煤化工基础设备讲义

油品设备基础知识培训 油品合成和加工项目部 2 油品合成和加工项目部设备简介 油品合成和加工装置是将来自净化装置的新鲜合成气及来自尾气处理装置的氢气转化为中间产品的装置 油品合成装置有2条并列的完全相同的生产线 分为南北区 每条生产线规模为200万吨 年 装置规模庞大 其设备数量较多 种类繁杂 其中有化工设备 通用机械 专有技术设备等 目前统计装置总计设备台数2070台套 其中大型设备有8台费托合成反应器 30台压缩机 8台循环换热分离器 32台蜡过滤机 3 油品合成和加工项目部设备简介 4 煤化工主要设备分类目录 5 流体的输送 流体输送机械 化工企业最常用的机械设备 主要作用是利用机械能把各设备或装置间化工物料互相转移 输送液体的机械称为泵输送气体的机械称为风机或压缩机 6 7 8 9 泵的基本参数 机泵的主要参数有以下几个 流量Q m3 h 扬程H m 转速n r min 功率 轴功率和配用功率 P kW 效率 汽蚀余量 NPSH r m 进出口径 mm 叶轮直径D mm 泵重量W kg 10 离心泵工作原理 被输送液体经吸入室进入泵内 并充满泵腔 原动机驱动轴带动叶轮旋转 叶轮的叶片带动被输送液体与叶轮一起旋转 在离心力的作用下 被输送液体由叶轮中心向叶轮边缘流动 其速度逐渐增大 在流出叶轮的瞬间其速度最大 然后进入蜗室 被输送液体速度逐步降低 将大部分动能转换为压力能 再经压力管进一步降低速度 被输送液体的压力继续升高 达到需要的压力后将液体压入泵的排出管路 当液体由叶轮中心流向叶轮边缘后 叶轮中心呈现低压状态 利用压差液体被吸入泵内 如此叶轮连续旋转完成液体输送 11 离心泵的常见结构 12 泵在工作时液体在叶轮的进口处因一定真空压力下会产生汽体 汽化的气泡在液体质点的撞击运动下 对叶轮等金属表面产生剥蚀 从而破坏叶轮等金属 产生气蚀的原因为其吸入压力低于输送温度下液体的气化压力 引起离心泵吸入压力过低的因素如下 泵吸上的安装高度过高 关注泵的灌注头过低 泵送液体的温度高于规定温度 泵吸入管局部阻力过大 泵的运行工况点偏离额定点过多 闭式系统中的系统压力下降 离心泵的气蚀现象 13 当单台泵达不到压头要求时 采用串联组合 两台完全相同的离心泵串联 从理论上讲 在同样的流量下 其提供的压头应为单泵的两倍 因而依据单泵特性曲线1上一系列坐标点 保持横标 Q 不变 使纵标 H 加倍 绘出两泵串联后的特性曲线2 串联泵的操作流量和压头由工作点决定 由图知 串联后流量亦有所增加 但压头低于单台泵压头的两倍 特点 Q并H单 离心泵组合操作要点 串联 14 当单台泵达不到流量要求时 采用并联组合 两台相同的离心泵并联 理论上讲在同样的压头下 其提供的流量应为单泵的两倍 因而依据单泵特性曲线1上一系列点 保持纵标 H 不变 使横标 Q 加倍 绘出两泵并联后的特性曲线2 并联泵的实际流量和压头由工作点决定 由图知 并联后压头有所增加 但流量低于单泵流量的两倍 实际上三台以上泵的并联不多 H串Q单 并联 15 离心泵的组合操作 生产中如何选择组合方式 还与管路特性有关 一般 1 当单泵压头远达不到要求时 必须采用串联 2 在某些情况下 并串联都可提高流量和压头 这时与管路特性有关 对低阻型输送管路 并联组合优于串联组合 即并联可获得更高的流量和压头 选并联 对高阻型输送管路 串联组合优于并联组合 即串联可获得更高的流量和压头 选串联 16 齿轮泵 齿轮泵也是正位移泵的一种 如图 泵壳内的两个齿相互啮合 按图中所示方向转动 在泵的吸入口 两个齿轮的齿向两侧拨开 形成低压将液体吸入 齿轮旋转时 液体封闭于齿穴和泵壳体之间 被强行压至排出端 在排出端两齿轮的齿相互合拢 形成高压将液体排出 齿轮泵产生较高的压头但流量小 用于输送粘稠液体及膏状物 但不能输送含固体颗粒的悬浮液 17 螺杆泵 由泵壳和一根或几根螺杆构成 一根螺杆 螺杆和泵壳形成的空隙排送液体 两根螺杆 与齿轮泵类似 利用互相啮合的螺杆排送液体 特点是压头高 效率高 噪音小 适于在高压下输送粘稠性液体 流量调节时用旁路 回流装置 调节 18 水环真空泵 水环真空泵的工作原理 其外壳式圆形的 叶轮偏心安装 液环亦呈圆形 由相邻叶片 叶轮内筒及液面构成往复泵缸体 随着叶轮的转动 泵缸容积发生变化 水环真空泵可抽到600mmHg真空度 因通常泵内充水 故称为水环真空泵 如泵内充其他液体 则称为液体真空泵 19 入口suctionside 叶轮impeller 出口dischargeside 滑动轴承 slidebearing 定子 stator 转子 rotor 定子屏蔽套statorcan 滑动轴承slidebearing 屏蔽电泵 CannedMotorPump 工作原理 TechnicalPrinciples 屏蔽泵 20 气体输送设备 气体输送设备 21 气体输送设备 风机 离心通风机的结构和工作原理离心通风机叶片之间的气体在叶轮旋转时 受到离心力作用获得动能 动压头 从叶轮周边排出 经过蜗壳状机壳的导向 使之向通风机出口流动 从而在叶轮中心部位形成负压 使外部气流源源不断流入补充 从而使风机能排出气体 电动机通过轴把动力传递给风机叶轮 叶轮旋转把能量传递给空气 在旋转的作用下空气产生离心力 空气延风机叶轮的叶片向周围扩散 此时 风机叶轮越大 空气所接受的能量越大 也就是风机的压头 风压 越大 如果将大的叶轮割小 不会影响风量 只会减小风压 22 气体输送设备 风机 离心式通风机主要由 叶轮 机壳 联轴器 轴 叶轮是产生风压和传递能量的主要作功部件 机壳主要用来引入气体和排出气体 同时将气体的部分动能变为压力能 23 气体输送设备 罗茨风机 结构及工作原理与齿轮泵类似 但为两叶片或三叶片形 转叶片亦称为转子 两转子中一个主动 一个从动 二者在中间部位啮合 把风机机壳内空间分隔为吸入腔和压出腔 转子旋转时 转子凹入部位的气体被转子由吸入腔带到压出腔 使压出腔气压升高而向压出管道排气 吸入腔则气压降低并由吸入管吸气 由于转子外缘与机壳内壁间的缝隙很小 且转子在旋转 故正常操作时气体由压出腔漏回吸入腔的现象并不严重 24 气体输送设备 活塞压缩机 往复式压缩机的工作原理当曲轴旋转时 通过连杆的传动 活塞便做往复运动 由气缸内壁 气缸盖和活塞顶面所构成的工作容积则会发生周期性变化 活塞从气缸盖处开始运动时 气缸内的工作容积逐渐增大 这时 气体即沿着进气管 推开进气阀而进入气缸 直到工作容积变到最大时为止 进气阀关闭 活塞反向运动时 气缸内工作容积缩小 气体压力升高 当气缸内压力达到并略高于排气压力时 排气阀打开 气体排出气缸 直到活塞运动到极限位置为止 排气阀关闭 当活塞再次反向运动时 上述过程重复出现 总之 曲轴旋转一周 活塞往复一次 气缸内相继实现进气 压缩 排气的过程 即完成一个工作循环 图1活塞式空压机工作原理图1 排气阀2 气缸3 活塞4 活塞杆5 滑块6 连杆7 曲柄8 吸气阀9 阀门弹簧 25 气体输送设备 活塞压缩机 活塞式空压机的优点是结构简单 使用寿命长 并且容易实现大容量和高压输出 缺点是振动大 噪声大 且因为排气为断续进行 输出有脉冲 需要贮气罐 按活塞的压缩动作分类1 单作用压缩机 气体只在活塞的一侧进行压缩 又称单动压缩机 2 双作用压缩机 气体在活塞的两侧均能进行压缩 又称复动或多动压缩机 3 多缸单作用压缩机 利用活塞的一面进行压缩 而有多个气缸的压缩机 4 多缸双作用压缩机 利用活塞的两面进行压缩 而有多个气缸的压缩机 3 按压缩机的排气终压力分类1 低压压缩机 排气终了压力在3 10表压 2 中压压缩机 排气终了压力在10 100表压 3 高压压缩机 排气终了压力在100 1000表压 4 超高压压缩机 排气终了压力在1000表压以上 4 按排气量 进口状态 分类类型排气量m min微型压缩机 1小型压缩机1 10中型压缩机10 60大型压缩机 605 26 气体输送设备 活塞压缩机 往复式压缩机的主要性能指标1 额定排气量 即为压缩机铭牌上标注的排气量 指压缩机在特定进口状态下的排气量 常用单位m min m h 额定排气压力 即为压缩机铭牌上标注的排气压力 常用单位MPa bar 2 排气温度 考虑到积炭和安全运行 对于相对分子量小于或等于12的介质 排气温度不超过135 对乙炔 石油气 湿氯气排气温度不超过100 其他气体建议不超过150 3 活塞力 活塞在止点出所受到的气体力最大 因此将这时的气体力称为活塞力 4 级数 大中型往复压缩机以省功原则选择级数 通常情况下其各级压力比 4 往复式压缩机主要由机体 曲轴 连杆 活塞组 阀门 轴封 油泵 能量调节装置 油循环系统等部件组成 27 气体输送设备 活塞压缩机 28 气体输送设备 活塞压缩机 输气的调节方式 29 气体输送设备 螺杆压缩机 工作原理 一 螺杆式空气压缩机的概述螺杆式空气压缩机是喷油单级双螺杆压缩机 采用高效带轮 或轴器 传动 带动主机转动进行空气压缩 通过喷油对主机压缩腔进行冷却和润滑 压缩腔排出的空气和油混合气体经过粗 精两道分离 将压缩空气中的油分离出来 最后得到洁净的压缩空气 双螺杆空气压缩机具有优良的可靠性能 机组重量轻 震动小 噪声低 操作方便 易损件少 运行效率高是其最大的优点 二 压缩机主机工作原理螺杆式空气压缩机的核心部件是压缩机主机 是容积式压缩机中的一种 空气的压缩是靠装置于机壳内互相平行啮合的阴阳转子的齿槽之容积变化而达到 转子副在与它精密配合的机壳内转动使转子齿槽之间的气体不断地产生周期性的容积变化而沿着转子轴线 由吸入侧推向排出侧 完成吸入 压缩 排气三个工作过程 30 气体输送设备 螺杆压缩机 31 气体输送设备 螺杆压缩机 螺杆式压缩机的输气量调节 螺杆式制冷压缩机输气量调节的方法主要有吸入节流调节 转停调节 变频调节 滑阀调节 柱塞阀调节等 目前使用较多的为滑阀调节和塞柱阀调节 1 滑阀调节1 工作原理即通过改变转子的有效工作长度 来达到输气量调节的目的 螺杆式制冷压缩机的输气量调节范围一般为10 100 内的无级调节 调节过程中 功率与输气量在50 以上负荷运行时几乎是成正比例关系 但在50 以下时 性能系数则相应会大幅度下降 2 塞柱阀调节塞柱阀调节输气量的工作原理 塞柱阀的启闭是通过电磁阀控制液压泵中油的进出来实现的 塞柱阀调节输气量只能实现有级调节 这种调节方法在小型 紧凑型螺杆压缩机中常常可以看到 滑阀调节 32 气体输送设备 离心压缩机 透平压缩机的发展史1900年制造第一台高炉鼓风机 轴流式的 1956年美国克拉克公司1000吨 日的合成氨厂制造了氮氢合成气低压离心压缩机 排气压力25 5x105Pa 1963年为德克萨斯的600吨 日的合成氨厂制造了氮氢合成气高压离心压缩机 排气压力155x105Pa 功耗8800KW 从此离心式压缩机跨入了高压领域 近来 由于化工行业的发展 各种大型化工厂 炼油厂的建立 离心式压缩机就成为压缩和输送化工生产中各种气体的关键机器 而占有极其重要的地位 随着气体动力学研究的成就使离心压缩机的效率不断提高 又由于高压密封 小流量窄叶轮的加工 多油楔轴承等技术关键的研制成功 解决了离心压缩机向高压力 宽流量范围发展的一系列问题 使离心式压缩机的应用范围大为扩展 以致在很多场合可取代往复压缩机 而大大地扩大了应用范围 工业用高压离心压缩机的压力有 150 350 105Pa的 海上油田注气用的离心压缩机压力有高达700 105Pa的 作为高炉鼓风用的离心式鼓风机的流量有大至7000m3 min 功率大的有52900KW的 转速一般在10000r min以上 33 气体输送设备 离心压缩机 有些化工基础原料 如丙烯 乙烯 丁二烯 苯等 可加工成塑料 纤维 橡胶等重要化工产品 在生产这种基础原料的石油化工厂中 离心式压缩机也占有重要地位 是关键设备之一 除此之外 其他如石油精炼 煤化工 制冷等行业中 离心式压缩机也是极为关键的设备 离心式压缩机之所以能获得这样广泛的应用 主要是比活塞式压缩机有以下一些优点 1 离心式压缩机的气量大 结构筒单紧凑 重量轻 机组尺寸小 占地面积小 2 运转平衡 操作可靠 运转率高 摩擦件少 因之备件需用量少 维护费用及人员少 3 在化工流程中 离心式压缩机对化工介质可以做到绝对无油的压缩过程 4 离心式压缩机为一种回转运动的机器 它适宜于工业汽轮机或燃汽轮机直接拖动 对一般大型化工厂 常用副产蒸汽驱动工业汽轮机作动力 为热能综合利用提供了可能 但是 离心式压缩机也还存在一些缺点 5 离心式压缩机目前还不适用于气量太小及压比过高的场合 6 离心式压缩机的稳定工况区较窄 其气量调节虽较方便 但经济性较差 7 目前离心式压缩机效率一般比活塞式压缩机低 34 气体输送设备 离心压缩机 离心压缩机的种类 离心压缩机的种类繁多 根据其性能 结构特点 可按如下几方面进行分类 35 气体输送设备 离心式压缩机 透平式压缩机工作原理汽轮机 或电动机 带动压缩机主轴叶轮转动 在离心力作用下 气体被甩到工作轮后面的扩压器中去 而在工作轮中间形成稀薄地带 前面的气体从工作轮中间的进汽部份进入叶轮 由于工作轮不断旋转 气体能连续不断地被甩出去 从而保持了气压机中气体的连续流动 气体因离心作用增加了压力 还可以很大的速度离开工作轮 气体经扩压器逐渐降低了速度 动能转变为静压能 进一步增加了压力 如果一个工作叶轮得到的压力还不够 可通过使多级叶轮串联起来工作的办法来达到对出口压力的要求 级间的串联通过弯通 回流器来实现 这就是离心式压缩机的工作原理 36 气体输送设备 离心压缩机 轴流式压缩机 37 气体输送设备 离心压缩机 38 气体输送设备 离心压缩机 3级离心式压缩机 39 离心压缩机 40 离心压缩机 41 离心式压缩机总装图 1 吸入室2 叶轮3 扩压器4 弯道5 回流器6 蜗壳7 8 轴端密封9 支持轴承10 止推轴承11 卡环12 机壳13 端盖14 螺栓15 推力盘16 主轴17 联轴器18轮盖密封19 隔板密封20 隔板图6 1离心式压缩机纵剖面结构图 汽轮机 离心压缩机标准流程 43 离心压缩机工况调节 压缩机调节的实质就是改变压缩机的工况点 所用的方法从原理上讲就是设法改变压缩机的性能曲线或者改变管网性能曲线两种 具体地说有以下几种调节方式 1 出口节流调节 即在压缩机出口安装调节阀 通过调节调节阀的开度 来改变管路性能曲线 改变压缩机的工作点 进行流量调节 出口节流的调节方法是人为的增加出口阻力来调节流量 是不经济的方法 目前除了风机及小型鼓风机使用外 压缩机很少采用这种调节方法 2 进口节流调节 既在压缩机进口管上安装调节阀 通过入口调节阀来调节进气压力 进气压力的降低直接影响到压缩机排气压力 使压缩机性能曲线下移 所以进口调节的结果实际上是改变了压缩机的性能曲线 达到调节流量的目的 和出口节流法相比 进口节流调节的经济性较好 据有关资料介绍 对某压缩机进行测试表明 在流量变化为60 80 的范围内 进口节流比出口节流节省功率约为4 5 所以这是一种比较简单而常用的调节方法 但也还是存在一定的节流损失以及工况改变后对压缩机本身效率有些影响 进口节流法还有个优点就是 关小进口阀 会使压缩机性能曲线向小流量区移动 因而可使压缩机在更小的流量工况下工作 不易造成喘振 44 离心压缩机工况调节 3 改变转速调节 当压缩机转速改变时 其性能曲线也有相应的改变 所以可用这个方法来改变工况点 以满足生产上的调节要求 离心压缩机的能量头近似正比于n2 所以用转速调节方法可以得到相当大的调节范围 变转速调节并不引起其他附加损失 只是调节后的新工况点不一定是最高效率点导致效率有些降低而已 所以从节能角度考虑 这是一种经济的调节方法 改变转速调节法不需要改变压缩机本身的结构 只是要考虑到增加转速后转子的强度 临界转速以及轴承的寿命等问题 但是这种方法要求驱动机必须是可调速的 45 透平压缩机的阻塞工况和非稳定工况 阻塞工况就是当流量增加到一定值时 叶轮对气体做的功只能用来克服流动损失 而不能提高气体的压力 阻塞现象 当流量不断增大 气流长生的负冲角变大 是叶片的工作面上发生分离 当流量增大一定程度时候 叶轮做工全变为能量损失 压力不再升高 甚至是叶道中的流动变为收敛性质 又是流到最小截面处出现了声速 此时压力不再升高喘振现象压缩机流量减少时 随着旋转失速的产生和发展 可能出现另一种不稳定工况现象 压缩机的气体流量和排气压力周期性的低频率 大振幅的波动 引起机器的强烈振动 喘振时的气流波动和旋转失速时的气流脉动截然不同 喘振时气流波动方向是轴向的 通过压缩机的平均流量大幅波动 喘振频率和振幅是流路的容积大小所支配 形成喘振的内在原因是气流的严重失速和扩展 外部条件是压缩机与管网联合运行工况条件 46 离心压缩机防喘振 防喘振的方法主要有两类 一是在压缩机的本体设计时采取的 以扩大稳定工况范围为目的 离心式压缩机设计上采取的措施与轴流式相类似 一是在气动参数和结构参数选择上 如采用后弯式叶轮 无叶扩压器 出口宽度减窄的无叶扩压器 叶轮叶片进口边适当加厚等 二是在设计时采用导叶可调机构或者增设专用喷嘴 以便运行需要时 将部分气流从叶轮出口引喷入到叶轮入口 改变叶轮入口气流的预旋 抑制喘振发生 二是针对压缩机运行条件即从压缩与管网联合运行上采取 第二类一方面设法在管网流量减少过多时增加压缩机本身流量 始终保持压缩机在大于喘振流量下运转 另一方面控制管网的压力比和压缩机的进出口压比相适应而不至于高于喘振工况下的压比 47 离心压缩机状态监测 48 气体输送设备 离心压缩机 透平压缩机的监测 49 概述在炼油 化工生产中 绝大多数的工艺过程都有加热 冷却和冷凝的过程 这些过程总称为换热过程 传热过程的进行需要一定的设备来完成 这些使传热过程得以实现的设备就称之为换热设备 使用换热设备是为了达到加热或冷却的目的 如果将那些需要加热的流体与需要冷却的流体 经过换热设备相互换热 既可回收热量 又可降低冷却水的消耗 综上所述 换热设备是炼油 化工生产中不可缺少的重要设备 换热设备在动力 原子能 冶金及食品等其他工业部门也有着广泛的应用 传热设备 50 传热设备的分类方法很多 现将几种常见的分类方法介绍如下 1 按用途分类 分为热交换器 冷凝器 蒸发器 加热器及冷却器等五类 1 热交换器 两种不同温度的介质进行热量交换 使一种介质降温而另一种介质升温 以满足各自的需要 2 冷凝器 两种不同温度的介质进行热量交换 其中一种介质由汽态被冷凝成液态 3 蒸发器 与冷凝器的操作刚好相反 两种介质中的一种介质由液体被蒸发成汽体 4 加热器 只单纯的完成一种介质的加热升温的操作 5 冷却器 如果热量不回收利用 完成用冷却剂 如水 空气 来冷却另外一种介质的操作的换热器称为冷却器 如用空气作为冷却剂的换热器称为空气冷却器 简称空冷器2 按材料分类 分为金属材料和非金属材料换热器 3 结构分类 分为管壳式换热器和板式换热器 1 管壳式换热器 特点是圆形的外壳中装有管束 一种介质流经换热管内的通道及其相贯通部分 称为壳程 它可分为 浮头式换热器 U型管式换热器 套管式换热器 固定管板式换热器等 2 板式换热器 它是由压成各种形状的薄板组成传热面 冷 热两种介质分别在相邻两板之间流动 常见的板式换热器有平板式换热器 伞板式换热器 螺旋板式换热器及板壳式换热器 板式换热器的传热效率虽然较高 但由于其强度低 密封性能差 故其应用受到了限制 因此 在石油 化工工业中应用较多的是管壳式换热器 它已被当成传统的换热设备来加以使用 传热设备的分类 51 常见换热器类型图例 沉浸式换热器 喷淋式换热器 52 常见换热器类型图例 53 常见换热器类型图例 套管式换热器 54 常见换热器类型图例 列管式换热器 固定管板式换热器两端的管板与壳体连接成一体 该设备适用于壳程流体较为清洁且不易结垢的或腐蚀性小的流体换热 本设备结构简单 造价低廉 应用较广 但清洗和维修较困难 55 常见换热器类型图例 U型管换热器的换热管子被弯曲成U字形状 进口和出口在同一方向但分别安装在管板的两侧 在受热或冷却时 管子可自由伸缩 优点是结构简单 重量轻 缺点是管子清洗困难 适用于高温高压 洁净流体的换热 U型管换热器 56 常见换热器类型图例 浮头式换热器结构特点是 一端管板不与壳体连接 该端称为浮头 在管子受热时 浮头可以沿轴向自由移动 从而消除了热胀冷缩产生的应力 由于固定端是通过法兰与壳体连接 所以 整个管束可以从壳体中抽出 拆卸方便 有利于清洗和维修 浮头式换热器 57 常见换热器类型图例 板式换热器板式换热器是由一组长方形金属薄板平行排列组装在支架上而构成 如图所示 组装压紧后 板与板之间形成流体流动的空间 通过板上的垫片可调节空间的大小 每块金属板的四个角上各有一孔 多块板重合在一起时 每块板上各端的两个圆孔叠成了一组通道 共构成两组通道 其中一组与板空间相通 另一组则与相邻的板空间相通 因而形成交错进入板空间的流道 金属板上的凹凸波纹 可增加传热面积 促使流体湍流 提高传热效率 热流体和冷流体交错地在板与板构成的空间中流动 通过板面进行热交换 58 常见换热器类型图例 板式换热器 1 固定压紧板2 夹紧螺栓3 前端板4 换热板片5 密封垫片6 后端板7 下导板8 后支柱9 活动压紧板10 上导板 59 板翅式换热器在两平行金属薄板之间插入波纹状的金属翅片 将两边以侧条密封 构成一个板翅式换热器的单元体 若干个单元体排列组合 并用钎焊固定 即可得到能用于并流 逆流或错流的换热器组装件 称为芯部板束 将带有流体进出口的集流箱焊接到板束上 就制成了板翅式换热器 如图所示 板翅式换热器结构紧凑 单位体积设备的传热面积大 总传热系数高 传热效果好 缺点是流道小易堵塞 清洗及维修困难 板翅式换热器适合于低温 超低温的场合 板翅式换热器 常见换热器类型图例 板翘式换热器 60 塔设备 在炼油 化工及轻工业生产中 气 液两相直接接触进行传质传热的过程是很多的 如精馏 吸收 解吸 萃取等 这些过程都是在一定的压力 温度 流量等工艺条件下 在一定的设备内完成的 由于其过程中两种介质主要发生的是质的交换 所以也将实现这些过程的设备叫传质设备 从外形上看这些设备都是竖直安装的圆桶形容器 形如 塔 故习惯上称其为塔设备 塔设备能够为气 液或液 液两相进行充分接触提供适宜的条件 即充分的接触时间 分离空间和传质传热的面积 从而起到相际间质量和热量交换的目的 实现工艺所要求的生产过程 生产出合格产品 所以塔设备的性能对整个装置的产品产量 质量 生产能力和消耗定额 以及三废处理和环境保护等方面都有重大的影响 61 塔设备分类 一 按用途分类1 精馏塔利用液体混和物中各组分挥发度的不同来分离其各液体组分的操作称为蒸馏 反复多次蒸馏的过程称为精馏 实现精馏操作的塔设备称为精馏塔 如常减压装置中的常压塔 减压塔 可将原油分离为汽油 煤油 柴油以及润滑油等 2 吸收塔 解吸塔利用混合气中各组分在溶液中溶解度的不同 通过吸收液体来分离气体的工艺操作称为吸收 将吸收液通过加热等方法使溶解于其中的气体释放出来的过程称为解吸 实现吸收和解吸操作过程的塔设备称为吸收塔 解吸塔 如催化裂化装置中的吸收 解吸塔 从炼厂气中回收汽油 从裂解气中回收乙烯和丙烯 以及气体净化等都需要吸收 解吸塔 3 萃取塔对于各组分间沸点相差很小的液体混和物 利用一般的分离方法难以奏效 这时可在液体混和物加入某种沸点较高的溶剂 称为萃取剂 利用混合液中各组分在萃取剂中溶解度的不同 将它们分离 这种方法称为萃取 也称为抽提 实现萃取操作的塔设备称为萃取塔 如丙烷脱沥青装置中的抽提塔等 4 洗涤塔用水除去气体中无用的成分或固体尘粒的过程称为水洗 所用的塔设备称为洗涤塔 62 塔设备分类 二 按结构形式分类塔设备尽管其用途各异 操作条件也各不相同 但就其构造而言都大同小异 主要由塔体 支座 内部构件及附件组成 根据塔内部构件的结构可以将其分为板式塔和填料塔 1 板式塔中装有一定数量的塔盘 液体借自身的重量自上而下流向塔底 在塔盘板上沿塔径横向流动 气体靠压差自下而上以鼓泡的形式穿过塔盘上的液层升向塔顶 在每层塔盘上气 液两相密切接触 进行传质 使两相的组分浓度沿塔高呈阶梯式变化 2 填料塔中则装填一定高度的填料 液体自塔顶沿填料表面向下流动 作为连续相的气体自塔底向上流动 与液体进行逆流传质 两相组分浓度沿塔高呈连续变化 63 板式塔和填料塔图例 1 裙座2 蒸汽入口管3 壳体4 人孔5 扶梯平台6 出沫器7 吊柱8 蒸汽出口9 回流管10 进料管11 塔盘12 保温圈13 出料管14 液流15 蒸汽16 塔盘板17 受液盘18 降液管19 溢流堰 板式塔 填料塔 1 裙座2 筒体3 液体再分布装置4 卸料口5 喷淋装置6 液体进口7 除沫器8 气体出口9 人孔10 填料11 填料支撑12 气体进口13 液体出口 64 板式塔与填料塔的比较 板式塔和填料塔各有其自身的特点 其主要性能对比见旁表 在实际应用中选哪一种很难有一个绝对的标准 选用时需要考虑的因素也很多 如物流的性质 操作条件 塔的制造 安装 运转和维修等经济 技术方面的因素 往往是两种塔都能满足生产要求 但不可能同时满足所有的要求 所以应在了解生产任务和要求的基础上 抓主要矛盾 依具体条件综合考虑 合理选用 一般来说 对处理量不大且易起泡的物系 粘性较大的物系 含有悬浮物的物料 腐蚀性较大的物料 气相负荷较大及塔径较小 800mm以下 时宜选填料塔 否则选板式塔 65 分离设备 在炼油 化工及轻工业生产中 气 液或液 固两相分离的过程是很多的 这些过程都是在一定的压力 温度 流量等工艺条件下 在一定的设备内完成的 由于其过程中两种介质主要发生的是介质的分离 所以也将实现这些过程的设备叫分离设备 塔设备能够分离设备中提供适宜的条件 利用化学和物理分离方法 从而起到混合介质分离的目的 实现工艺所要求的生产过程 生产出合格产品 分