设备管理_化工设备知识培训--塔设备基础知识

化工设备知识培训 塔设备基础知识 主要内容 1塔设备概述 2板式塔 3填料塔 4精馏塔 5吸收塔 6萃取塔 1塔设备概述 化工厂塔设备1 化工厂塔设备2 1塔设备概述 1塔设备概述 1 1塔设备的概念 化工生产过程中可提供气液或液液两相之间进行直接接触机会 达到相际传质及传热目的 又能使接触之后的两相及时分开 互不夹带的设备 注 相是指没有外力作用下 物理 化学性质完全相同 成分相同的均匀物质的聚集态 外形特点 体型高 长宽比大 1 2塔设备的主要特点 塔设备是化工 炼油生产中最重要的设备之一 常见的 可在塔设备中完成单元操作的有精馏 吸收 解吸 萃取及气体的洗涤 冷却 增湿 干燥等 1 3塔设备的种类 1塔设备概述 1 按塔的内部构件结构形式 可将塔设备分为两大类 板式塔和填料塔 2 按化工操作单元的特性 功能 可将塔设备分为 精馏塔 吸收塔 萃取塔 反应塔 解吸塔 再生塔和干燥塔等 3 按操作压力可将塔设备分为 加压塔 常压塔和减压塔 1塔设备概述 1 4塔设备的主要外部构件及作用 1 板式塔 2 填料塔 1 4 1塔体 塔体即塔设备的外壳 常见的塔体由等直径 等厚度的圆筒及上下封头组成 塔设备通常安装在室外 因而塔体除了承受一定的操作压力 内压或外压 温度外 还要考虑风载荷 地震载荷 偏心载荷 此外还要满足在试压 运输及吊装时的强度 刚度及稳定性要求 1塔设备概述 塔体支座是塔体与基础的连接结构 因为塔设备较高 重量较大 为保证其足够的强度及刚度 通常采用裙式支座 简称 裙座 裙座分为圆筒形和圆锥形两种 1 4 2支座 1塔设备概述 1 4 3人孔及手孔 为安装 检修 检查等需要 往往在塔体上设置人孔或手孔 不同的塔设备 人孔或手孔的结构及位置等要求不同 1 4 6吊柱 安装于塔顶 主要用于安装 检修时吊运塔内件 1塔设备概述 1 4 4接管 为用于连接工艺管线 使塔设备与其他相关设备相连接 按其用途可分为进液管 出液管 回流管 进气出气管 侧线抽出管 取样管 仪表接管 液位计接管等 1 4 5除沫器 为用于捕集夹带在气流中的液滴 除沫器工作性能的好坏对除沫效率 分离效果都具有较大的影响 2板式塔 2板式塔 2 1板式塔的概念 板式塔是一种逐级 板 接触的气液传质设备 塔内以塔板为基本构件 气体自塔底以鼓泡或喷射的形式穿过塔板上的液层 使气 液相密切接触而进行传质传热 两相的浓度呈阶梯式变化 2 2板式塔的类型 2板式塔 板式塔类型的不同 在于其中的塔板结构不同 常见的主要类型有 泡罩塔 筛板塔 浮阀塔 舌片塔等 2 2 1泡罩塔 板泡罩塔是工业应用最早的板式塔 而且在相当长的一段时期内是板式塔中较为流行的一种塔型 泡罩塔盘的结构主要由泡罩 气液接触元件 升气管 溢流堰 降液管及塔板等部分组成 2板式塔 泡罩塔的优点 操作弹性大 因而在负荷波动范围较大时 仍能保持塔的稳定操作及较高的分离效率 气液比的范围大 不易堵塞等 泡罩塔的缺点 结构复杂 造价高 气相压降大 以及安装维修麻烦等 目前 只是在某些情况如生产能力变化大 操作稳定性要求高 要求有相当稳定的分离能力等要求时 可考虑使用泡罩塔 2 2 2筛板塔 筛板塔也是应用历史较久的塔型之一 与泡罩塔相比 筛板塔结构简单 筛板塔结构及气液接触状况如下图所示 筛板塔塔盘分为筛孔区 无孔区 溢流堰及降液管等部分 2板式塔 2板式塔 筛板塔的优点 筛板塔的缺点 小孔径筛板易堵塞 不适于处理脏的 粘性大的和带固体粒子的料液 筛孔塔板是最简单的塔板 造价低廉 只要设计合理 其操作弹性是可以满足生产需要的 目前已成为应用最为广泛的一种板型 1 结构简单 制造和维修方便 相同条件下生产能力高于浮阀塔 2 塔板压力降较低 适用于真空蒸馏 3 塔板效率较高 但稍低于浮阀塔 4 具有较高的操作弹性 但稍低于泡罩塔 2 2 3浮阀塔 浮阀塔板的结构特点是在塔板上开有若干个阀孔 每个阀孔装有一个可上下浮动的阀片 阀片本身连有几个阀腿 插入阀孔后将阀腿底脚拨转90 以限制阀片升起的最大高度 并防止阀片被气体吹走 阀片周边冲出几个略向下弯的定距片 当气速很低时 由于定距片的作用 阀片与塔板呈点接触而坐落在阀孔上 在一定程度上可防止阀片与板面的粘结 2板式塔 链接1 浮阀塔的优点 1 生产能力大 2 操作弹性大 3 塔板效率较高 4 塔板结构及安装较泡罩简单 重量较轻 浮阀塔的缺点 1 在气速较低时 仍有塔板漏液 故低气速时塔板效率有所下降 2 浮阀阀片有卡死和吹脱的可能 这会导致操作运转及检修的困难 3 塔板压力降较大 妨碍了它在高气相负荷及真空塔中的应用 浮阀塔板是对泡罩塔板的改进 取消了升气管 在塔板开孔上方设置了浮阀 浮阀可根据气体的流量自行调节开度 气量较小时可避免过多的漏液 气量较大时可使气速不致过高 降低了压降 2板式塔 2 2 4舌形塔 舌型塔是应用较早的一种斜喷型塔 气体通道为在塔盘上冲出的以一定方式排列的舌片 舌片开启一定的角度 舌孔方向与液流方向一致 舌形塔板是为了防止过量液沫夹带而设计的一种塔型 舌形塔结构简单 安装检修方便 但这种塔的负荷弹性较小 塔板效率较低 因而使用受到一定限制 2板式塔 2板式塔 为了克服上述舌形塔的不足 20世纪60年代研制的一种定向喷射型浮动舌形塔板 它的处理能力大 压降小 舌片可以浮动 因此 塔盘的雾沫夹带及漏液均较小 操作弹性显著增加 板效率也较高 但其舌片容易损坏 链接2 2 2 5板式塔的比较 各种板式塔的比较是一个十分复杂的问题 但就生产能力 塔板效率 操作弹性 压力降及造价等方面来看 浮阀塔在蒸气负荷 操作弹性 塔板效率方面与泡罩塔相比都具有明显优势 因而目前获得了广泛应用 筛板塔的压降小 造价低 生产能力大 除操作弹性较小外 其余均接近浮阀塔 故应用也较广 2板式塔 2 3塔盘 板式塔的塔盘主要分为溢流式和穿流式两大类 二者之间的区别就在于溢流式塔盘有降液管 而穿流式塔盘上的气液两相同时通过塔板上的一些孔道流动 穿流式塔盘处理能力较大 压力降较小 但效率及操作弹性较差 溢流式塔盘由气液接触元件 如浮阀 筛孔 泡罩等 塔板 降液管及受液盘 溢流堰等构成 2板式塔 链接3 2 3 1塔盘的结构 下面主要介绍溢流式塔盘的结构 穿流式塔盘因省去了降液管 结构简化 故不叙述 塔盘按结构特点可分为整块式塔盘和分块式塔盘 当塔径 700mm时 采用整块式塔盘 塔径 800mm时宜采用分块式塔盘 2 3 2塔盘的分类 整块式塔盘根据组装方式不同可分为定距管式 重叠式和支撑圈式 采用整块式塔盘时 塔体由若干个塔节组成 每个塔节中装有一定数量的塔盘 塔节之间采用法兰连接 1 整块式塔盘 2板式塔 直径较大的板式塔 为便于制造 安装 检修 可将塔盘板分成数块 通过人孔送入塔内 装在焊于塔体内壁的塔盘支承件上 分块式塔盘的塔体 通常为焊制整体圆筒 不分塔节 2 分块式塔盘 2 3 3降液管 作用 使夹带气泡的液流进入降液管后具有足够的分离空间 能将气泡分离出来 从而仅有清液流往下层塔盘 2板式塔 结构型式 可分为圆形降液管和弓形降液管两类 圆形降液管通常用于液体负荷低或塔径较小的场合 弓型降液管适用于大液量及大直径的塔 为了保证降液管出口处的液封 在塔盘上设置受液盘 受液盘有平型和凹型两种 见下图 受液盘的型式和性能直接影响到塔的侧线取出 降液管的液封和流体流入塔盘的均匀性等 平型受液盘适用于物料容易聚合的场合 当液体通过降液管与受液盘的压力降大于25mm水柱 或使用倾斜式降液管时 应采用凹型受液盘 2 3 4受液盘 2板式塔 溢流堰有保持塔盘板上一定液层高度和促使液流均匀分布的作用 采用平型受液盘时 为使上层塔板流入的液体能在塔盘上均匀分布 并为了减小入口液流的冲力 常在液体进口处设置进口堰 2 3 5溢流堰及进口堰 2板式塔 2 4板式塔工作原理 2板式塔 正常工作时 液体在重力作用下自上而下通过各层塔板后由塔底排出 气体在压差推动下 经均布在塔板上的开孔由下而上穿过各层塔板后由塔顶排出 在每块塔板上皆储有一定的液体 气体穿过时两相接触进行传质 为有效地实现气液两相之间的传质 板式塔应具有两方面的功能 1 每块板上气液两相保持密切充分的接触 为传质过程提供足够大且不断更新的相界面 减小传质阻力 2 使气液两相尽量保持逆流流动状态 以提供最大的传质推动力 总之 设计意图是塔内逆流 板上错流 塔板操作示意 浮阀 链接5 塔板操作示意 筛板 链接6 2板式塔 3填料塔 3 1填料塔的概念 3填料塔 填料塔属于微分接触型的气液传质设备 塔内以填料为气液接触和传质的基本元件 液体在填料表面呈膜状自上而下流动 气体呈连续相自下而上与液体做逆流流动 并进行气液两相间的传质与传热 两相的浓度或温度沿塔高呈连续变化 3 2填料塔的结构 典型填料塔的结构如上图所示 主要部件有塔体 填料及支承 液体分布器及再分布器 除沫器等 3填料塔 3 3填料 填料是填料塔的核心内件 它为气 液两相充分接触进行传热传质提供了表面积 可分为散装填料和规整填料两大类 3 3 1散装填料 散装填料是指以乱堆为主的填料 这种填料是具有一定外形的颗粒体 又称之为颗粒填料 根据外形分以下三种 1 环形填料 拉西环填料 鲍尔环填料 阶梯环填料 2 鞍形填料 弧鞍填料 矩鞍填料 改进矩鞍填料 3 金属鞍环填料 3填料塔 3 3 1 1拉西环 Raschigring 填料 缺点 由于高径比大 堆积时填料间易形成线接触 因此液体在填料层流动时 常存在严重的沟流和壁流现象 且拉西环填料的内表面润湿率较低 因而传质速率也不高 在拉西环基础上衍生了 环 十字环及螺旋环等 其基本改进是在拉西环内增加一结构 以增大填料的比表面积 优点 易于制造 价格低廉 且对它的研究较为充分 所以在过去较长的时间内得到了广泛的应用 3填料塔 3 3 1 2鲍尔环 Pallring 填料 在拉西环的基础上发展起来的鲍尔环是在其侧壁上开一层或两层长方形小孔 小孔的母材并不脱离侧壁而是形成向内弯的叶片 鲍尔环填料的优良性能使它一直为工业所重视 应用十分广泛 可由陶瓷 金属或塑料制成 比之拉西环 鲍尔环不仅具有较大的生产能力和较低的压降 且分离效率较高 沟流现象也大大降低 3填料塔 3填料塔 这样的结构使得阶梯环填料的性能在鲍尔环的基础上又有提高 其生产能力可提高约10 压降则可降低25 且由于填料间呈多点接触 床层均匀 较好地避免了沟流现象 阶梯环填料的结构与鲍尔环填料相似 环壁上开有长方形小孔 环内有两层交错45 的十字形叶片 环的高度为直径的一半 环的一端成喇叭口形状的翻边 阶梯环一般由塑料和金属制成 由于其性能优于其它侧壁上开孔的填料 因此获得广泛的应用 3 3 1 3阶梯环填料 Stairring 弧鞍是较早开发的一种表面全部展开的具有马鞍形状的瓷质型填料 又称马鞍填料 弧鞍填料在塔内呈相互搭接状态 形成弧形气体通道 优点 与拉西环相比 空隙率高 气体阻力小 液体分布性能较好 性能优于拉西环 缺点 相邻填料易发生互套叠现象 使填料有效表面降低 从而影响传质速率 因此弧鞍填料很快就被矩鞍填料所取代 3 3 1 4弧鞍形填料 3填料塔 矩鞍是在弧鞍基础上发展起来的一种结构不对称的鞍形填料 矩鞍填料的两端为矩形 且填料的两面大小不等 这样的结构使矩鞍克服了弧鞍填料相互重叠的缺点 填料的均匀性得到改善 因而使液体分布均匀 气液传质速率得到提高 瓷矩鞍填料是目前采用最多的一种瓷质填料 3 3 1 5矩鞍形填料 3填料塔 3 3 1 6金属英特洛克斯 Intalox 填料 将环形结构与鞍形结构的特点集于一体而形成的一种独特结构的填料 具有生产能力大 压降低 液体分布性能好 传质速率高及操作弹性大等优良性能 因而获得广泛应用 在减压蒸馏中其优势更为显著 3填料塔 上述几种形式的填料属实体填料 与之对应的另一类金属丝网制成的填料称为网体填料 网体填料也有多种形式 如网环和鞍型网等 3 3 1 7网体填料 Wiregauzepackings 缺点 造价很高 故多用于实验室中难分离物系的分离 因网丝细密 填料的空隙很高 比表面积很大 由于毛细管作用 填料表面润湿性能很好 故网体填料气体阻力小 传质速率高 3填料塔 优点 3 3 2规整填料 在乱堆的散装填料塔内 气液两相的流动路线是随机的 加之填料填装时难以做到各处均匀如一 因而容易产生沟流等不良情况 从而降低塔的效率 规整填料是一种在塔内按均匀的几何图形规则 整齐堆砌的填料 空隙大 故生产能力大 压降小 且因流道规则 所以只要液体初始分布均匀 则在全塔中分布也均匀 因此规整填料几乎无放大效应 通常具有很高的传质效率 造价较高 易堵塞难清洗 因此工业上一般用于较难分离或分离要求很高的情况 3填料塔 规整填料的种类按照结构可分为丝网波纹填料和板波纹填料 使用时根据填料塔的结构尺寸 叠成圆筒形整块放入塔内或分块拼成圆筒形在塔内砌装 各种陶瓷规整填料 金属板波纹规整填料 3填料塔 3 3 3填料用材的选择 1 塑料 设备操作温度较低 除浓硫酸 浓硝酸等强酸外 体系对塑料无溶胀 但塑料表面对水溶液的润湿性差 2 陶瓷一般用于腐蚀性介质 尤其是高温时 但对HF和高温下的H3PO4与碱不能使用 3 金属耐高温 但不耐腐蚀 不锈钢可耐一般的酸碱腐蚀 含Cl 的酸除外 但价格较昂贵 3填料塔 3 4填料的支撑装置 填料的支承装置安装在填料层的底部 其作用是防止填料穿过支承装置而落下 支承操作时填料层的重量 保证足够的开孔率 使气液两相能自由通过 支撑栅板是结构最简单 最常用的填料支承装置 如下图 它由相互垂直的栅条组成 放置于焊接在塔壁的支撑圈上 这种支承装置广泛用于规整填料塔 用于散装填料时 栅板上先放置一盘板波纹填料 然后再装填散装填料 避免散装填料直接乱堆在栅板上 将空隙堵塞从而减少其开孔率 3 4 1栅板型支撑 3填料塔 3 4 2气液分流型支承 气液分流型支承属于高通量低压降的支承装置 其特点是为气体及液体提供了不同的通道 避免了栅板式支承中气液从同一孔槽中逆流通过 这样既避免了液体在板上的积聚 又有利于液体的均匀再分配 气液分流型支承有驼峰式支承装置和孔管式填料支承装置 驼峰式支承装置 孔管式填料支承装置 3填料塔 3 5填料塔的液体分布器 液体分布器 对进入塔内的液体进行分布 使得液体在塔截面上分布均匀 液体分布器根据其结构形式 可分为以下几种 3填料塔 3 6填料塔的液体收集再分布器 3 6 1填料层分段 当液体沿填料层向下流动时 有流向器壁形成 壁流 的倾向 结果使液体分布不均 降低传质效率 严重时使塔中心的填料不能被润湿而形成 干锥 为了提高塔的传质效率 填料必须分段 在各段填料之间 安装液体收集再分布装置 其作用有二 1 收集上一填料层的液体 并使其在下一填料层均匀分布 2 当塔内气 液相出现径向浓度差时 液体收集再分布器将上层填料流下的液体完全收集 混合 然后分布到下层填料 并将上升的气体均匀分布到上层填料以消除各自的径向浓度差 3填料塔 2 3 6 2典型结构 3填料塔 液体再分布器 为改善向壁偏流效应造成的液体分布不均 在填料层内部每隔一定高度设置的装置 3 7填料的压紧和限位装置 1 填料压紧器又称填料压板 将其自由放置于填料层上部 靠其自身的重量压紧填料 当填料层移动并下沉时 填料压板即随之一起下落 故散装填料的压板必须有一定的重量 常用的填料压紧板有栅条式和网板式填料压板 均可制成整体式或分块结构 视塔径大小及塔体结构而定 丝网压板 3填料塔 2 填料限位器又称床层定位器 用于金属 塑料制成的散装填料及所有规整填料 它的作用是防止高气速 高压降或塔的操作出现较大波动时 填料向上移动而造成填料层出现空隙 从而影响塔的传质效率 3填料塔 3 8除沫器 用来除去由填料层顶部逸出的气体中的液滴 安装在液体分布器上方 3 9填料塔工作原理 操作时 液体自塔上部进入 并通过液体分布器均匀喷洒于塔截面上 并在填料表面呈膜状流下 气体自塔下部进入 通过填料层中的空隙由塔顶排出 气液两相在液膜表面进行传质 塔设备工作原理 链接7 3填料塔 3填料塔 3 10板式塔与填料塔的比较 对许多逆流接触的过程 填料塔和板式塔都可以使用 各种塔型各有优劣 应根据物系综合考虑选择 填料塔操作范围较小 特别是对于液体负荷的变化更为敏感 填料塔不宜于处理易聚合或含有固体悬浮物的物料 当气液接触过程中需要冷却以移出反应热或溶解热时 不适宜用填料塔 另外 当有侧线出料时 填料塔也不如板式塔方便 填料塔的塔径可以很小 但板式塔的塔径一般不小于0 6m 板式塔的设计资料更容易得到而且更为可靠 安全系数可以取得更小 3填料塔 当塔径不很大时 填料塔的造价便宜 对于易起泡的物系 填料塔更合适 对于腐蚀性物系 填料塔更合适 对于热敏性物系 采用填料塔较好 填料塔的压降比板式塔小 更适于真空操作 4精馏塔 液体混合物的蒸馏操作 是提纯物质和分离混合物的一种方法 它广泛应用于化工生产中 4 1精馏塔的结构 4精馏塔 链接 9板式精馏塔 4精馏塔 4 2精馏塔操作的基本概念 4 2 1沸点 泡点 露点 任何液体受热 其饱和蒸汽压等于外界大气压时的温度 叫该液体的沸点 外界压强越高 液体的沸点就越高 外界的压强越低 液体的沸点也越低 在一定压力下 将某液体混合物加热至刚刚开始气化 即刚刚出现第一个微小气泡 时保持的平衡温度 称为该液体混合物的泡点温度 简称泡点 继续加热 直至全部气化并将这种气体混合物在一定压力下 冷却至刚刚出现第一滴液珠所保持平衡时的温度 称为露点温度 简称露点 4精馏塔 4 2 2精馏基本原理 精馏是把液体混合物在传质设备 塔 中 进行多次部分汽化 同时把产生的蒸汽多次部分冷凝 达到完全分离混合物 获得所要求纯度的组分的操作 精馏的操作过程中 是在逆流作用的塔式设备中进行的 被塔釜加热的流体 所产生的蒸汽在塔内自下而上地流动 而送入塔顶的回流液体 则与上升的蒸汽相迎 自上而下地流动 由于气液两相在塔中不断地相互接触 进行热和质的交换 使两相在热交换过程中 易挥发组分不断地从液相中向气相中扩散 气相中易挥发组分增浓 液相中易挥发组分逐渐减少 难挥发组分逐渐增浓 两相处于不平衡情况下 则存在推动力 产生质的传递 直至两相达到平衡时 这种传质过程停止 通过整个精馏过程 最终由塔顶得到纯度较高的易挥发组分 塔顶馏出物 的产品 由塔釜排出不易挥发的物质 4 2 3板式精馏塔正常状态动态演示 12板式精馏塔动态演示正常状态 4精馏塔 4精馏塔 4 2 4液泛 塔正常工作时 降液管中的液面必须有足够的高度 以克服两板间的压降而流动 当气液两相之一的流量增大 使降液管内液体不能顺利下流 造成两板间液体相连 1 控制气液速度于液泛速度之下 后果 出现淹塔现象 采取措施 2 采用较大的板间距 链接10板式精馏塔动态演示液泛 4精馏塔 4 2 5液沫夹带 上升气流穿过塔板上液层时 将板上液体带入上层塔板的现象 为保证传质达到一定效果 将液沫夹带量控制在0 1kg 液 kg 气 以下 后果 过量液沫夹带后果 造成返混 导致板效率严重下降 采取措施 1 控制气速 2 增大板间距 4 2 6漏液 指当上升气体流速减小 气体通过升气孔道的动压不足以阻止板上液体经孔道流下 便会出现漏液现象 增大气速 使气流分布不均 后果 塔板效率下降 严重时塔无法正常工作 采取措施 漏液量不大于液体流量的10 漏液气速 操作气速 液泛速度 4精馏塔 4 2 7塔的操作弹性 塔的操作弹性是指最大允许负荷 负荷上限 至最小允许负荷 负荷下限 的范围 精馏塔的负荷上限 使用液沫夹带控制 允许夹带量不大于10 以能引起 液泛 现象为止 两者界限下的最大负荷 负荷下限 是以漏液量接近10 为准的最小负荷 一般 浮阀塔操作弹性较大 可达9左右 泡罩塔约为5 筛板塔较小 填料塔最小 4精馏塔 4 3影响精馏操作的工艺因素 4 3 1塔釜温度 在操作压力不变的情况下 提高塔釜温度 则使塔内液相中的易挥发组分减少 同时并使上升蒸汽的速度增大 有利于提高传质效率 如果由塔顶得到产品 则塔釜排出难挥发物中 易挥发组分减少 可减少工艺损失 如果塔釜排出物为产品 则可以提高产品质量 但塔顶排出的易挥发组分中夹带的难挥发组分增多 从而增大工艺损失 因此在提高温度时 既要考虑到产品质量 又要考虑到工艺损失 在平稳操作过程中 釜温突然升高 来不及调节相应的压力和塔釜温度时 必然导致塔釜液被蒸空 压力升高 这时重组分 难挥发组分 易被蒸到塔顶 使塔顶产品不合格 4精馏塔 4 3 2操作压力 在一定操作温度的情况下 提高操作压力 可以相应地提高塔的生产能力 但是在塔釜难挥发产品中 易挥发组分含量增加 如果从塔顶得到产品 则可以提高产品的质量和易挥发组分的浓度 4 3 3加料温度 常见的进料情况有沸点进料 冷液进料 饱和蒸气进料 气液混合进料和过热蒸气进料 如果是冷液进料 且进料温度低于加料板上的温度 那么加入的物料全部进入提馏段 使提馏塔负荷增加 塔釜消耗蒸汽量增加 塔顶难挥发组分降低 若塔顶为产品 则会提高产品质量 4精馏塔 如果是饱和蒸气进料 则进料温度高于加料板上的温度 所进物料全部进入精馏段 精馏段的负荷增加 会使塔顶产品质量降低 甚至不合格 精馏塔较为理想的进料情况是沸点进料 它较为经济和最为常用 4 3 4加料量 在允许负荷范围内 提高加料量 对提高产品的产量有益 如果超出允许负荷 提高加料量 会产生夹带 甚至液泛 如果加料量过低 塔的平衡操作不好维持 特别是浮阀塔 筛板塔等 由于负荷减低 蒸汽速度减小 塔板容易漏液 精馏效率降低 4精馏塔 4 3 5回流 在精馏操作中 回流是维持全塔正常操作的必要条件 一般 提高回流比 可以提高产品质量 但是回流比过大 塔内的内循环增加 使水 电和气的消耗量增加 操作费用相应提高 当塔顶采出量变大 回流比减小时 塔内气液接触不好使平衡受到破坏 因而传质效率下降 同时 操作压力下降 难挥发组分易被带到塔顶 导致精馏效率下降 塔顶产品质量不合格 4精馏塔 4 4精馏塔的操作技术 4 4 1精馏塔原始开车操作技术 原始开车一般按以下程序进行 1 检查按安装工艺流程图逐一进行核对检查 2 吹除和清除在新建或大修后的塔系统所属设备和管道内 往往存在有安装过程中的灰尘 焊条铁屑等杂物 为了避免这些杂物在开车时堵塞管路或卡坏阀门 必须用压缩空气进行吹除或清扫 吹除前应按气液流程 依次拆开与设备 阀门连接的法兰 吹除物由此排放 吹洗时用高速压缩空气分段吹尽并用木锤轻击外壁 每吹尽一段 立即装好法兰 吹洗流程应该是从设备的高处往低处吹 4精馏塔 3 系统水压试验和气密性试验 为了检查设备焊缝的致密性和机械强度 在使用前要进行水压试验 水压试验一般按设计图纸上的要求进行 水压试验要用常温下的清水 并要从设备的最低点注入 使设备内的气体由上面放尽 为了保证开车时气体不从法兰及焊缝处泄露出来 使塔操作连续稳定 必须进行系统气密性试验 试验方法是用压缩机向系统内送入空气 并逐渐将压力提高到操作压力的1 05倍 然后对所有设备 管线上的焊缝和法兰逐个涂抹肥皂水进行查漏 发现漏处 做好标记或记录 泄压后进行处理 如无泄漏 保压30min 压力不降为合格 最后将气体放空 4精馏塔 4 单机试车和联动试车 单机试车是为了确认转动和待转动设备 如空压机和离心泵等 是否好用 是否负荷有关技术规范 单机试车是在不带物料和无负载的情况下进行的 首先断开联轴节 单独开动电动机 运转48h 观察电机是否发热 震动 有无杂音 转动方向是否正确等 联动试车是用水或生产物料类似的其他物料 代替生产物料所进行的一种模拟生产状态的试车 目的是为了检验生产装置连续通过物料的能力 联动试车时给水加热 观察仪表是否准确地指示所通过的流量 温度和压力等数据 以及设备的运转是否正常等情况 4精馏塔 6 系统开车 在工业生产中 被分离的物质绝大部分为有机物 它们具有易燃 易爆的性质 在设备投产前 如果不驱出设备内的空气 就很容易与有机物形成爆炸混合物 因此在向系统送入混合物前 应先用惰性气体 氮气 将其中的空气置换 使置换气中含氧量不大于0 5 5 系统的置换 系统置换合格后 即可进行系统开车 4精馏塔 4 4 2精馏塔正常开 停车操作技术 1 正常开车 系统装置置换合格后 即可进行生产的正常开车 精馏操作的正常开车分为短期停车后开车和长期停车后开车 a 短期停车后的开车 检查原料库存情况 选定加料量 向塔釜加料 当看见液面后 缓慢升温 在此过程中 随着塔压的升高 塔内的惰性气体逐渐被排出 此时冷凝液应相应逐渐加大 并进行全回流操作 当塔釜液面控制在1 2 2 3时 即可开始加料 当塔随升温过程已转为正常后 停止加料 让塔内自身循环 待回流液分析合格后 开始采出产品 并继续投料生产 在自身循环过程 是全回流操作 当达到连续加料 并连续采出时 即为开车成功 4精馏塔 在空塔投料刚升温时 升温速度要缓慢 因为这时没有液体回流 塔板上还没有进行气液接触和物质交换 因而气体上升速度比正常操作速度快 随着温度的升高 塔顶蒸出的气体被冷凝后 回流到塔顶并沿塔板流下 在塔板上逐渐形成液体层 塔内便将进行传质和传热过程 如不按此操作 难挥发组分就会被带到塔顶 生产出的产品就会不合格 b 长期停车后的开车 长期停车后的开车 一般是指检修后的开车 首先检查各设备 管道 阀门 各取样点 电气及仪表等是否完好正常 然后对系统进行吹净 清洗 强度和气密性试验 以及对系统置换 一切正常合格后 按短期停车后的开车操作步骤进行 4精馏塔 2 停车 在化工生产中停车方法与停车前的状态有关 一般有以下三种方式 a 正常停车 生产进行一段时间后 设备需要进行检查或检修而有计划的停车称为正常停车 这种停车是逐渐减少物料的加入 直到完全停止加入 待物料蒸完后 停止供气加热 降温并卸掉系统压力 然后停止供水 将系统中的溶液排放 排到溶液贮槽 干净 打开系统放空阀 并对系统进行清洗 若原料气中含有易燃 易爆气体 要用惰性气体对系统进行置换 停车后 对于某些需要进行检修的设备 必须要用盲板切断设备上的物料管线 以避免可燃物漏出而造成事故 4精馏塔 b 紧急停车 生产中一些想象不到的特殊情况下的停车称为紧急停车 如某些设备损坏 某部分电气设备的电源发生故障 某一个或多个仪表失灵等 都会造成生产装置的紧急停车 发生紧急停车时 首先停止加料 调节塔釜加热蒸汽和凝液采出量 使设备处于待生产的状态 此时 应积极抢修 排除故障 待停车原因消除后 应按开车的程序恢复生产 c 全面紧急停车 当生产过程中突然发生停电 停水 停气或发生重大事故时 则要全面紧急停车 为了防止全面紧急停车 一般的化工厂均有备用电源 当第一电源断电时 第二电源应立即送电 4精馏塔 4 4 3精馏塔工艺操作指标调节 1 塔压的调节 正常操作中 如果加料量 釜温以及塔顶冷凝器的冷剂量等条件都不变化 则塔压将随采出量的多少而发生变化 采出量太少 塔压升高 反之 采出量太大 塔压下降 操作时 釜温 加料量以及塔顶采出量都未发生变化 塔压却升高 可能是冷凝剂的冷剂量不足或冷剂温度升高 抑或冷剂压力下降 这时应尽快联系供冷单位予以调节 如果冷剂一时不能恢复到正常情况 则应在允许的条件下 塔压可维持高一点或增加塔顶采出 并降低釜温 以保证不超压 4精馏塔 一定温度有相应的压力 在其他操作条件不变的条件下 塔顶或塔釜温度的波动 会引起塔压的相应波动 这是正常现象 但是当塔温度突然升高 必然会导致塔压升高 这时除了调节塔顶冷凝器的冷剂和加大采出量之外 更重要的是恢复塔的温度 如果处理不当易使塔顶产品不合格和液泛的发生 2 塔温的调节 在一定的压力下 被分离的液体混合物 气化程度决定于温度 而温度由塔釜加热器的蒸汽用量来控制 塔釜温度波动时 除了分析加热器的蒸汽量和蒸汽压力的变动之外 还要考虑其他因素的影响 例如 塔压的升高或降低 也能引起釜温的变化 当塔压突然升高时 虽然釜温随之升高 但上升蒸气却在下降 使塔釜轻组分变多 要分析原因予以排除 4精馏塔 在正常操作中 有时釜温会随着加料量或回流量的改变而改变 因此在调节加料量或回流量时 要相应地调节塔釜温度和塔顶采出量 使塔釜温度和操作压力平稳 3 回流量的调节 回流量是直接影响产品质量和塔的分离效果的重要因素 回流量的增加 塔压差明显增大 塔顶产品纯度会提高 回流量减少 塔压差变小 塔顶产品纯度变差 重组分含量增加 在操作中 一般依据这两方面的因素来调节回流比 4精馏塔 4 塔压差的调节 塔压差是判断精馏塔操作加料 取料是否均衡的重要标志之一 在加料 取料保持平衡和回流量保持稳定的情况下 塔压差基本不变 如果塔压差增大 必然引起塔身个板温度的变化 这可能是塔板堵塞 或是采出量太少 塔内回流量太大所致 此时应提高采出量来平衡操作 否则 塔压差逐渐增大 将引起液泛 当塔压差小时 釜温不大好控制 这可能是塔内物料太少 精馏段处于干板操作 不起分离作用 必然导致产品质量下降 此时应及时减少塔顶采出量 加大回流量 使塔压差保持稳定 4精馏塔 5 塔顶温度的调节 在精馏塔中 塔顶温度由回流温度来控制 但不是以回流量来控制 在正常操作中 若加料量 回流量 釜温及操作压力都不变 则塔顶温度处于稳定正常状态 当操作压力提高时 塔顶温度就会下降 遇到这种情况 则必须恢复正常的操作压力 另外在操作压力正常的情况下 塔顶温度随塔釜温度升高而升高 下降而下降 若遇到这样情况 此时可适当调节釜温 恢复塔顶温度 否则 会因塔顶温度的波动而影响塔顶或塔釜的产品质量 4精馏塔 6 塔釜液面的调节 无论哪一种精馏操作 严格控制塔釜液面都是很重要的 控制塔釜的液面至一定高度 一方面起到塔釜液封的作用 使被蒸发的轻组分蒸气 不致于从塔釜排料管跑掉 另一方面 使被蒸发的液体混合物在釜内有一定的液面高度和塔釜蒸发空间以及使塔釜混合液体在蒸发器内的蒸发面与塔釜液面有一个温差高度 以保证液体因静压作用而不断循环去蒸发器内进行蒸发 塔釜的液面一般以塔釜排出量来控制 4精馏塔 4 5精馏塔操作中的异常现象及处理 4精馏塔 4精馏塔 5吸收塔 5吸收塔 5 1吸收的基本概念 在吸收过程中 根据操作过程中有无化学反应 可以将吸收分为物理吸收和化学吸收 如用水吸收CO2 水洗 为物理吸收 在吸收过程中伴有化学反应 如用醋酸吸收乙烯酮为醋酸酐 为化学吸收 被选用具有吸收能力的液体 称为吸收剂或溶剂 被吸收剂吸收的气体组分 叫吸收质或溶质 不被吸收的气体组分称为惰性气体或载体 经吸收后得到含有吸收质的溶液称为吸收液 气体吸收过程与溶液的蒸馏过程一样 都是属于传质过程 但是又有区别 蒸馏是分离液体混合物 而吸收是分离气体混合物 蒸馏过程是双向传质 而吸收是单向传质 吸收是选用适当的液体作为吸收剂 与气体混合物逆向接触 利用混合物中各组分在吸收剂中溶解度的不同 以除去其中一种或多种组分的过程 即气体中的可吸收组分 溶质 从气相转入液相 吸收剂 的传质过程 5 2吸收的原理 5吸收塔 13填料吸收塔 5 3影响吸收操作的因素 5 3 1吸收质的溶解性 由于气体混合物中各组分在吸收剂中的溶解度不同 因而提高吸收速率的途径就不一样 对于易溶气体 溶质很容易被吸收剂吸收 加大气体流速 可以提高吸收速率 对于难溶气体 溶质很难转入液相 5吸收塔 5 3 2吸收剂性能 吸收剂性能好坏 将直接影响吸收操作的效果 因此 在选用吸收剂时 应符合 1 要有较好的选择性 2 具有较好的化学稳定性 3 要求吸收剂粘度小 4 具有较小的比热和密度 5 无毒 无腐蚀等性能 5 4影响吸收操作的工艺因素 5 4 1温度 吸收温度对吸收率的影响很大 温度越低 气体越容易溶解在溶液中 吸收效率越高 由于吸收过程是放热反应 为了降低吸收温度 通常设置中间冷却器 从吸收塔中部取出吸收过程放出的热量 5吸收塔 5 4 2压力 提高操作压力 可以提高混合气体中被吸收组分的分压 增大吸收的推动力 有利于气体的吸收 但是过高地增加操作压力 会增大操作难度和生产费用 因此 吸收操作一般在常压下进行 若吸收后气体需进行高压反应 则可采用高压下吸收操作 既有利于吸收 又增加吸收塔的吸收能力 5 4 3塔内气体流速 在吸收剂稳定的操作情况下 当气流速度不大 作滞留运动时 吸收速率低 当气流速度增大呈湍流状态时 吸收速率大大增加 当气流速度增大到某一值 液泛速度 时 液体便不能向下流动 造成夹带液沫 气液接触不良 甚至造成液泛现象 无法进行操作 因此 稳定操作流速 以保证吸收操作高效率地平稳生产 5吸收塔 5 4 4吸收剂流量 吸收剂流量越大 塔内喷淋量越大 气液的接触面越大 吸收效率可以得到提高 但是吸收剂用量不宜过大 否则吸收液的质量达不到要求 若用量过小 混合气体中被吸收组分不能完全被吸收 吸收后的气体纯度会降低 5 5吸收塔的操作技术 5 5 1装填料 吸收塔经检查吹扫后 即可向塔内装入用清水洗净的填料 对拉西环 鲍尔环等填料 均可采用不规则和规则排列法 即先在塔内注满水 然后从塔的人孔部位或塔顶将填料轻轻地倒入 对于瓷质填料还应轻拿轻放 待填料装至规定高度后 把漂浮在水面上的杂物捞出 并放净塔内的水 将填料表面整平 最后封闭人孔或顶盖 5吸收塔 木格填料的装填方法 是从塔底分层地向上装填 每两层木格之间的夹角为45 装完后 在木格上面还要用两根工字钢压牢 以避免开车时气流将木格吹翻 塔内填料装完后 即可进行系统的气密性试验 5 5 2设备的清