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精馏操作技术
作者:管理员   时间:2019-07-13 10:02  来源:未知   浏览:次


化工生产中所处理的原料、中间产物、粗产品等几乎都是混合物,而且大部分是均相物系。为进一步加工和使用,常需要将这些混合物分离为较纯净或几乎纯态的物质。精馏是分离均相液体混合物的重要方法之一,属于气液相间的相际传质过程。在化工生产中,尤其在石油化工、有机化工、高分子化工、精细化工、医药、食品等领域更是广泛应用。

第一节  精馏塔的结构及应用

3-1 板式塔结构

1-塔体;2-塔板;

3-溢流堰;4-受液盘; 5-降液管

文本框: 图3-1 板式塔结构 1-塔体;2-塔板; 3-溢流堰;4-受液盘; 5-降液管 一、精馏塔的分类及工业应用

完成精馏的塔设备称为精馏塔。塔设备为气液两相提供充分的接触时间、面积和空间,以达到理想的分离效果。根据塔内气液接触部件的结构型式,可将塔设备分为两大类:板式塔和填料塔。

板式塔:塔内沿塔高装有若干层塔板,相邻两板有一定的间隔距离。塔内气、液两相在塔板上互相接触,进行传热和传质,属于逐级接触式塔设备。本章重点介绍板式塔。

填料塔:塔内装有填料,气液两相在被润湿的填料表面进行传热和传质,属于连续接触式塔设备。

二、板式塔的结构类型及性能评价

(一)板式塔的结构

板式塔结构如图3-1所示。它是由圆柱形壳体、塔板、气体和液体进、出口等部件组成的。操作时,塔内液体依靠重力作用,自上而下流经各层塔板,并在每层塔板上保持一定的液层,最后由塔底排出。气体则在压力差的推动下,自下而上穿过各层塔板上的液层,在液层中气液两相密切而充分的接触,进行传质传热,最后由塔顶排出。在塔中,使两相呈逆流流动,以提供最大的传质推动力。

塔板是板式塔的核心构件,其功能是提供气、液两相保持充分接触的场所,使之能在良好的条件下进行传质和传热过程。

(二)塔板的类型

塔板有错、逆流两种,见表3-1。

表3-1 塔板的分类

分类

结构

特点

应用

错流

塔板

塔板间设有降液管。液体横向流过塔板,气体经过塔板上的孔道上升,在塔板上气、液两相呈错流接触, 如图3-2a所示。

适当安排降液管位置和溢流堰高度,可以控制板上液层厚度,从而获得较高的传质效率。但是降液管约占塔板面积的20%,影响了塔的生产能力,而且,液体横过塔板时要克服各种阻力,引起液面落差,液面落差大时,能引起板上气体分布不均匀,降低分离效率。

应用广泛。

逆流

塔板

塔板间无降液管,气、液同时由板上孔道逆向穿流而过,如图3-2b所示

结构简单、板面利用充分,无液面落差,气体分布均匀,但需要较高的气速才能维持板上液层,操作弹性小,效率低,

应用不及错流塔板广泛。

图3-2  塔板分类

本章只介绍错流塔板。按照塔板上气液接触元件不同,可分为多种型式,见表3-2。

表3-2  塔板的类型

分类

结构

特点

泡罩塔板

每层塔板上开有圆形孔,孔上焊有若干短管作为升气管。升气管高出液面,故板上液体不会从中漏下。升气管上盖有泡罩,泡罩分圆形和条形两种,多数选用圆形泡罩,其尺寸一般为Φ80 mm100 mm150mm三种直径,其下部周边开有许多齿缝,如图3-3

优点:低气速下操作不会发生严重漏液现象,有较好的操作弹性;塔板不易堵塞,对于各种物料的适应性强。

缺点塔板结构复杂,金属耗量大,造价高;板上液层厚,气体流径曲折,塔板压降大,生产能力及板效率低。

近年来已很少应用。

筛板

在塔板上开有许多均匀分布的筛孔,其结构如图3-4,筛孔在塔板上作正三角形排列,孔径一般为38mm,孔心距与孔径之比常在2.54.0范围内。板上设置溢流堰,以使板上维持一定深度的液层

优点:结构简单,金属耗量小,造价低廉;气体压降小,板上液面落差也较小,其生产能力及板效率较高。

缺点:操作弹性范围较窄,小孔筛板容易堵塞,不宜处理易结焦、粘度大的物料。

近年来对大孔(直径10mm以上)筛板的研究和应用有所进展。

浮阀塔板

阀片可随气速变化而升降。阀片上装有限位的三条腿,插入阀孔后将阀腿底脚旋转90°,限制操作时阀片在板上升起的最大高度,使阀片不被气体吹走。阀片周边冲出几个略向下弯的定距片。浮阀的类型很多,常用的有F1型、V-4型及T型等,如图3-5所示

优点:结构简单,制造方便,造价低。塔板的开孔面积大,生产能力大。操作弹性大。塔板效率高。

缺点:不易处理易结焦、粘度大的物料;操作中有时会发生阀片脱落或卡死等现象,使塔板效率和操作弹性下降。

应用广泛。

喷射型结板

舌形

塔板

在塔板上开出许多舌型孔,向塔板液流出口处张开,20°左右。舌片与板面成一定的角度,按一定规律排布,塔板出口不设溢流堰,降液管面积也比一般塔板大些,如3-6所示

优点:开孔率较大,故可采用较大空速,生产能力大;传质效率高;塔板压降小。

缺点:操作弹性小;板上液流易将气泡带到下层塔板,使板效率下降。

浮舌

塔板

将固定舌片用可上下浮动的舌片替代,结构如图3-7。

生产能力大,操作弹性大,压降小。

斜孔

塔板

在塔板上冲有一定形状的斜孔,斜孔开口方向与液流方向垂直,相邻两排斜孔的开口方向相反,如图3-8所示。

生产能力比浮阀塔大30%左右,结构简单,加工制造方便,是一种性能优良的塔板。

网孔

塔板

塔板上冲压出许多网状定向切口,网孔的开口方向与塔板水平夹角约为30°,有效张口高度为25mm,如图3-9所示。

具有处理能力大、压力降低、塔板效率高等优点,特别适用于大型化生产。

工业上常用的几种塔板的性能比较见表3-3

表3-3  常见塔板的性能比较

塔板类型

相对生产能力

相对塔板效率

操作弹性

压力降

结构

成本

泡罩塔板

筛板

浮阀塔板

舌形塔板

斜孔塔板

1。0

1.21.4

1.21.3

1.31.5

1.51。8

1.0

1.1

1。11.2

1.1

1.1

复杂

简单

一般

简单

简单

1。0

0.40.5

0.70。8

0.50。6

0.50。6

  

图3-3  泡罩塔板                               图3-4  筛板

1-升气管;2-泡罩;3-塔板

 

F1型                      V-4型                  T

图3-5  浮阀型式

1-浮阀片;2-凸缘;3-浮阀“腿”;4-塔板上的孔

          

图3-6  舌形塔板                   图3-7  浮舌塔板                   图3-9  网孔塔板

a)斜孔结构(b)塔板布置

图3-8  斜孔塔板

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