關(guān)于精餾塔類(lèi)型的最全解析,不看絕對(duì)后悔!

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關(guān)鍵詞 | 精餾技術(shù)  塔板類(lèi)型

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導(dǎo) 讀

化學(xué)工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè),分離技術(shù)則為化工生產(chǎn)過(guò)程中的原料凈化、產(chǎn)品提純和廢物處理等提供了技術(shù)保證。隨著化學(xué)工程技術(shù)的發(fā)展,分離技術(shù)逐漸向著多元化發(fā)展。常規(guī)的化工分離技術(shù)包括精餾、吸收、萃取、結(jié)晶、吸附、膜分離等。精餾仍是應(yīng)用最廣泛、技術(shù)最成熟的分離方法之一,在工業(yè)生產(chǎn)中占有相當(dāng)?shù)谋戎?/strong>。


精餾塔伴隨著板式塔和填料塔交替式發(fā)展,兩者各有其優(yōu)缺點(diǎn),現(xiàn)呈現(xiàn)出并行發(fā)展的趨勢(shì)。板式塔具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)、造價(jià)較低、易于放大等特點(diǎn);填料塔具有高效率、高通量、低壓降、低持液等優(yōu)勢(shì)。盡管隨著精餾塔的廣泛應(yīng)用,人們對(duì)精餾塔的認(rèn)識(shí)越來(lái)越深刻,但由于塔內(nèi)部流體流動(dòng)及傳質(zhì)過(guò)程的復(fù)雜性,致使精餾塔的設(shè)計(jì)仍依靠大量的經(jīng)驗(yàn)和半經(jīng)驗(yàn)的數(shù)據(jù)。塔內(nèi)流體力學(xué)、傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)、過(guò)程動(dòng)態(tài)學(xué)的計(jì)算等基礎(chǔ)傳遞問(wèn)題的研究仍需重視,盡可能地?cái)[脫經(jīng)驗(yàn)的束縛。同時(shí),隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展,生產(chǎn)大型化、優(yōu)化節(jié)能、高效填料與新型塔板的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用等問(wèn)題仍需探索。因此,對(duì)精餾塔的研究非但不能削弱,而是需要進(jìn)一步加強(qiáng),以迎接新的挑戰(zhàn)。

精餾塔類(lèi)型

精餾塔按塔內(nèi)件結(jié)構(gòu)不同,分為板式塔和填料塔。20世紀(jì)70年代前,板式塔的研究及應(yīng)用處于領(lǐng)先地位。70年代后,填料塔的研究取得了較大進(jìn)展,填料塔與板式塔相比,具有壓降低、效率高、處理量大和持液量低等優(yōu)點(diǎn)。

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精餾塔之板式塔


1813年,CELLIER首次提出泡罩塔板,已有200多年歷史。板式塔具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn),特別適合于加壓和多側(cè)線(xiàn)采出的工藝流程,板式塔主要包括泡罩塔板、篩孔塔板、浮閥塔板和其他新型塔板。

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01

泡罩塔板

CELLIER提出的泡罩塔板,最早應(yīng)用在釀造業(yè),后來(lái)被推廣到精餾、吸收等單元操作中。泡罩塔板具有適用范圍廣、操作彈性大、不易堵塞和便于操作等優(yōu)點(diǎn);但是,泡罩塔板具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高、壓降大等缺點(diǎn)。

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美國(guó)Socony Mobil Oil Company開(kāi)發(fā)了一種新型的S形塔板,該塔板兼顧泡罩塔板的優(yōu)點(diǎn),但造價(jià)明顯低于泡罩塔板。


研究者在條形泡罩塔板的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出了槽式泡罩塔板,GUERRIERI等指出,槽式泡罩塔板具有壓降低,漏液少等特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用在石油化工與精細(xì)化工中。

02

篩孔塔板

19世紀(jì)30年代,研究者開(kāi)發(fā)出了篩孔塔板,并首先應(yīng)用于釀造工業(yè)。但是早期人們對(duì)篩孔塔板的研究不充分,認(rèn)為其操作不易穩(wěn)定而未得到廣泛應(yīng)用。直到20世紀(jì)50年代,人們對(duì)篩孔塔板的結(jié)構(gòu)、性能進(jìn)行了充分的研究,使篩孔塔板的應(yīng)用日趨廣泛。隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展,人們開(kāi)發(fā)出了很多新型篩孔塔板。

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MD篩板是美國(guó)聯(lián)碳公司開(kāi)發(fā)的用于高液量的氣液傳質(zhì)元件。美國(guó)環(huán)球油品公司(UOP)在此基礎(chǔ)上又開(kāi)發(fā)出了ECMD、EEMD、VGMD等新型多降液管塔板。


國(guó)內(nèi)浙江工業(yè)大學(xué)開(kāi)發(fā)的DJ塔板是對(duì)MD篩孔塔板的改進(jìn),主要對(duì)塔板結(jié)構(gòu)和流型作了改進(jìn),主要有DJ-1型、DJ-2型和DJ-3型3種型號(hào)。


Linde公司開(kāi)發(fā)的導(dǎo)向篩板最早應(yīng)用于空分裝置,之后開(kāi)始用于乙苯-苯乙烯的分離裝置中,取得了顯著的效果。

03

浮閥塔板

20世紀(jì)50年代,美國(guó)最先開(kāi)發(fā)出了浮閥塔板,其兼有泡罩塔板和篩孔塔板的優(yōu)點(diǎn),具有生產(chǎn)能力大、操作彈性大和傳質(zhì)效率高等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于石油、化學(xué)工業(yè)中。國(guó)內(nèi)外開(kāi)發(fā)了多種形式的浮閥,最具代表性的是美國(guó)Glitsch公司開(kāi)發(fā)的圓形浮閥——V1浮閥(國(guó)內(nèi)稱(chēng)為F1型)。

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美國(guó)學(xué)者Nutter等提出了條形浮閥,國(guó)內(nèi)學(xué)者在Nutter條閥的基礎(chǔ)上,開(kāi)發(fā)出了很多新型條形浮閥,如T形條閥、L1形條閥及HTV船形條閥等。


華東理工大學(xué)開(kāi)發(fā)的導(dǎo)向條形浮閥,結(jié)合了導(dǎo)向篩板和條形浮閥的優(yōu)點(diǎn),能有效地降低塔板上的液面梯度和液體返混。


天津大學(xué)開(kāi)發(fā)的導(dǎo)向梯形浮閥吸取了條形浮閥塔板、V形柵板、固舌塔板和導(dǎo)向篩板的優(yōu)點(diǎn),可進(jìn)一步改善塔板上的液體流動(dòng)狀況。清華大學(xué)在F1浮閥的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出ADV微分浮閥,進(jìn)一步提高了浮閥塔板傳質(zhì)效率。


天津大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)金屬所共同研究開(kāi)發(fā)了碳化硅泡沫浮閥,泡沫碳化硅使氣體以均勻的小氣泡穿過(guò)塔板,具有壓降低、漏液少及效率高等優(yōu)點(diǎn)。


Glitsch公司開(kāi)發(fā)的高性能Superfrac塔板,處理量較篩孔塔板和浮閥塔板高20%~40%。鑒于浮閥塔板兼有泡罩塔板和篩孔塔板的優(yōu)點(diǎn),已廣泛應(yīng)用于石油化工、氣分等裝置。

04

其他塔板

除上述常規(guī)塔板外,科研人員還開(kāi)發(fā)出了很多其他類(lèi)型的塔板。如Nutter公司開(kāi)發(fā)的固閥塔板,具有壓降小、抗堵塞等優(yōu)點(diǎn)。CHUANG等將填料與篩板結(jié)合在一起,大大提高了塔板的傳質(zhì)效率。

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徐崇嗣與CHUANG在此基礎(chǔ)上,將填料放置在塔板之間,塔板不設(shè)降液管,能使塔板的處理量提高15%左右。


李鑫鋼課題組開(kāi)發(fā)的螺旋噴嘴與塔板相結(jié)合的霧化概念塔板,具有傳質(zhì)效率高和壓降低等優(yōu)點(diǎn)。


日本三井造船株式會(huì)社開(kāi)發(fā)的垂直篩板是一種全新的噴射型塔板,具有通量大、抗堵塞等優(yōu)點(diǎn)。


河北工業(yè)大學(xué)在垂直篩板的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出立體傳質(zhì)塔板(CTST),廣泛用于化肥、石化、煤化工等行業(yè)的舊塔改造中,取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。


精餾塔之填料塔


填料分散堆填料和規(guī)整填料兩類(lèi)。散堆填料是具有一定外型結(jié)構(gòu)的顆粒體;規(guī)整填料是具有規(guī)則幾何圖形、堆砌整齊的填料。

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規(guī)整填料

規(guī)整填料具有效率高、壓降低、操作彈性大、處理量大、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。目前規(guī)整填料種類(lèi)繁多,最具代表性的是Sulzer公司開(kāi)發(fā)的金屬絲網(wǎng)波紋規(guī)整填料和金屬板波紋規(guī)整填料。

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Glitsch公司推出的垂直格柵填料,具有低壓降、高通量、抗堵塞等特點(diǎn),適用于臟物系的工藝流程。天津大學(xué)開(kāi)發(fā)的專(zhuān)利產(chǎn)品雙向金屬折峰式波紋填料Zupak系列規(guī)整填料與Sulzer公司的金屬板波紋填料相比,比表面積增加了8%~10%,具有分離效率更高、壓降更低等優(yōu)點(diǎn)。


Montz公司開(kāi)發(fā)出了Montz-pak系列規(guī)整填料和BSH系列規(guī)整填料,BSH系列規(guī)整填料是介于絲網(wǎng)與板波紋之間的規(guī)整填料,廣泛應(yīng)用在空分、制藥和反應(yīng)精餾領(lǐng)域。Norton公司開(kāi)發(fā)的Intalox系列規(guī)整填料,其波峰與波谷每隔一段間距,形成錯(cuò)位雙波紋結(jié)構(gòu),起到強(qiáng)化傳質(zhì)的效果。


Kuhni公司開(kāi)發(fā)的Rombopak系列規(guī)整填料,其特點(diǎn)是對(duì)氣液相流道進(jìn)行了優(yōu)化布置。


Jeager公司開(kāi)發(fā)的Max-Pak系列規(guī)整填料,對(duì)填料進(jìn)行反向開(kāi)孔,強(qiáng)化了氣液兩相的混合,有效地提高了填料的傳質(zhì)效率。

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Envicon公司開(kāi)發(fā)的Jalousiepacking系列規(guī)整填料,具有不易堵塞的特點(diǎn)。類(lèi)似的還有Koch公司開(kāi)發(fā)出Flexipac系列規(guī)整填料、Raschig公司開(kāi)發(fā)的Raschig-Superpak填料。


上海化工研究院開(kāi)發(fā)的SM、SW、SC和SB系列規(guī)整填料,已成功應(yīng)用在國(guó)內(nèi)多座塔器中,效果顯著。


隨著化工分離技術(shù)的發(fā)展,Sulzer公司在20世紀(jì)90年代末,開(kāi)發(fā)出了Mellapak Plus系列規(guī)整填料,與Mellapak系列規(guī)整填料比較,具有更大的通量、更低的壓降,已廣泛應(yīng)用于化工分離裝置。

02

散堆填料

散堆填料主要包括環(huán)形填料、鞍形填料、環(huán)鞍形填料及球形填料等。拉西環(huán)的開(kāi)發(fā)成功,是填料塔進(jìn)入科學(xué)發(fā)展軌道的標(biāo)志。

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鮑爾環(huán)通過(guò)在拉西環(huán)壁上開(kāi)內(nèi)伸的舌葉窗孔,改善氣液兩相的流動(dòng)狀況,有效地降低了填料壓降、提高了傳質(zhì)效率。


MassTransfer公司開(kāi)發(fā)的階梯環(huán)填料(CMR),增加了側(cè)端翻邊,不但增加了空隙率,減小了氣體阻力,而且提高了填料的傳質(zhì)效率,使階梯環(huán)的性能在鮑爾環(huán)的基礎(chǔ)上又前進(jìn)一步。


清華大學(xué)開(kāi)發(fā)的超級(jí)扁環(huán)填料,用于液液萃取時(shí),具有優(yōu)異的傳質(zhì)性能。鞍形填料主要包括弧鞍形與矩鞍形兩種:鞍形填料的弧形通道可有效減小流體阻力,使鞍形填料的壓降更低;矩鞍環(huán)填料將開(kāi)孔環(huán)形填料和鞍形填料的優(yōu)點(diǎn)集合于一身,具有壓降小、通量大、效率高等優(yōu)點(diǎn),是性能最優(yōu)良的散堆填料之一。


球型填料的優(yōu)點(diǎn)是堆積均勻,利于流體分布,多用于氣體吸收、凈化和除塵等化工過(guò)程。散堆填料向著空隙率逐漸增大、壓降逐漸減小和效率逐漸提高的方向發(fā)展。散堆填料較規(guī)整填料具有優(yōu)良的抗堵性能,其在氣體凈化、石油化工及焦化等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

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