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精馏塔原理介绍
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精馏塔原理介绍

2019-10-03      阅读:

 1.精馏塔的分类及原理 

  精馏塔种是进行精馏的一种塔式汽液接触装置,又称为蒸馏塔。有板式塔与填料塔两种主要类型。根据操作方式又可分为连续精馏塔与间歇精馏塔。精馏的基本原理是将液体混合物部分气化,利用其中各组份挥发度不同的特性,实现分离目的的单元操作。蒸馏按照其操作方法可分为:简单蒸馏、闪蒸、精馏和特殊精馏等。本节以两组分的混合物系为研究对象,在分析简单蒸馏的基础上,通过比较和引申,讲解精馏的操作原理及其实现的方法,从而理解和掌握精馏与简单蒸馏的区别(包括:原理、操作、结果等方面)。

    精馏塔分为筛板塔和填料塔两大类。填料塔又分为散堆填料规整填料两种。筛板塔虽然结构较简单,适应性强,宜于放大,在空分设备中被广泛采用。但是,随着气液传热、传质技术的发展,对高效规整填料的研究,一些效率高、压降小、持液量小的规整填料的开发,在近十多年内,有逐步替代筛板塔的趋势。规整填料由厚约0.22mm的金属波纹板组成,一块块排列起来的金属波纹板,低温液体在每一片填料表面上都形成一层液膜,与上升的蒸气相接触,进行传热传质。规整填料的金属比表面积约是填料为筛板的30倍,液氧持留量仅为筛板的35%~40%。而且,因为精馏塔截面积比筛板塔小1/3,填料垂直排列,不存在水平方向浓度梯度的问题,只要液体分布均匀,精馏效率较高,压力降较小,气体穿过填料液膜的压差比穿过筛板液层的压差要小得多,约只有50Pa。上塔底部压力的下降,必然可导致下塔压力降低,进而主空压机的出口压力相应降低,使整套空分的能耗降低。同时,规整填料液体的滞留量小,因此,对负荷变化的应变能力较强。 

 2.塔设备在化工生产中的作用和地位 

  塔设备是化工、石油化工和炼油等生产中最重要的的设备之一。它可使气(或汽)液或液液两相之间进行紧密接触,达到相际传质及传热的目的。可在塔设备中完成的常见的单元操作有:精馏、吸收、解吸和萃取等。此外,工业气体的冷却与回收、气体的湿法净制和干燥,以及兼有气液两相传质和传热的增湿、减湿等。 
  在化工厂、石油化工厂、炼油厂等中,塔设备的性能对于整个装置的产品产量、质量、生产能力和消耗定额,以及三废处理和环境保护等各个方面,都有重大的影响。据有关资料报道,塔设备的投资费用占整个工艺设备投资费用的较大比例;它所耗用的钢材重量在各类工艺设备中也属较多。因此,塔设备的设计和研究,受到化工、炼油等行业的极大重视。 

  3.塔设备的一般构造 

  在板式塔中,塔内装有一定数量的塔盘,气体以鼓泡或喷射的形式穿过塔盘上的液层使两相密切接触,进行传质。两相的组分浓度沿塔高呈阶梯式变化。在填料塔中,塔内装填一定段数和一定高度的填料层,液体沿填料表面呈膜状向下流动,作为连续相的气体自下而上流动,与液体逆流传质。两相的组分浓度沿塔高呈连续变化。 
  人们又按板式塔的塔盘结构和填料塔所用的填料,细分为多种塔型。装有机械运动构件的塔,也就是有补充能量的塔,常被用来进行萃取操作,液有用于吸收、除尘等操作的,其中以脉动塔和转盘塔用得较多。塔设备的构件,除了种类繁多的各种内件外,其余构件则是大致相同的。 
精馏塔原理介绍
  3.1塔体 
  塔体是塔设备的外壳。常见的塔体是由等直径、等壁厚的圆筒和作为头盖和低盖的椭圆形封头所组成。随着化工装置的大型化,渐有采用不等直径、不等壁厚的塔体。塔体除满足工艺条件(如温度、压力、塔径和塔高等)下的强度、刚度外,还应考虑风力、地震、偏心载荷所引起的强度、刚度问题,以及吊装、运输、检验、开停工等的影响。对于板式塔来说,塔体的不垂直度和弯曲度,将直接影响塔盘的水平度(这指标对板式塔效率的影响是非常明显的),为此,在塔体的设计、制造、检验、运输和吊装等各个环节中,都应严格保证达到有关要求,不使其超差。 
  3.2塔体支座 
  塔体支座是塔体安放到基础上的连接部分。它必须保证塔体坐落在确定的位置上进行正常的操作。为此,它应当具有足够的强度和刚度,能承受各种操作情况下的全塔重量,以及风力、地震等引起的载荷。最常用的塔体支座是裙式支座(简称为“裙座”)。 
  3.3除沫器 
  除沫器用于捕集夹带在气流中的液滴。使用高效的除沫器,对于回收贵重物料、提高分离效率、改善塔后设备的操作状况,以及减少对环境的污染等,都是非常必要的。 
  3.4接管 
  塔设备的接管是用以连接工艺管路,把塔设备与相关设备连成系统。按接管的用途,分为进液管、出液管、进气管、出气管、回流管、侧线抽出管和仪表接管等。 
  3.5人孔和手孔 
  人孔和手孔一般都是为了安装、检修检查和装填填料的需要而设置的。在板式塔和填料塔中,各有不同的设置要求。 
  3.6吊耳 
  塔设备的运输和安装,特别是在设备大型化后,往往是工厂基建工地上一项举足轻重的任务。为起吊方便,可在塔设备上焊以吊耳。 
  3.7吊柱 
  在塔顶设置吊柱是为了在安装和检修时,方便塔内件的运送。 

  4.对塔设备的要求 

  作为主要用于传质过程的塔设备,首先必须使气(汽)液两相能充分接触,以获得较高的传质效率。此外,为了满足工业生产的需要,塔设备还得考虑下列各项要求。主要包括生产能力大。在较大的气(汽)液流速下,仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏正常操作的现象。 
  操作稳定、弹性大。当塔设备的气(汽)液复合量有较大的波动时,仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作。并且塔设备应保证能长期连续操作。流体流动的阻力小,即流体通过塔设备的压力降小。这将大大节省生产中的动力消耗,以降低经常操作费用。对于减压蒸馏操作,较大的压力降还将使系统无法维持必要的真空度。 
  结构简单、材料耗用量小、制造和安装容易。这可以减少基建过程中的投资费用。耐腐蚀和不易堵塞,方便操作、调节和检修。 
  事实上,对于现有的任何一种塔型,都不可能完全满足上述的所有要求,仅是在某些方面具有独到之处。人们对于高效率、生产能力大、稳定操作和低压力降的追求,推动着塔设备新结构型式的不断出现和发展。 

  5.塔设备的用材 

  塔设备与其他化工设备一样,置于室外、无框架的自支承式塔体,绝大多数是采用钢材制造的。这是因为钢材具有足够的强度和塑性,制造性能较好,设计制造的经验也较成熟。特别是在大型的塔设备中,钢材更具有无法比拟的优点,因而被广泛地采用。为此,有些场合为了满足腐蚀性介质或低温等特殊要求,采用有色金属材料(如钛、铝、铜、银等)或非金属耐腐蚀材料,也有为了减少有色金属的耗用量而采用渗铝、镀银等措施,或采用钢壳衬砌、衬涂非金属材料的。用这类材料制成的塔设备,塔径一般都不大,当尺寸稍大时,就得在塔外用钢架结构加强。此外,这些材料在制造、运输、安装等方面都各有特点,在设计时还应参阅其他有关资料,认真加以考虑。可供制作塔设备内件的材料,比之塔体用材,选择余地更大了。板式塔中的塔盘,以及浮阀、泡罩一类气液接触元件,由于结构较为复杂,加之安装工艺和使用方面的要求(如浮阀应能自由浮动),所以仍是以钢材为主,其他材料(如陶瓷、铸铁等)为辅。填料的用材,往往只考虑制造成型方面的性能,所以可用多种材料制成同一型式和外形尺寸的填料,以满足不同场合需要。如拉西环填料最初是用瓷做的,以后又出现用钢、石墨拉西环或硬聚氯乙烯塑料等制造;鲍尔环也有用钢、铝或聚丙烯塑料等制造;至于高效的丝网填料,则除了用各种金属丝网外,还可将尼龙、塑料等编织成网,进而制得。 
  总之,选材所考虑得因素较多。
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