉只中修２次。即大塔盘精馏炉多运行一个检修周期，少一 次检修费用。所得经济效益按下式计算（效益皆按生产一个周期计算）式中：Ａ；一大塔盘精馏炉 多运行一个检修周期的经济效益，万元；ｎ一精馏炉一次中修工期，ｄ（见表３）；Ｇ一大塔盘精 馏炉日产锌量，ｔ／ｄ（见表３）；Ｄ一加工每吨精锌的纯利润，元，（取３５０）；Ｂ一中修一 次大塔盘精馏炉的费用，万元（见表３）计算：（２）降低精锌单耗粗锌取得的效益按下式计算Ａ Ｚ＝Ｎ（８—ｂ）ＧＥＸ１０－‘（７）式中：Ａ。一改造后大塔盘精馏炉降低精锌单耗粗锌的效 益，万元；Ｎ一改造后大塔盘精馏炉的一个生产周期，ｄ（见表３）；ａ一双塔盘精馏炉精锌单耗 粗锌量，ｔ／ｔ（见表３）；Ｅ一粗锌的市场价格，元（取６８００），计算：（３）降低精锌单 耗标煤取得的效益按下式计算式中：Ａ。一改造后大塔盘精馏炉降低精锌单耗标煤的效益，万元； Ｃ一双塔盘精馏炉精锌单耗标煤量，ｔ／ｔ（见表３）；ｄ一改造后大塔盘精馏炉精锌单耗标煤量 ，ｔ／ｔ（见表３）；Ｑ一标煤的低发热值，ｋＪ／ｋｇ（取７０００Ｘ４．１８７）；Ｑ；一烟 煤的低发热值，ｋＪ／ｋｇ（取６０００Ｘ４．１８７）；Ｆ一烟煤的价格，元八（取２８０）； 计算：效益总计；乙一Ａｌ＋Ａ。＋Ａ。一２５．９８＋９９．５９＋５５．４９—１８１．０６ 万元５结束语我厂旧系统１０”双塔盘锦精馏炉改大塔盘锌精馏炉投产成功，超出了预计的效果， 为精馏炼锌优质、高产、低耗创出了一条新路。决定旧系统双塔盘锌精馏炉在大修时全部改为大塔 盘锌精馏炉。参考文献｜｜重有色冶金设计参考资料．冶金工业出版社，１９７９年，第一版．５ １０页．５１１页，５３８页．双塔盘锌精馏炉改大塔盘的设计与生产周期的综合分析@王立元锌 ，精馏，大塔盘精馏炉本文对双塔盘锌精馏炉改大塔盘的设计作了详细阐述，并对生产周期作了综 合分析。证明大塔盘锌精馏炉的生产优质、高产、低耗，旨在精馏炼锌中推广应用。重有色冶金设 计参考资料．冶金工业出版社，１９７９年，第一版．５１０页．５１１页，５３８页．）；ｑ。 一通过精馏炉塔壁单位面积传入热量，ｋＪ／（ｍ‘’ｈ）；ｔ。一精馏炉塔盘的外壁温度，ｏＣ ；ｔｈ一精馏炉塔盘的内壁温度，℃，（取２９２０）；ｓ；一精馏炉塔盘的壁厚，ｍ（取０．０ ３８）；Ａ；一精馏炉塔盘的热阻，ｋＪ／（ｈ·Ｃ），取３３．４９６；ｓ。一精馏炉内壁涂料 层厚度，ｍ（取０．００２）；Ａ。一精馏炉内壁涂料热阻，ｋＪ／（ｈ·ｏＣ）（取４．１８７ ）。计算：将各位代入公式（５）将（６）式代人（４）式整理得将该函数式作图如下：精馏炉塔 盘外壁温度ｔ外与单位生产率ａ的函数关系从上图可以看出，两者关系为直线函数关系。塔盘外壁 温度每提高ＳＣ，单位生产率ａ增加２７～２８ｋｇ／（ｍ’·ｄ）。当塔盘外壁温度ｔ。；一１ １２０Ｃ时，单位面积生产率为ａ一１１０４ｋｇ／（ｍ’·ｄ）；当塔盘外壁温度ｔ＃一１１８ ７ｏＣ（此时燃烧室温度为１２１０～１２５０Ｃ）时，单位生产率为ａ—１４７２ｋｇ／（ｍ’ ·ｄ）。该理论计算值与生产实践值相符，说明双塔盘锌精馏炉改大塔盘锌精馏炉是成功的。４经 济效益计算（１）双塔盘精馏炉改大塔盘精馏炉中修周期延长取得的效益。从表３可以看出，双塔盘精馏炉中修周期３５５天，即１１．８个月；改成大塔盘精馏炉后，中修周期５０５天，即１６．８个月。１９９２年～１９９５年４年中双塔盘精馏炉中修３次，大塔盘精馏炉只中修２次。即大塔盘精馏炉多运行一个检修周期，少一次检修费用。所得经济效益按下式计算（效益皆按生产一
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