设备培训_课件（PPT31页)

塔釜类容器的有关知识高翊华塔釜容器类设备的有关知识环己酮车间2017-5-1一、塔类容器的有关知识1.塔设备简介•塔设备是石油化工和炼油等生产中最重要的设备之一，它可使气（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，可以在塔设备中完成的常见单元操作有：精馏、吸收、解吸及萃取等。2.塔设备的分类及一般构造1）按操作压力分为：加压塔、常压塔和减压塔；2）按单元操作分为：精馏塔、吸收塔、解吸塔、萃取塔、反应塔和干燥塔；3）按形成相际接触界面的方式分为：具有固定相界面的塔和流动过程中形成相界面的塔；4）最常用的分类是按塔顶内件结构分为板式塔和填料塔。•A：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、浓度沿塔高呈阶梯状变化。•B：在填料塔中，塔内装填一定形状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。A、塔体塔体是设备的外壳。常见的塔体是由等直径、等壁厚的圆筒和作为头盖和底盖的椭圆形封头所组成。但随着化工装置的大型化，逐渐由采用不等直径，不等壁厚的塔体。B、塔体支座是塔体安装到基础上的连接部分。应当具有足够的强度和刚度。最常用的塔体支座是裙式支座（简称裙座）。C、除沫器用于捕捉夹带在气流中的液滴。•使用高效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，以及减小对环境的污染等都是非常必要的。D、接管接管是用于连接工艺管路，把塔设备与相关设备连成系统。按进管的用途可分为：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。E、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。F、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，可在塔设备上焊上吊耳。G、吊柱在塔顶设置吊柱是为了在安装和检修时，方便它内件的运送。H、精馏段（一个完整的精馏塔是由精馏段、提馏段和进料段三部分组成）精馏段的作用是将进料的汽相部分中轻组分提浓，在塔顶得到合格产品。I、提馏段的作用是将进料的液相中重组分提浓以保证塔底产品质量，也提高了塔顶产品收率。2.填料塔的结构一、填料塔的结构特点【图片3-10】填料塔的结构示意图1.(填料塔总体结构动画）2.（气体进口装置）3（填料吸收塔动画）吸收就是使混合气体与适当的液体接触，使气体中的一个或几个组份溶解于该液体内而形成溶液，不能溶解的组份则保留在气相中，于是原混合气体的组份得以分离，这种利用各组份溶解度不同而分离气体混合物的操作。图片3-10所示为填料塔的结构示意图，填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备。填料塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动。液体从塔顶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，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液传质设备，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。当液体沿填料层向下流动时，有逐渐向塔壁集中的趋势，使得塔壁附近的液流量逐渐增大，这种现象称为壁流。壁流效应造成气液两相在填料层中分布不均，从而使传质效率下降。因此，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上。填料塔具有生产能力大，分离效率高，压降小，持液量小，操作弹性大等优点。填料塔也有一些不足之处，如填料造价高；当液体负荷较小时不能有效地润湿填料表面，使传质效率降低；不能直接用于有悬浮物或容易聚合的物料；对侧线进料和出料等复杂精馏不太适合等。二、填料的类型填料的种类很多，根据装填方式的不同，可分为散装填料和规整填料。1．散装填料散装填料是一个个具有一定几何形状和尺寸的颗粒体，一般以随机的方式堆积在塔内，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。现介绍几种较为典型的散装填料。【图片3-11】几种典型的散装填料阶梯环拉西环弧鞍填料矩鞍填料金属环矩鞍填料球形填料（1）拉西环填料拉西环填料于1914年由拉西（F.Rashching）发明，为外径与高度相等的圆环，如图片拉西环所示。拉西环填料的气液分布较差，传质效率低，阻力大，通量小，目前工业上已较少应用。（2）鲍尔环填料如图片鲍耳环所示，鲍尔环是对拉西环的改进，在拉西环的侧壁上开出两排长方形的窗孔，被切开的环壁的一侧仍与壁面相连，另一侧向环内弯曲，形成内伸的舌叶，诸舌叶的侧边在环中心相搭。鲍尔环由于环壁开孔，大大提高了环内空间及环内表面的利用率，气流阻力小，液体分布均匀。与拉西环相比，鲍尔环的气体通量可增加50%以上，传质效率提高30%左右。鲍尔环是一种应用较广的填料。（3）阶梯环填料如图片阶梯环所示，阶梯环是对鲍尔环的改进，与鲍尔环相比，阶梯环高度减少了一半并在一端增加了一个锥形翻边。由于高径比减少，使得气体绕填料外壁的平均路径大为缩短，减少了气体通过填料层的阻力。锥形翻边不仅增加了填料的机械强度，而且使填料之间由线接触为主变成以点接触为主，这样不但增加了填料间的空隙，同时成为液体沿填料表面流动的汇集分散点，可以促进液膜的表面更新，有利于传质效率的提高。阶梯环的综合性能优于鲍尔环，成为目前所使用的环形填料中最为优良的一种。（4）弧鞍填料弧鞍填料属鞍形填料的一种，其形状如同马鞍，一般采用瓷质材料制成，如图片弧鞍填料所示。弧鞍填料的特点是表面全部敞开，不分内外，液体在表面两侧均匀流动，表面利用率高，流道呈弧形，流动阻力小。其缺点是易发生套叠，致使一部分填料表面被重合，使传质效率降低。弧鞍填料强度较差，容破碎，工业生产中应用不多。（5）矩鞍填料如图片矩鞍填料所示，将弧鞍填料两端的弧形面改为矩形面，且两面大小不等，即成为矩鞍填料。矩鞍填料堆积时不会套叠，液体分布较均匀。矩鞍填料一般采用瓷质材料制成，其性能优于拉西环。目前，国内绝大多数应用瓷拉西环的场合，均已被瓷矩鞍填料所取代。（6）金属环矩鞍填料如图片金属换环聚鞍填料所示，环矩鞍填料（国外称为Intalox）是兼顾环形和鞍形结构特点而设计出的一种新型填料，该填料一般以金属材质制成，故又称为金属环矩鞍填料。环矩鞍填料将环形填料和鞍形填料两者的优点集于一体，其综合性能优于鲍尔环和阶梯环，在散装填料中应用较多。（7）球形填料球形填料一般采用塑料注塑而成，其结构有多种，如图片球形填料所示。球形填料的特点是球体为空心，可以允许气体、液体从其内部通过。由于球体结构的对称性，填料装填密度均匀，不易产生空穴和架桥，所以气液分散性能好。球形填料一般只适用于某些特定的场合，工程上应用较少。除上述几种较典型的散装填料外，近年来不断有构型独特的新型填料开发出来，如共轭环填料、海尔环填料、纳特环填料等。工业上常用的散装填料的特性数据可查有关手册。2．规整填料规整填料是按一定的几何构形排列，整齐堆砌的填料。规整填料种类很多，根据其几何结构可分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料等。【图片3-12】几种典型的规整填料2．填料的性能评价填料性能的优劣通常根据效率、通量及压降三要素衡量。在相同的操作条件下，填料的比表面积越大，气液分布越均匀，表面的润湿性能越好，则传质效率越高；填料的空隙率越大，结构越开敞，则通量越大，压降亦越低。采用模糊数学方法对九种常用填料的性能进行了评价，得出如表3-1所示的结论。可看出，丝网波纹填料综合性能最好，拉西环最差。表3-19种填料综合性能评价填料名称评估值语言值排序丝网波纹填料0.86很好1孔板波纹填料0.61相当好2金属0.59相当好3金属鞍形环0.57相当好4金属阶梯环0.53一般好5金属鲍尔环0.51一般好6瓷0.41较好7瓷鞍形环0.38略好8瓷拉西环0.36略好9五、填料塔的内件填料塔的内件主要有填料支承装置、填料压紧装置、液体分布装置、液体收集再分布装置等。合理地选择和设计塔内件，对保证填料塔的正常操作及优良的传质性能十分重要。五、填料塔的内件1．填料支承装置【图片3-14】填料支承装置填料支承装置的作用是支承塔内的填料，常用的填料支承装置有如图片3-14所示的栅板型、孔管型、驼峰型等。支承装置的选择，主要的依据是塔径、填料种类及型号、塔体及填料的材质、气液流率等。2．填料压紧装置【图片3-15】填料压紧装置3．液体分布装置【图片3-16】液体分布器：液体分布装置的种类多样，有喷头式、盘式、管式、槽式及槽盘式等。3、影响精馏塔操作的因素？影响精馏操作的因素有以下几种：（1）回流比的影响；（2）进料状态的影响；（3）进料量大小的影响；（4）进料组成变化的影响；（5）进料温度变化的影响；(6）塔顶冷剂量大小的影响；（7）塔顶采出量大小的影响；（8）塔底采出量大小的影响。1.回流比的影响操作中改变回流比的大小，以满足产品的质量要求是经常遇到的问题。当塔顶馏份重组份含量增加时，常采用加大回流的方法将重组份压下去，以使产品质量合格。当精馏段的轻组份下到提馏段造成塔下部温度降低时，可以用适当减少回流比的方法以使釜温度提起来。增加回流比，对从塔顶得到产品的精馏塔来说，可以提高产品质量，但是却要降低塔的生产能力，增加水、电、气的消耗。回流比过大，将会造成塔内物料的循环量过大，甚至能导致液泛，破坏塔的正常操作。2.进料状态有哪几种，对精馏操作有何影响？进料状态有五种：(1)冷进料。(2)饱和液。(3)气液混和物。(4)饱和气。(5)过热气。对于固定进料的某个塔来说，进料状态的改变，将会影响产品质量和损失。例如：某塔为饱和液进料，当改为冷进料时，料液入塔后在加料板上与提馏段上升的蒸气相遇，即被加热至饱和温度，与此同时，上升蒸汽有一部分被冷凝下来，精馏段塔板数过多，提馏段板数不足，结果会造成釜液中损失增加。这时在操作上，应适当调整再沸器蒸汽，使塔的回流量达到原来量。3.进料量的大小对精馏操作有何影响？有两种情况：(l)进料量波动范围不超过塔顶冷凝器和加热釜的负荷范围时，只要调节得当，对顶温和釜温不会有显著变化，而只影响塔内上升蒸汽速度的变化。(2)进料量变动的范围超过了塔顶冷凝器和加热的负荷范围时，不仅影响塔内上升蒸汽速度的变化，而且会改变塔顶、塔釜温度，致使塔板上的气液平衡组成改变，直接影响塔顶产品的质量和塔釜损失。总之，进料过大的波动，将会破坏塔内正常的物料平衡和工艺条件，造成了系列的波动。因此，应平衡进料，细心调节。5.进料温度的变化对精馏操作有何影响？进料温度的变化对精馏操作影响是很大的。进料温度低，会增加加热釜的热负荷，减少塔顶冷凝器的冷负荷。反之亦反。进料温度变化过大时，通常会影响整个塔的温度，从而改变汽液平衡。另外，进料温度的改变，会引起进料状态的变化，会影响精馏段、提馏段负荷的改变，使产品质量、物料平衡都会发生改变。因此，进料温度是影响精馏操作的重要因素之一。6.塔顶冷剂量的大小对精馏操作有何影响？塔顶冷剂量的大小会引起回流量和回流温度的变化。冷剂量加大，回流量也加大，塔顶温度下降；冷剂量减小，回流量也减小，会引起顶温上升，因此，塔顶冷剂量要适当。7.塔顶取出量的大小对精馏操作有何影响？塔顶取出量的大小与进料量有着密切关系：进料量增大或减小，取出量也相应增大或减小，这样才能保持搭内固定的回流比，维持塔的正常操作。如果进料不变，增加塔顶取出量，会引起回流比减小，操作压力下降，使重组分带到塔顶，引起产品不合格。减小取出量，会引起回流比增大，塔内的物料增多，上升蒸汽速度增大，塔顶与塔釜压差增大，时间长了会引起液泛，从而导致塔釜产品不合格。8.塔底采出量的大小对精馏操作有何影响？精馏操作中塔釜液