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    化工塔器發展現狀
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    化工塔器

    2019-10-07      閱讀:
    塔設備是化工、石油化工和煉油等生產中重要的設備之一。在塔設備中完成的常見單元操作有:精餾、吸收、解吸和等。工業氣體的冷卻與回收、氣體的濕法冷制和干燥,以及兼有氣液兩相傳質和傳熱的增濕、減濕等。生產裝置的大型化和高新技術的發展對化工塔器提出了更高的要求,激烈的競爭促進了化工塔器的迅速發展。 
     

    1塔器的定義及分類 

      1.1塔器的定義 
      塔器,為圓筒形焊接結構的工藝設備,由筒體、封頭(或稱蓋頭)和支座組成。是專門為某種生產工藝要求而設計、制造的非標準設備。塔是用于蒸餾、提純、吸收、解吸、精餾等化工單元操作的直立設備,廣泛用于氣-液相與液-液相之間傳質、傳熱。 
      1.2塔器的分類 
      塔設備經過長期的發展,形成了各種各樣的結構,以滿足不同的需要。塔設備可按不同的方法分類,如按操作壓力分為常壓塔、減壓塔和加壓塔;按單元操作分為精餾塔、吸收塔、解析塔、反應塔和干燥塔。但長期以來,常用的分類方法是按塔的內部結構分為板式塔和填料塔兩大類。 

      2 塔設備的發展歷史 

      塔器技術的發展經歷了一個漫長的過程。泡罩塔是出現較早并獲得廣泛應用的一種塔型,工業規模的填料塔始于1881年的蒸餾操作中,1904年才用于煉油工業。20世紀初,隨著煉油工業的發展和石油工業的興起,塔設備開始得到廣泛應用,并逐漸積累了有關設計、制造、安裝、操作等方面的數據和經驗。20世紀中期,為了適應各種化工產品的生產和發展,不需要新建大量的塔,還要對原有塔設備進行技術改造,因此陸續出現了一批能適應各方面要求的新塔型。近年來,隨著對篩板塔研究工作的不斷深入和設計方法的日趨完善,篩板塔已成為生產上廣泛應用的塔型之一。同時,填料塔也進入了一個新的階段,一些新型高效塔內件和填料塔的問世,加上人們對傳質過程的仿真模擬及放大效應的解決,使填料塔在以板式塔為主的應用場合中,尤其是大型塔的應用中得到了很好的發展,并取得了一定的經濟效益。 

      3 板式塔的塔板類型、結構特點及流體力學性能 

      3.1塔板類型及結構特點 
      常見的塔板類型有:泡罩塔板、篩孔塔板、浮閥塔板、新型的噴射型塔板、浮動噴射型塔板等。 
      3.1.1泡罩塔。泡罩塔塔板上開有若干個孔,孔上焊有短管作為上升氣體的通道,稱為升氣管。短管上覆以泡罩,泡罩下部周邊開有許多齒縫,齒縫一般有矩形,三角形及梯形三種,常用的是矩形。泡罩的尺寸有φ80mm、φ100mm、φ150mm三種,操作時,液體橫向流過塔板,靠溢流堰保持塔板上有一定厚度的流動液層,齒縫浸沒于液層之中而形成液封。上升氣體通過齒縫進入液層時,被分散成許多細小的氣泡或流股,在板上形成了鼓泡層和泡沫層,為氣液兩相提供了大量的傳質界面。 
      3.1.2篩板塔。篩板塔板上開有許多均布的篩孔,孔徑一般為3~8mm,篩孔在塔板上作正三角形排列。操作時,液體橫向流過塔板,靠溢流堰,使板上能維持一定厚度的液層,上升氣流通過篩孔分散成細小的流股,在板上液層中鼓泡而出,氣液間密切接觸而進行傳質。 
      3.1.3浮閥塔。浮閥塔坂上開有若干標準孔徑為Ф39mm的孔,每個孔上裝有一個可以上下浮動的閥片。目前國內已采用的浮閥有五種,但常用的型式為F1型、V-4型及T型。 
      3.1.4舌型塔。舌型塔板的結構如圖所示。塔板上沖出許多舌形孔,舌片與板面成一定角度,向塔板的溢流出口側張開。舌片與板面成一定角度,有180、200、250三種,常用的為200,舌片尺寸有50mm×50mm和25mm×25mm兩種。舌孔按正三角形排列,塔板上的液流出口側不設溢流堰,只保留降液管,降液管截面積要比一般塔板設計得大些。 
      3.2 流體力學性能 
      板式塔的操作能否正常進行,與塔內氣液兩相的流體力學狀況有關。板式塔的流體力學特性包括:塔板壓降、液泛、霧沫夾帶、漏液及液面落差等。塔板壓降,也就是氣體通過塔板時的阻力損失,包括干板阻力(由板上各部件所造成的局部阻力)、板上充氣液層的靜壓強、板上液體的表面張力(摩擦阻力)。 
      正常操作時,降液管中有一足夠的液體高度,以克服兩板間由氣體壓差造成的壓降使液體能夠自上而下流動。但若氣相的流量增加,則塔板壓降升高,降液管內液 體流動不暢,從而導致管內液體積累;若液相的流量增加,降液管內截面不能滿足該液體順利流過,則管內液體積累,從而必然使降液管內液體不斷,終使整個板間充滿液體,使塔操作被嚴重破壞。這種現象即為液泛(淹塔)。當氣速升高,使塔板處于泡沫狀態或噴射狀態時,液體被吹散成液滴而被拋到一定的高度,其中某些液滴被帶到上一層塔板,該現象稱為霧沫夾帶。 
      在正常操作的塔板上,液體橫向流過塔板,然后通過降液管流下。但若氣體通過塔板的速度下降,上升氣體通過孔道的動壓不足以克服板上液體的重力,液體從塔板上的開孔處往下漏,稱漏液。 

      4 填料塔的填料類型及流體力學性能 

      4.1填料類型。填料有很多種形式,一般分為兩類,一類是個體填料如拉西環填料、鮑爾環、鞍形環等;另一類是規整填料,如柵板、θ網環、波紋填料等。根據操作流體的不同,可分別選用陶瓷、金屬、塑料、玻璃、石墨等材料的填料。 
      4.2流體力學特性。填料塔的流體力學性能包括持液量、填料層的壓強降、液泛及填料的潤濕性能等。填料層的持液量是指在一定操作條件下,在單位體積填料層內所積存的液體體積,以(m3液體)/(m3填料)表示。持液量可分為靜持液量Hs、動持液量Ho和總持液量Ht。靜持液量是指當填料被充分潤濕后,停止氣液兩相進料,并經排液至無滴液流出時存留于填料層中的液體量,其取決于填料和流體的特性,與氣液負荷無關。 

      5 塔器技術的發展現狀與展望 

      填料塔具有較大的調節范圍及操作彈性,這點對生產運行非常有利。特別是用戶對于氧、氮產品需求變化幅度比較大的時候,可充分利用填料塔的特點進行快速變負荷,在相適應的變負荷控制系統下,滿足用戶的需求,并確保填料塔精餾工況特別是物料純度的穩定。 
      板式塔與填料塔之間實際上是存在競爭的。在兩者的競爭中,雖然采用規整填料的填料塔在改造舊式塔及在真空蒸餾中占有明顯的勢,但在新建的蒸餾塔和在高壓蒸餾過程中,板式塔仍有其的性能。所以,板式塔將會與填料塔長期共同存在。今后板式塔和填料塔仍然將在不同場合下相互競爭。所以,在今后的研究和開發中,填料塔和板式塔應同樣受到重視。
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