精餾塔設(shè)備的設(shè)計(jì)與節(jié)能研究進(jìn)展

郭娟娟

濱化集團(tuán)股份有限公司 山東濱州 256600

1 精餾原理概述及精餾塔設(shè)計(jì)

1.1 精餾原理概述

由于混合物中各組分的揮發(fā)性能不一樣，通過(guò)回流液體和氣相逆轉(zhuǎn)多級(jí)接觸，熱能驅(qū)動(dòng)和相平衡對(duì)其進(jìn)行了約束，容易揮發(fā)的組分就會(huì)從液相轉(zhuǎn)移到氣相中，但是難揮發(fā)組分是從氣相轉(zhuǎn)移到液相，這樣就可以分離混合物，這個(gè)過(guò)程就是精餾過(guò)程。原料進(jìn)入精餾塔后，塔身上部為精餾段，下部為精餾段[1]。

1.2 精餾塔設(shè)計(jì)

（1）塔板設(shè)計(jì)。由于塔板具有顯著的導(dǎo)向作用，有助于傳質(zhì)效率的提升，因此在設(shè)計(jì)精餾塔中的塔板部分時(shí)，需根據(jù)工藝需要選擇具有較高的組合設(shè)計(jì)效率，可在一定程度上提升生產(chǎn)效率的塔板形式。塔板按塔板結(jié)構(gòu)分泡罩板、篩板、浮閥板、網(wǎng)孔板、舌形板等，常用的各種塔板性能比較見(jiàn)表1。

表1 常見(jiàn)塔板的性能比較

各種塔板優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍比較見(jiàn)表2：

表2 各種塔板優(yōu)缺點(diǎn)及使用范圍

（2）填料處理和設(shè)計(jì)。填料塔的核心組成是填料，其為氣液兩相的接觸形成了傳質(zhì)相界面，對(duì)填料塔性能起到?jīng)Q定性的作用。

①亂堆填料具有幾何形狀和尺寸，它是一種顆粒體。在塔內(nèi)，將它用散裝的方式堆積起來(lái)。常見(jiàn)的散裝填料有環(huán)形填料[2]、鞍形填料、環(huán)鞍形填料及球形填料，這些填料是按照期結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類(lèi)的。經(jīng)常使用的散裝填料主要有：拉兩環(huán)填料，鮑爾環(huán)填料，階梯環(huán)填料，弧鞍填料，陶瓷拉西環(huán)填料，具有大通量、小壓降等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用。

②規(guī)整填料是一種按均勻幾何形狀排列在塔內(nèi)的填料。填料的特點(diǎn)是規(guī)定了氣液兩相的流徑，使得填料層內(nèi)的氣液分布得到了改善。

格柵填料是由條狀單元體按一定的規(guī)則構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)由于條狀單元體的形式和組合規(guī)則的不同而不同，因此其結(jié)構(gòu)的種類(lèi)多。木格柵填料是工業(yè)上應(yīng)用最早的格柵填料。這種填料中，使用做廣泛的有格里奇格柵填料、網(wǎng)孔格柵填料等，這些填料中最有代表性的是格里奇格柵填料，這種填料有較低的比表面積，主要用于低壓降、大負(fù)荷和堵塞。

通用型規(guī)整填料中常見(jiàn)的是波紋填料，大多數(shù)工業(yè)中用到的規(guī)整填料都屬于這種類(lèi)型。波紋填料是一種圓盤(pán)狀填料，由很多的波紋薄板構(gòu)成。波紋與塔軸可以形成30。和45。的傾角，相鄰兩波紋板在組裝時(shí)，其反向靠疊，在塔內(nèi)將每個(gè)盤(pán)填料進(jìn)行垂直安裝，相鄰兩盤(pán)填料進(jìn)行90 度交錯(cuò)的排列。這樣排列可以使得其結(jié)構(gòu)變得緊湊，具有較大的比表面積，比表面積可根據(jù)瓦楞結(jié)構(gòu)的形狀進(jìn)行調(diào)整。相鄰的兩個(gè)填料盤(pán)相互垂直，使得上升氣流不斷改變方向，下沉液不斷重新分布，增大了傳質(zhì)的效率。規(guī)則的填料布局減少了流動(dòng)阻力，提高了處理能力。

脈沖填料是一種由縮頸單空心棱鏡按一定方式組裝而成的規(guī)整填料。脈沖填料組裝完成后，將形成具有收縮頸的多孔棱形通道，其縱向流動(dòng)通道將交替收縮和擴(kuò)張。在頸段，氣速較快，湍流較劇烈，使得傳質(zhì)得到強(qiáng)化。在放大段中，通過(guò)減小氣速實(shí)現(xiàn)兩相分離?！懊}沖”的傳質(zhì)過(guò)程是通過(guò)交替重復(fù)的通道收縮和擴(kuò)張來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

2 精餾塔設(shè)備節(jié)能設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 分壁精餾工藝

分壁精餾屬于一種新型精餾設(shè)備。分壁精餾能夠有效提升能源應(yīng)用效率，在具體運(yùn)行期間，設(shè)備不會(huì)出現(xiàn)太多的熱損失，能夠顯著提升工作效率[3]。

2.2 反應(yīng)精餾與分隔壁精餾塔耦合設(shè)計(jì)

反應(yīng)精餾隔壁塔大幅度減少了流程，將能耗降低，投資減少，選擇性更高。國(guó)外有學(xué)者基于反應(yīng)速率展開(kāi)反應(yīng)精餾隔壁塔內(nèi)模擬，該反應(yīng)系統(tǒng)具有低選擇性、高轉(zhuǎn)化率，通過(guò)隔壁塔技術(shù)的應(yīng)用，可使選擇性、分離能力得到有效提升。

3 結(jié)語(yǔ)

精餾塔設(shè)計(jì)的優(yōu)劣能在極大程度上決定能源損耗，因此要對(duì)其的設(shè)計(jì)給予足夠的重視。當(dāng)前時(shí)代下，信息技術(shù)得到了快速發(fā)展，精餾塔設(shè)計(jì)由以往的手工設(shè)計(jì)與計(jì)算，逐漸被計(jì)算機(jī)信息技術(shù)所取代，因而精餾塔節(jié)能設(shè)計(jì)也得到了優(yōu)化。