精馏操作技术

日期：2019-07-13 　人气：

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

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3-2（a）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3-2（b）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 mm，100 mm，150mm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3～8mm，孔心距与孔径之比常在2.5～4.0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，张角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，如图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	在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2～5mm，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。