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精馏塔工作原理、分类、平衡要求

变宝网09月24日讯

精馏塔工作原理是利用混合物中各组分具有不同的挥发度,即在同一温度下各组分的蒸气压不同这一性质,使液相中的轻组分(低沸物)转移到气相中,而气相中的重组分(高沸物)转移到液相中,从而实现分离的目的。下面随小编去了解精馏塔相关信息。

一、精馏塔分类

塔板的分类

板式塔是一种应用极为广泛的气液传质设备,它由一个通常呈圆柱形的壳体及其中按一定间距水平设置的若干塔板所组成。板式塔正常工作时,液体在重力作用下自上而下通过各层塔板后由塔底排出;气体在压差推动下,经均布在塔板上的开孔由下而上穿过各层塔板后由塔顶排出,在每块塔板上皆储有一定的液体,气体穿过板上液层时,两相接触进行传质。

板式塔种类繁多,通常可分类如下:

①按塔板结构分,有泡罩板、筛板、浮阀板、网孔板、舌形板等等。历史上应用最早的有泡罩塔及筛板塔,20世纪50代前后,开发了浮阀塔板。现应用最广的是筛板和浮阀塔板,其他不同型式的塔板也有应用。一些新型塔板或传统塔板的改进型也在陆续开发和研究中。

②按气液两相的流动方式分,有错流式塔板和逆流式塔板,或称有降液管塔板和无降液管塔板。有降液管塔板应用极广,它们具有较高的传质效率和较宽的操作范围;无降液管的逆流式塔板也常称为穿流式塔板,气液两相均由塔板上的孔道通过。塔板结构简单,整个塔板面积利用较充分。常用的有穿流式筛板、穿流式栅板、穿流式波纹板等。

③按液体流动型式分,有单流形、双流形、U形流形及其他流形(如四流形、阶梯形、环流形等)。

单流形塔板应用最为广泛,它结构简单,液流行程长,有利于提高塔板效率。但当塔径或液过大时,塔板上液面梯度会较大,导致气液分布不均,或造成降液管过载,影响塔板效率和正常操作。

双流形塔板宜用于塔径较大及液流较大时,此时,液体分流为两股,可以减少溢流堰的液流强度和降液管负荷,同时,也减小了塔板上的液面梯度。但塔板的降液管要相间地置于塔板的中间或两边,多占一些塔板传质面积。

U形流形的塔板进出口堰均置于塔板的同一侧。其间置有高于液层的隔板。以控制液流呈U形流,从而延长液流行程,此种板型在小直径塔及低液时采用。

四流形、阶梯流形则适于更大直径的塔和很大的液情况。

填料的分类

填料塔是以塔内装有大的填料为相间接触构件的气液传质设备。填料塔于19世纪中期已应用于工业生产,此后,它与板式塔竞相发展,构成了两类不同的气液传质设备。

填料塔的塔身是一直立式圆筒,底部装有支承板。填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。在填料的上方安装填料压板,以限制填料随上升气流的运动。液体从塔顶加入,经液体分布器喷淋到填料上,并沿填料表面流下。气体从塔底送入,经气体分布装置(小直径塔一般不设气体分布装置)分布后,与液体呈逆流连续通过填料层的空隙。在填料表面气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式的气液传质设备,两相组成沿塔高连续变化,在正常操作状态下,气相为连续相,液相为分散相。

精馏塔工作原理、分类、平衡要求

当液体沿填料层下流时,有逐渐向塔壁集中的趋势,使得塔壁附近的液流逐渐大,这种现象称为壁流,壁流效应造成气液两相在填料层分布不均匀,从而使传质效率下降。为此,当填料层较高时,需要进行分段,中间设置再分布装置。液体再分布装置包括液体收集器和液体再分布器两部分,上层填料流下的液体经液体收集器收集后,送到液体再分布器,经重新分布后喷淋到下层填料的上方。

填料是填料塔的核心构件,它提供了气液两相接触传质的相界面,是决定填料塔性能的主要因素。填料的种类很多,根据装填方式的不同,可分为散装填料和规整填料两大类。

1.散装填料

散装填料是一粒粒具有一定几何形状和尺寸的颗粒体。一般以散装方式堆积在塔内,又称为乱堆填料或颗粒填料。散装填料根据结构特点不同,又可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。较为典型的散装填料主要有:拉两环填料,鲍尔环填料,阶梯环填料,弧鞍填料,矩鞍填料,金属环矩鞍填料,球形填料。

2.规整填料

规整填料是一种在塔内按均匀几何图形排列,整齐堆砌的填料。该填料的特点是规定了气液流径,改善了填料层内气液分布状况,在很低的压降下,可以提供更多的比表面积,使得处理能力和传质性能均得到较大程度的提高。

规整填料种类很多,根据其几何结构可以分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料等,现介绍几种较为典型的规整填料。

(1)格栅填料

格栅填料是以条状单体按一定规则组合而成的,其结构随条状单体的形式和组合规则而变,因而具有多种结构形式。工业上应用最早的格栅填料为木格栅填料。应用较为普遍的有格里奇格栅填料、网孔格栅填料、蜂窝格栅填料等,其中以格里奇格栅填料最具代表性。格栅填料的比表面积较低,因此主要用于要求低压降、大负荷及防堵等场合。

(2)波纹填料

波纹填料是一种通用型规整填料,工业上应用的规整填料绝大部分属于此类。波纹填料是由许多波纹薄板组成的圆盘状填料,波纹与塔轴的倾角有30。和45。两种,组装时相邻两波纹板反向靠叠。各盘填料垂直装于塔内,相邻的两盘填料间交错90。排列。

波纹填料的优点是结构紧凑,具有很大的比表面积,其比表面积可由波纹结构形状而调整,常用的有125、150、250、350、500、700等几种。相邻两盘填料相互垂直,使上升气流不断改变方向,下降的液体也不断重新分布,故传质效率高。填料的规则排列,使流动阻力减小,从而处理能力得以提高。波纹填料的缺点是不适于处理黏度大、易聚合或有悬浮物的物料,此外,填料装卸、清理较困难,造也较高。

波纹填料按材质结构可分为网波纹填料和板波纹填料两大类,其材质又有金属、塑料和陶瓷等之分。

(3)脉冲填料

脉冲填料是由带缩颈的中空棱柱形单休,按一定方式拼装而成的一种规整填料。脉冲填料组装后,会形成带缩颈的多孔棱形通道,其纵面流道交替收缩和扩大,气液两相通过时产生强烈的湍动。在缩颈段,气速较快,湍动剧烈,从而强化传质。在扩大段,气速减到最小,实现两相的分离。流道收缩、扩大的交替重复,实现了“脉冲”传质过程。

脉冲填料的特点是处理大,压力降小,是真空精馏的理想填料。因其优良的液体分布性能使放大效应减少,故特别适用于大塔径的场合。

二、精馏塔平衡要求

(1)要保持塔底液面稳定平衡,必需稳定:①进料和进料温度;②塔顶、侧线及塔底抽出;③塔顶压力。

(2)要保持稳定的塔顶温度,必需稳定:①进料和进料温度;②顶回流、循环回流各中段回流及温度;③塔顶压力;④汽提蒸汽;⑤原料及回流不带水。

只要密切注意塔顶温度、塔底液面,分析波动原因,及时加以调节,就能掌握塔的三个平衡,保证塔的正常操作。

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