精餾塔設(shè)備的發(fā)展及相關(guān)問題研究

周文豪，衛(wèi)煥俊

（河南神馬尼龍化工有限責(zé)任公司，河南平頂山 467000）

精餾塔設(shè)備的發(fā)展及相關(guān)問題研究

周文豪，衛(wèi)煥俊

（河南神馬尼龍化工有限責(zé)任公司，河南平頂山 467000）

精餾塔設(shè)備的相關(guān)研究以及應(yīng)用屬于化學(xué)工程研究工作中較為典型的開發(fā)過程。從4個階段對精餾塔設(shè)備發(fā)展歷程做了簡要的敘述，通過對該過程的分析可以了解化學(xué)工程研究工作自經(jīng)驗轉(zhuǎn)化為科學(xué)化的內(nèi)在規(guī)律。

精餾塔設(shè)備；發(fā)展；問題來解決方法

1 第一階段

該階段時間為20世紀初期至20世紀50年代。隨著20世紀初期煉油工業(yè)的不斷發(fā)展，精餾塔設(shè)備的應(yīng)用也逐漸廣泛，1904年煉油工業(yè)開始建造填料塔，1912年穿流塔也開始出現(xiàn)于煉油工業(yè)中。隨著Rachig環(huán)在1914年的問世，第一代亂堆填料也相應(yīng)產(chǎn)生，雖然實際效果卻并不理想，但人類開始了解填料塔的實際操作受到企業(yè)分布性能的影響。1920年泡罩塔板也開始運用于煉油工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中，也代表了經(jīng)歷塔設(shè)備開始進入現(xiàn)代化。依照精餾塔設(shè)備的典型技術(shù)發(fā)展歷程，可將現(xiàn)代塔設(shè)備技術(shù)的發(fā)展以及應(yīng)用總結(jié)為如下4個階段，具體如圖1 所示。

圖1 精餾塔設(shè)備研究階段

1920年至1950年，該期間內(nèi)，人們僅僅對平衡量、傳質(zhì)系數(shù)以及塔板效率等有關(guān)概念有初步的了解。故而，基于上述概念所設(shè)計的精餾塔設(shè)計水平相對較低，較為簡單。此時，雖然小型精餾塔設(shè)備當(dāng)中開始使用亂堆填料，但泡罩塔板依舊屬于工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中必不可少的塔內(nèi)件之一，被所有企業(yè)認定為不可代替的設(shè)備之一。該階段中，關(guān)于精餾塔設(shè)備的研究與開發(fā)工作也自實驗室規(guī)模逐漸轉(zhuǎn)向行為實驗工廠規(guī)模。

2 第二階段

該階段時間為20世紀50年代至同世紀70年代。精餾塔設(shè)備在工業(yè)中的應(yīng)用前景良好，具有極大的開發(fā)潛力。主要集中于以下幾方面：

2.1 浮閥塔板的成功研發(fā)

1951年，Koch公司員工Nutter提出了關(guān)于浮閥塔板的概念，并以這一概念為基礎(chǔ)研發(fā)了浮閥塔板。與泡罩塔板相比，浮閥塔板壓降值更大，操作效率也隨之提高，操作彈性增強。不僅如此，該內(nèi)件液面落差較低，且制作成本低廉，可用于臟、粘等體系，使用壽命長，所以成為精餾塔的主要內(nèi)件，上市一段時間之后，便替代了原有泡罩塔板。時至今日，大部分精餾塔所用塔板依舊以浮閥塔板為主。

2.2 FRI的建立

因為放大效應(yīng)的存在，精餾塔設(shè)計人員在實際工作中可能出現(xiàn)放大失敗的現(xiàn)象，給企業(yè)造成較為嚴重的經(jīng)濟損失。通過上述問題，人們開始發(fā)現(xiàn)有意識地對精餾塔當(dāng)中傳熱、流動力學(xué)以及傳質(zhì)進行研究，并認識到該研究需要進行規(guī)模相同或是相近的熱膜探究工作。1952年，美國多家石油企業(yè)以及化學(xué)公司開始組建專門用以研究精餾實驗的大規(guī)模基地，即FRI。實驗使用了如下三個標(biāo)準(zhǔn)體系：鄰二甲苯、C6/C7以及iC4/nC4和對。同時建造了兩座工業(yè)試驗塔，其中一座塔直徑為2 400mm，另外一座塔為1 200mm，專門用以對蒸餾塔應(yīng)用基礎(chǔ)以及生產(chǎn)相關(guān)問題進行研究。該實驗基地的建立，極大程度促進了當(dāng)時精餾塔設(shè)計水平的提高。

2.3 AIChE放大效應(yīng)的研究工作

放大效應(yīng)的存在往往容易令精餾塔設(shè)備設(shè)計工作出現(xiàn)問題，進而失敗。20世紀50年代，美國AIChE聯(lián)合了三所大學(xué)開始實施AIChE精餾以及吸收板效率的研究工作，并制定了對應(yīng)的五年研究計劃，進一步研究塔設(shè)備放大效應(yīng)形成的原因以及控制措施，希望構(gòu)建完整且使用范圍較廣的精餾塔工作效率測量理論以及放大的具體措施。然而，由于當(dāng)時實驗設(shè)備規(guī)模以及實驗體系不足以支持研究的完成，研究所得結(jié)果在之后的實際中的應(yīng)用效果并不佳。但是AIChE塔板效率理論內(nèi)容及其所提出的預(yù)估方式已然成為版效率估算的常用方式。至60年代，大孔篩板開始應(yīng)用于實際工作當(dāng)中。

3 第三階段與第四階段

第三階段時自70年代至90年代，該階段國外部分精餾塔設(shè)備生產(chǎn)商以及大學(xué)均開始對填料塔進行研究，至70年代末期，填料塔放大這一問題得到基本解決。填料塔應(yīng)用于大量新減壓塔設(shè)備當(dāng)中且獲得成功，代表了精餾塔塔內(nèi)件的革新，也有效提高了企業(yè)與社會的經(jīng)濟效益。

第四階段。該階段煉油工業(yè)以及石油工業(yè)的發(fā)展趨向于精細化以及大型化。如今，隨著計算機、工藝模擬等技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用愈發(fā)廣泛，應(yīng)用經(jīng)驗也愈加豐富，塔設(shè)備開始向提高效率、降低能耗、減少成本與提高經(jīng)濟效益發(fā)展。此外，填料在減壓塔中的運用更為廣泛，使得部分常壓塔或是加壓塔的產(chǎn)能得到提高。而高效率、高處理能力的板式塔也開始廣泛應(yīng)用于實際生產(chǎn)當(dāng)中，且取得了較大的成功。

4 結(jié)束語

精餾塔設(shè)備的發(fā)展歷程同人類文明進步之間的關(guān)系較為機密，隨著歷史的不斷發(fā)展，企業(yè)對精餾塔內(nèi)部構(gòu)建的要求也各不相同。精餾塔設(shè)備急速的發(fā)展能夠有效促進化學(xué)工業(yè)的發(fā)展與進步。

[1]任海倫，安登超，朱桃月，等.精餾技術(shù)研究進展與工業(yè)應(yīng)用[J].化工進展，2016，（6）.

Development of Rectification Column Equipment and Related Problems

Zhou Wen-hao，Wei Huan-jun

The research and application of distillation column equipment are typical development process in chemical engineering research.In this paper，the development process of the distillation column equipment is briefly described in four stages.Through the analysis of the process，the intrinsic laws of chemical engineering research work from experience to science are understood.

rectification tower equipment；development；problem to solve

TQ028.31

A

1003-6490（2016）08-0060-01

2016-08-06

周文豪（1985—），男，河南南陽人，助理工程師，主要從事化工生產(chǎn)和管理工作。