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- 精餾塔
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- 精餾塔 產(chǎn)品型號：精餾塔
- 產(chǎn)品介紹
- 精餾塔是進(jìn)行精餾的一種塔式汽液接觸裝置。利用混合物中各組分具有不同的揮發(fā)度，即在同一溫度下各組分的蒸氣壓不同這一性質(zhì)，使液相中的輕組分(低沸物)轉(zhuǎn)移到氣相中，而氣相中的重組分(高沸物)轉(zhuǎn)移到液相中，從而實(shí)現(xiàn)分離的目的。精餾塔也是石油化工生產(chǎn)中應(yīng)用極為廣泛的一種傳質(zhì)傳熱裝置。
一般的精餾裝置由精餾塔塔身、冷凝器、回流罐，以及再沸器等設(shè)備組成。進(jìn)料從精餾塔中某段塔板上進(jìn)人塔內(nèi)，這塊塔板稱為進(jìn)料板。進(jìn)料板將精餾塔分為上下兩段，進(jìn)料板以上部分稱為精餾段，進(jìn)料板以下部分稱為提餾段。
塔板的分類
板式塔是一種應(yīng)用極為廣泛的氣液傳質(zhì)設(shè)備，它由一個通常呈圓柱形的殼體及其中按一定間距水平設(shè)置的若干塔板所組成。板式塔正常工作時，液體在重力作用下自上而下通過各層塔板后由塔底排出；氣體在壓差推動下，經(jīng)均布在塔板上的開孔由下而上穿過各層塔板后由塔頂排出，在每塊塔板上皆儲有一定的液體，氣體穿過板上液層時，兩相接觸進(jìn)行傳質(zhì)。
板式塔種類繁多，通?？煞诸惾缦拢?br /> ①按塔板結(jié)構(gòu)分，有泡罩板、篩板、浮閥板、網(wǎng)孔板、舌形板等等。歷史上應(yīng)用最早的有泡罩塔及篩板塔，20世紀(jì)50年代前后，開發(fā)了浮閥塔板。現(xiàn)應(yīng)用最廣的是篩飯和浮閥塔板，其他不同型式的塔板也有應(yīng)用。一些新型塔板或傳統(tǒng)塔板的改進(jìn)型也在陸續(xù)開發(fā)和研究中。
②按氣液兩相的流動方式分，有錯流式塔板和逆流式塔板，或稱有降液管塔板和無降液管塔板。有降液管塔板應(yīng)用極廣，它們具有較高的傳質(zhì)效率和較寬的操作范圍；無降液管的逆流式塔板也常稱為穿流式塔板，氣液兩相均由塔板上的孔道通過。塔板結(jié)構(gòu)簡單，整個塔板面積利用較充分。常用的有穿流式篩板、穿流式柵板、穿流式波紋板等。
③按液體流動型式分，有單流形、雙流形、U形流形及其他流形(如四流形、階梯形、環(huán)流形等)。
單流形塔板應(yīng)用最為廣泛，它結(jié)構(gòu)簡單，液流行程長，有利于提高塔板效率。但當(dāng)塔徑或液量過大時，塔板上液面梯度會較大，導(dǎo)致氣液分布不均，或造成降液管過載，影響塔板效率和正常操作。
雙流形塔板宜用于塔徑較大及液流量較大時，此時，液體分流為兩股，可以減少溢流堰的液流強(qiáng)度和降液管負(fù)荷，同時，也減小了塔板上的液面梯度。但塔板的降液管要相間地置于塔板的中間或兩邊，多占一些塔板傳質(zhì)面積。
U形流形的塔板進(jìn)出口堰均置于塔板的同一側(cè)。其間置有高于液層的隔板。以控制液流呈U形流，從而延長液流行程，此種板型在小直徑塔及低液量時采用。
四流形、階梯流形則適于更大直徑的塔和很大的液量情況。
填料的分類
填料塔是以塔內(nèi)裝有大量的填料為相間接觸構(gòu)件的氣液傳質(zhì)設(shè)備。填料塔于19世紀(jì)中期已應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，此后，它與板式塔競相發(fā)展，構(gòu)成了兩類不同的氣液傳質(zhì)設(shè)備。
填料塔的塔身是一直立式圓筒，底部裝有支承板。填料以亂堆或整砌的方式放置在支承板上。在填料的上方安裝填料壓板，以限制填料隨上升氣流的運(yùn)動。液體從塔頂加入，經(jīng)液體分布器噴淋到填料上，并沿填料表面流下。氣體從塔底送入，經(jīng)氣體分布裝置(小直徑塔一般不設(shè)氣體分布裝置)分布后，與液體呈逆流連續(xù)通過填料層的空隙。在填料表面氣液兩相密切接觸進(jìn)行傳質(zhì)。填料塔屬于連續(xù)接觸式的氣液傳質(zhì)設(shè)備，兩相組成沿塔高連續(xù)變化，在正常操作狀態(tài)下，氣相為連續(xù)相，液相為分散相。
當(dāng)液體沿填料層下流時，有逐漸向塔壁集中的趨勢，使得塔壁附近的液流量逐漸增大，這種現(xiàn)象稱為壁流，壁流效應(yīng)造成氣液兩相在填料層分布不均勻，從而使傳質(zhì)效率下降。為此，當(dāng)填料層較高時，需要進(jìn)行分段，中間設(shè)置再分布裝置。液體再分布裝置包括液體收集器和液體再分布器兩部分，上層填料流下的液體經(jīng)液體收集器收集后，送到液體再分布器，經(jīng)重新分布后噴淋到下層填料的上方。
填料是填料塔的核心構(gòu)件，它提供了氣液兩相接觸傳質(zhì)的相界面，是決定填料塔性能的主要因素。填料的種類很多，根據(jù)裝填方式的不同，可分為散裝填料和規(guī)整填料兩大類。
1.散裝填料
散裝填料是一粒粒具有一定幾何形狀和尺寸的顆粒體。一般以散裝方式堆積在塔內(nèi)，又稱為亂堆填料或顆粒填料。散裝填料根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不同，又可分為環(huán)形填料、鞍形填料、環(huán)鞍形填料及球形填料等。較為典型的散裝填料主要有：拉兩環(huán)填料，鮑爾環(huán)填料，階梯環(huán)填料，弧鞍填料，矩鞍填料，金屬環(huán)矩鞍填料，球形填料。
2.規(guī)整填料
規(guī)整填料是一種在塔內(nèi)按均勻幾何圖形排列，整齊堆砌的填料。該填料的特點(diǎn)是規(guī)定了氣液流徑，改善了填料層內(nèi)氣液分布狀況，在很低的壓降下，可以提供更多的比表面積，使得處理能力和傳質(zhì)性能均得到較大程度的提高。
規(guī)整填料種類很多，根據(jù)其幾何結(jié)構(gòu)可以分為格柵填料、波紋填料、脈沖填料等，現(xiàn)介紹幾種較為典型的規(guī)整填料。
(1)格柵填料
格柵填料是以條狀單元體按一定規(guī)則組合而成的，其結(jié)構(gòu)隨條狀單元體的形式和組合規(guī)則而變，因而具有多種結(jié)構(gòu)形式。工業(yè)上應(yīng)用最早的格柵填料為木格柵填料。應(yīng)用較為普遍的有格里奇格柵填料、網(wǎng)孔格柵填料、蜂窩格柵填料等，其中以格里奇格柵填料最具代表性。格柵填料的比表面積較低，因此主要用于要求低壓降、大負(fù)荷及防堵等場合。
(2)波紋填料
波紋填料是一種通用型規(guī)整填料，工業(yè)上應(yīng)用的規(guī)整填料絕大部分屬于此類。波紋填料是由許多波紋薄板組成的圓盤狀填料，波紋與塔軸的傾角有30。和45。兩種，組裝時相鄰兩波紋板反向靠疊。各盤填料垂直裝于塔內(nèi)，相鄰的兩盤填料間交錯90。排列。
波紋填料的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，具有很大的比表面積，其比表面積可由波紋結(jié)構(gòu)形狀而調(diào)整，常用的有125、150、250、350、500、700等幾種。相鄰兩盤填料相互垂直，使上升氣流不斷改變方向，下降的液體也不斷重新分布，故傳質(zhì)效率高。填料的規(guī)則排列，使流動阻力減小，從而處理能力得以提高。波紋填料的缺點(diǎn)是不適于處理黏度大、易聚合或有懸浮物的物料，此外，填料裝卸、清理較困難，造價(jià)也較高。
波紋填料按材質(zhì)結(jié)構(gòu)可分為網(wǎng)波紋填料和板波紋填料兩大類，其材質(zhì)又有金屬、塑料和陶瓷等之分。
(3)脈沖填料
脈沖填料是由帶縮頸的中空棱柱形單休，按一定方式拼裝而成的一種規(guī)整填料。脈沖填料組裝后，會形成帶縮頸的多孔棱形通道，其縱面流道交替收縮和擴(kuò)大，氣液兩相通過時產(chǎn)生強(qiáng)烈的湍動。在縮頸段，氣速較快，湍動劇烈，從而強(qiáng)化傳質(zhì)。在擴(kuò)大段，氣速減到最小，實(shí)現(xiàn)兩相的分離。流道收縮、擴(kuò)大的交替重復(fù)，實(shí)現(xiàn)了“脈沖”傳質(zhì)過程。
脈沖填料的特點(diǎn)是處理量大，壓力降小，是真空精餾的理想填料。因其優(yōu)良的液體分布性能使放大效應(yīng)減少，故特別適用于大塔徑的場合。
質(zhì)量指標(biāo)
編輯
精餾塔產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)選擇有兩類：直接產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)和間接產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)。精餾塔最直接的產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)是產(chǎn)品成分。近年來，成分檢測儀表發(fā)展很快，特別是工業(yè)色譜儀的在線應(yīng)用，出現(xiàn)了直接控制產(chǎn)品成分的控制方案，此時檢測點(diǎn)就可以放在塔頂或塔底。然而由于成分分析儀表價(jià)格昂貴，維護(hù)保養(yǎng)麻煩，采樣周期較長(即反應(yīng)緩慢，滯后較大)．而且應(yīng)用中有時也不太可靠，所以成分分析儀表的應(yīng)用受到了一定的限制。因此，精餾塔產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)通常采用間接質(zhì)量指標(biāo)。
(1)采用溫度作為間接質(zhì)量指標(biāo)
溫度是最常用的間接質(zhì)量指標(biāo)。因?yàn)閷τ谝粋€二元組分的精餾塔來說，在壓力一定時，沸點(diǎn)和產(chǎn)品成分之間有單獨(dú)的函數(shù)關(guān)系。因此，如果壓力恒定，那么塔板溫度就可以反應(yīng)產(chǎn)品成分。而對于多元精餾塔來說，情況比較復(fù)雜。然而煉油和石油化工生產(chǎn)中，許多產(chǎn)品由碳?xì)浠衔锏耐滴锝M成，在壓力一定時，保持一定的溫度，成分的誤差就可以忽略不計(jì)。其余情況下，溫度在一定程度上也能反映成分的變化。通過上述的分析可見，在溫度作為反映質(zhì)量指標(biāo)的控制方案中，壓力不能有劇烈的波動，除常壓塔外，溫度控制系統(tǒng)總是與壓力控制系統(tǒng)聯(lián)系在一起的。
采用溫度作為被控變量時，選擇哪一點(diǎn)溫度作為被控變量，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況加以選擇，主要有以下幾種：
①塔頂(或塔底)的溫度控制 ：一般來說，如果希望保持塔頂產(chǎn)品符合質(zhì)量要求，也就是主要產(chǎn)品從頂部餾出時，應(yīng)選擇塔頂溫度作為被控變量，這樣可以得到較好的效果。同樣，為了保持塔底產(chǎn)品符合質(zhì)量要求。則應(yīng)以塔底溫度作為被控變量。為了保證另一產(chǎn)品質(zhì)量在一定的規(guī)格范圍內(nèi)，塔的操作要有一定裕量。例如，如果主要產(chǎn)品在頂部餾出，操縱變量為回流量的話，再沸器的加熱量要有一定富裕，以使在任何可能的擾動條件下，塔底產(chǎn)品的規(guī)格都在一定范圍內(nèi)。
采用塔頂(或塔底)的溫度作為間接質(zhì)量指標(biāo)，似乎最能反映產(chǎn)品的情況，實(shí)際上并不盡然。當(dāng)要分離出較純的產(chǎn)品時，在鄰近塔頂?shù)母靼逯g溫差很小，所以要求對溫度檢測裝置有極高的要求(即要求有極高的精確度和靈敏度)，但實(shí)際上很難滿足。不僅如此，微量雜質(zhì)(如某種更輕的組分)的存在，會使沸點(diǎn)有相當(dāng)大的變化；塔內(nèi)壓力的波動，也會使沸點(diǎn)有相當(dāng)大的變化，這些擾動很難避免。因此，除了像石油產(chǎn)品的分餾即按沸點(diǎn)范圍來切割餾分的情況之外，凡是要得到較純成分的精餾塔，往往不將檢測點(diǎn)置于塔頂或塔底。
②靈敏板的溫度控制 所謂靈敏板，是指當(dāng)塔的操作經(jīng)受擾動作用(或承受控制作用)時，塔內(nèi)各板的組分都將發(fā)生變化，各板溫度也將同時變化，當(dāng)達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)時，溫度變化量最大的那塊板就稱為靈敏板。由于干擾作用下的靈敏板溫度變化較大，因此對溫度檢測裝置的要求就不必很高了，同時也有利于提高控制精度。
靈敏板的位置可以通過逐板計(jì)算或計(jì)算機(jī)仿真，依據(jù)不同情況下各板溫度分布曲線比較得出。但是，由于塔板效率不容易估準(zhǔn)，所以還需結(jié)合實(shí)踐加以確定。通常，先根據(jù)測算．確定出靈敏板的大致位置，然后在它的附近設(shè)置若干檢測點(diǎn)，然后在運(yùn)行過程中選擇其中最合適的一個測量點(diǎn)作為靈敏板。
③中溫控制 取加料板稍上、稍下的塔板，或加料板自身的溫度作為被控變量，這種溫度檢測點(diǎn)選在中間位置的控制通常稱為中溫控制。這種控制方案雖然在某些精餾塔上已經(jīng)取得成功，但在分離要求較高時，或是進(jìn)料濃度ZF變動較大時，中溫控制將不能保證塔頂或塔底的成分符合要求。
(2)采用壓力補(bǔ)償?shù)臏囟茸鳛殚g接質(zhì)量指標(biāo)
采用溫度作為間接質(zhì)量指標(biāo)有一個前提，那就是塔內(nèi)壓力應(yīng)保持恒定。盡管精餾塔的塔內(nèi)壓力一般設(shè)有壓力控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，但壓力也總會有些微小的波動，這對一般產(chǎn)品純度要求不太高的精餾塔是可以忽略的，但是對精密精餾等控制要求較高的場合，微小壓力的變化，將影響溫度與組分之間的關(guān)系，使得產(chǎn)品質(zhì)量難于滿足工藝要求，為此需對壓力的波動加以補(bǔ)償，常用的有溫差控制和雙溫差控制。
①溫差控制：在精密精餾時，溫差控制可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量。在精餾中，任一塔板的溫度是成分與壓力的函數(shù)，影響溫度變化的因素可以是成分，也可以是壓力。在一般塔的操作中，無論是常壓塔、減壓塔，還是加壓塔，壓力都是維持在很小范圍內(nèi)波動，所以溫度與成分有對應(yīng)關(guān)系。但在精密精餾中，要求產(chǎn)品純度很高，且塔頂和塔底產(chǎn)品的沸點(diǎn)相差又不大，此時壓力變化引起溫度的變化比成分變化引起的溫度變化要大得多，所以微小壓力的波動具有較大的影響，不能忽略。例如，苯-甲苯二甲苯分離時，大氣壓變化6.67 kPa，苯的沸點(diǎn)變化2℃，已超過了質(zhì)量指標(biāo)的規(guī)定。這樣的氣壓變化是完全可能發(fā)生的，這就破壞了溫度與成分之間的對應(yīng)關(guān)系。所以在精密精餾時，用溫度作為被控變量往往得不到理想的控制效果，為此應(yīng)該考慮補(bǔ)償或消除壓力微小波動的影響。
在塔壓波動時。盡管各板上溫度會有一定的變化，而兩板間的溫差變化卻非常小。例如壓力從1.176 MPa變化到1.190 MPa時，第52板和第65板的溫差基本上維持在2.8℃。這樣保持了溫差與成分的對應(yīng)關(guān)系。因此可采用溫差作為被控變量來進(jìn)行控制，以保持最終產(chǎn)品的純度符合要求。
在選擇溫差信號時，檢測點(diǎn)應(yīng)按下面方法進(jìn)行選擇。例如當(dāng)塔頂餾出物為主要產(chǎn)品時，應(yīng)將一個檢測點(diǎn)放在塔頂(或稍下一些)，即溫度變化較小的位置，另一個檢測點(diǎn)放在靈敏板附近，即成分和溫度變化較大、比較靈敏的位置。然后取這兩個測溫點(diǎn)的溫差作為被控變量。只要這兩點(diǎn)溫度隨壓力變化的影響相等(或十分相近)，則壓力波動的影響就幾乎相抵消。
在石油化工生產(chǎn)中，溫差控制已成功應(yīng)用于苯-甲苯、乙烯-乙烷等精密精餾系統(tǒng)。若要使溫差控制得到較好的控制效果，則溫差設(shè)定值要合理，不能過大，以及操作工況要穩(wěn)定。
②雙溫差控制：雖然溫差控制可以克服由于塔內(nèi)壓力波動對塔頂或塔底產(chǎn)品質(zhì)量的影響，但采用溫差控制還存在一個缺點(diǎn)，就是進(jìn)料流量變化時，上升蒸氣流量發(fā)生變化，引起塔板間的壓降發(fā)生變化。當(dāng)進(jìn)料流量增大時，塔板問的壓降增大而引起的溫差也將增大，溫差和組分之間的對應(yīng)關(guān)系就會變化，所以此時不宜采用溫差控制。
但此時可以采用雙溫差控制(或稱溫差差值控制)，即分別在精餾段和提餾段選取溫差，然后將這兩個溫差信號相減，得到溫差的差值作為間接控制質(zhì)標(biāo)。由上面的分析可知，當(dāng)進(jìn)料流量波動時，塔壓變化引起的溫差變化，不僅出現(xiàn)于精餾段(頂部)，也出現(xiàn)于提餾段(底部)，因而精餾段和提餾段的溫差相減后就可以相互抵消了，即消除了壓差變化的影響。從國內(nèi)外應(yīng)用溫差差值控制的許多裝置來看，在進(jìn)料流量波動影響下，仍能得到較好的控制效果。
平衡操作
精餾塔的操作應(yīng)掌握物料平衡、氣液相平衡和熱量平衡。
物料平衡指的是單位時間內(nèi)進(jìn)塔的物料量應(yīng)等于離開塔的諸物料量之和。物料平衡體現(xiàn)了塔的生產(chǎn)能力，它主要是靠進(jìn)料量和塔頂、塔底出料量來調(diào)節(jié)的。操作中，物料平衡的變化具體反應(yīng)在塔底液面上。當(dāng)塔的操作不符合總的物料平衡時，可以從塔壓差的變化上反映出來。例如，進(jìn)得多，出得少，則塔壓差上升。對于一個固定的精餾塔來講，塔壓差應(yīng)在一定的范圍內(nèi)，塔壓差過大，塔內(nèi)上升蒸氣的速度過大，霧沫夾帶嚴(yán)重，甚至發(fā)生液泛而破壞正常的操作；塔壓差過小，塔內(nèi)上升蒸氣的速度過小，塔板上氣液兩相傳質(zhì)效果降低，甚至發(fā)生漏液，大大降低了塔板效率。物料平衡掌握不好，會使整個塔的操作處于混亂狀態(tài)，掌握物料平衡是塔操作中的一個關(guān)鍵。如果正常的物料平衡受到破壞，它將影響另兩個平衡，即氣液相平衡達(dá)不到預(yù)期的效果，熱平衡也被破壞而需重新予以調(diào)整。
氣液相平衡主要體現(xiàn)了產(chǎn)品的質(zhì)量及損失情況。它是靠調(diào)節(jié)塔的操作條件(溫度、壓力)及塔板上氣液接觸的情況來達(dá)到的。只有在溫度、壓力固定時，才有確定的氣液相平衡組成，當(dāng)溫度、壓力發(fā)生變化時，氣液相平衡所決定的組成就發(fā)生變化，產(chǎn)品的質(zhì)量和損失情況隨之發(fā)生變化。氣液相平衡與物料平衡密切相關(guān)，物料平衡掌握好了，塔內(nèi)上升蒸氣速度合適，氣液接觸良好，則傳熱傳質(zhì)效率高，塔板效率亦高。當(dāng)然溫度、壓力也會隨著物料平衡的變化而改變。
熱量平衡是指進(jìn)塔熱量和出塔熱量的平衡，具體反應(yīng)在塔頂溫度上。熱量平衡是物料平衡和氣液相平衡得以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，反過來又依附于它們。沒有熱的氣相和冷的回流，整個精餾過程就無法實(shí)現(xiàn)；而塔的操作壓力、溫度的改變(即氣液相平衡組成改變)，則每塊塔板上氣相冷凝的放熱量和液體汽化的吸熱量也會隨之改變，體現(xiàn)于進(jìn)料供熱和塔頂取熱發(fā)生的變化上。
掌握好物料平衡、氣液相平衡和熱量平衡是精餾操作的關(guān)鍵所在，三個平衡之間相互影響、相互制約。在操作中通常是以控制物料平衡為主，相應(yīng)調(diào)節(jié)熱量平衡，最終達(dá)到氣液相平衡。
(1)要保持塔底液面穩(wěn)定平衡，必需穩(wěn)定：①進(jìn)料量和進(jìn)料溫度；②塔頂、側(cè)線及塔底抽出量；③塔頂壓力。
(2)要保持穩(wěn)定的塔頂溫度，必需穩(wěn)定：①進(jìn)料量和進(jìn)料溫度；②頂回流、循環(huán)回流各中段回流量及溫度；③塔頂壓力；④汽提蒸汽量；⑤原料及回流不帶水。
只要密切注意塔頂溫度、塔底液面，分析波動原因，及時加以調(diào)節(jié)，就能掌握塔的三個平衡，保證塔的正常操作