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化工設備知識培訓,——塔設備基礎知識,主要內容,1塔設備概述,2板式塔,3填料塔,4精餾塔,5吸收塔,6萃取塔,,,,,,,1塔設備概述,化工廠塔設備1,化工廠塔設備2,1塔設備概述,1塔設備概述,1.1塔設備的概念,化工生產過程中可提供氣液或液液兩相之間進行直接接觸機會，達到相際傳質及傳熱目的，又能使接觸之后的兩相及時分開，互不夾帶的設備。,注：相是指沒有外力作用下，物理、化學性質完全相同，成分相同的均勻物質的聚集態(tài)。,外形特點：體型高，長寬比大。,1.2塔設備的主要特點,塔設備是化工、煉油生產中最重要的設備之一。常見的、可在塔設備中完成單元操作的有精餾、吸收、解吸、萃取及氣體的洗滌、冷卻、增濕、干燥等。,1.3塔設備的種類,1塔設備概述,（1）按塔的內部構件結構形式，可將塔設備分為兩大類：板式塔和填料塔。,（2）按化工操作單元的特性（功能），可將塔設備分為：精餾塔、吸收塔、萃取塔、反應塔、解吸塔、再生塔和干燥塔等。,（3）按操作壓力可將塔設備分為：加壓塔、常壓塔和減壓塔。,1塔設備概述,1.4塔設備的主要外部構件及作用,（1）板式塔,（2）填料塔,,1.4.1塔體,塔體即塔設備的外殼，常見的塔體由等直徑、等厚度的圓筒及上下封頭組成。塔設備通常安裝在室外，因而塔體除了承受一定的操作壓力（內壓或外壓）、溫度外，還要考慮風載荷、地震載荷、偏心載荷。此外還要滿足在試壓、運輸及吊裝時的強度、剛度及穩(wěn)定性要求。,1塔設備概述,塔體支座是塔體與基礎的連接結構。因為塔設備較高、重量較大，為保證其足夠的強度及剛度，通常采用裙式支座（簡稱“裙座”）。裙座分為圓筒形和圓錐形兩種。,1.4.2支座,1塔設備概述,1.4.3人孔及手孔,為安裝、檢修、檢查等需要，往往在塔體上設置人孔或手孔。不同的塔設備，人孔或手孔的結構及位置等要求不同。,1.4.6吊柱,安裝于塔頂，主要用于安裝、檢修時吊運塔內件。,1塔設備概述,1.4.4接管,為用于連接工藝管線，使塔設備與其他相關設備相連接。按其用途可分為進液管、出液管、回流管、進氣出氣管、側線抽出管、取樣管、儀表接管、液位計接管等。,1.4.5除沫器,為用于捕集夾帶在氣流中的液滴。除沫器工作性能的好壞對除沫效率、分離效果都具有較大的影響。,2板式塔,2板式塔,2.1板式塔的概念,板式塔是一種逐級（板）接觸的氣液傳質設備。塔內以塔板為基本構件，氣體自塔底以鼓泡或噴射的形式穿過塔板上的液層，使氣-液相密切接觸而進行傳質傳熱，兩相的濃度呈階梯式變化。,2.2板式塔的類型,2板式塔,板式塔類型的不同，在于其中的塔板結構不同，常見的主要類型有：泡罩塔、篩板塔、浮閥塔、舌片塔等。,2.2.1泡罩塔,板泡罩塔是工業(yè)應用最早的板式塔，而且在相當長的一段時期內是板式塔中較為流行的一種塔型。泡罩塔盤的結構主要由泡罩(氣液接觸元件)、升氣管、溢流堰、降液管及塔板等部分組成。,2板式塔,泡罩塔的優(yōu)點：,操作彈性大，因而在負荷波動范圍較大時，仍能保持塔的穩(wěn)定操作及較高的分離效率；氣液比的范圍大，不易堵塞等。,泡罩塔的缺點：,結構復雜、造價高、氣相壓降大、以及安裝維修麻煩等。,目前，只是在某些情況如生產能力變化大，操作穩(wěn)定性要求高，要求有相當穩(wěn)定的分離能力等要求時，可考慮使用泡罩塔。,2.2.2篩板塔,篩板塔也是應用歷史較久的塔型之一，與泡罩塔相比，篩板塔結構簡單，篩板塔結構及氣液接觸狀況如下圖所示。篩板塔塔盤分為篩孔區(qū)、無孔區(qū)、溢流堰及降液管等部分。,2板式塔,2板式塔,篩板塔的優(yōu)點：,篩板塔的缺點：,小孔徑篩板易堵塞，不適于處理臟的、粘性大的和帶固體粒子的料液。,篩孔塔板是最簡單的塔板，造價低廉，只要設計合理，其操作彈性是可以滿足生產需要的，目前已成為應用最為廣泛的一種板型。,(1)結構簡單，制造和維修方便，相同條件下生產能力高于浮閥塔；,(2)塔板壓力降較低，適用于真空蒸餾；,(3)塔板效率較高，但稍低于浮閥塔；,(4)具有較高的操作彈性，但稍低于泡罩塔。,2.2.3浮閥塔,浮閥塔板的結構特點是在塔板上開有若干個閥孔，每個閥孔裝有一個可上下浮動的閥片，閥片本身連有幾個閥腿，插入閥孔后將閥腿底腳撥轉90，以限制閥片升起的最大高度，并防止閥片被氣體吹走。閥片周邊沖出幾個略向下彎的定距片，當氣速很低時，由于定距片的作用，閥片與塔板呈點接觸而坐落在閥孔上，在一定程度上可防止閥片與板面的粘結。,2板式塔,鏈接1,浮閥塔的優(yōu)點：,(1)生產能力大；(2)操作彈性大；(3)塔板效率較高；(4)塔板結構及安裝較泡罩簡單，重量較輕。,浮閥塔的缺點：,(1)在氣速較低時，仍有塔板漏液，故低氣速時塔板效率有所下降；(2)浮閥閥片有卡死和吹脫的可能，這會導致操作運轉及檢修的困難；(3)塔板壓力降較大，妨礙了它在高氣相負荷及真空塔中的應用。,浮閥塔板是對泡罩塔板的改進，取消了升氣管，在塔板開孔上方設置了浮閥，浮閥可根據氣體的流量自行調節(jié)開度。氣量較小時可避免過多的漏液，氣量較大時可使氣速不致過高，降低了壓降。,2板式塔,,2.2.4舌形塔,舌型塔是應用較早的一種斜噴型塔。氣體通道為在塔盤上沖出的以一定方式排列的舌片。舌片開啟一定的角度，舌孔方向與液流方向一致。,舌形塔板是為了防止過量液沫夾帶而設計的一種塔型。,舌形塔結構簡單，安裝檢修方便，但這種塔的負荷彈性較小，塔板效率較低，因而使用受到一定限制。,2板式塔,2板式塔,為了克服上述舌形塔的不足，20世紀60年代研制的一種定向噴射型浮動舌形塔板。它的處理能力大，壓降小，舌片可以浮動。因此，塔盤的霧沫夾帶及漏液均較小，操作彈性顯著增加，板效率也較高，但其舌片容易損壞。,鏈接2,2.2.5板式塔的比較,各種板式塔的比較是一個十分復雜的問題。但就生產能力、塔板效率、操作彈性、壓力降及造價等方面來看，浮閥塔在蒸氣負荷、操作彈性、塔板效率方面與泡罩塔相比都具有明顯優(yōu)勢，因而目前獲得了廣泛應用。篩板塔的壓降小、造價低、生產能力大，除操作彈性較小外，其余均接近浮閥塔，故應用也較廣。,2板式塔,,2.3塔盤,板式塔的塔盤主要分為溢流式和穿流式兩大類，二者之間的區(qū)別就在于溢流式塔盤有降液管，而穿流式塔盤上的氣液兩相同時通過塔板上的一些孔道流動。穿流式塔盤處理能力較大，壓力降較小，但效率及操作彈性較差。,溢流式塔盤由氣液接觸元件（如浮閥、篩孔、泡罩等）、塔板、降液管及受液盤、溢流堰等構成。,2板式塔,鏈接3,2.3.1塔盤的結構,下面主要介紹溢流式塔盤的結構，穿流式塔盤因省去了降液管，結構簡化，故不敘述。,塔盤按結構特點可分為整塊式塔盤和分塊式塔盤。當塔徑≤700mm時，采用整塊式塔盤；塔徑≥800mm時宜采用分塊式塔盤。,2.3.2塔盤的分類,整塊式塔盤根據組裝方式不同可分為定距管式、重疊式和支撐圈式。采用整塊式塔盤時，塔體由若干個塔節(jié)組成，每個塔節(jié)中裝有一定數量的塔盤，塔節(jié)之間采用法蘭連接。,（1）整塊式塔盤,2板式塔,直徑較大的板式塔，為便于制造、安裝、檢修，可將塔盤板分成數塊，通過人孔送入塔內，裝在焊于塔體內壁的塔盤支承件上。分塊式塔盤的塔體，通常為焊制整體圓筒，不分塔節(jié)。,（2）分塊式塔盤,2.3.3降液管,作用：使夾帶氣泡的液流進入降液管后具有足夠的分離空間，能將氣泡分離出來，從而僅有清液流往下層塔盤。,2板式塔,結構型式：可分為圓形降液管和弓形降液管兩類。圓形降液管通常用于液體負荷低或塔徑較小的場合，弓型降液管適用于大液量及大直徑的塔。,為了保證降液管出口處的液封，在塔盤上設置受液盤，受液盤有平型和凹型兩種（見下圖)。受液盤的型式和性能直接影響到塔的側線取出、降液管的液封和流體流入塔盤的均勻性等。平型受液盤適用于物料容易聚合的場合；當液體通過降液管與受液盤的壓力降大于25mm水柱，或使用傾斜式降液管時，應采用凹型受液盤。,2.3.4受液盤,2板式塔,溢流堰有保持塔盤板上一定液層高度和促使液流均勻分布的作用。采用平型受液盤時，為使上層塔板流入的液體能在塔盤上均勻分布，并為了減小入口液流的沖力，常在液體進口處設置進口堰。,2.3.5溢流堰及進口堰,2板式塔,,2.4板式塔工作原理,2板式塔,正常工作時，液體在重力作用下自上而下通過各層塔板后由塔底排出；氣體在壓差推動下，經均布在塔板上的開孔由下而上穿過各層塔板后由塔頂排出，在每塊塔板上皆儲有一定的液體，氣體穿過時兩相接觸進行傳質。,為有效地實現氣液兩相之間的傳質，板式塔應具有兩方面的功能：（1）每塊板上氣液兩相保持密切充分的接觸，為傳質過程提供足夠大且不斷更新的相界面，減小傳質阻力；（2）使氣液兩相盡量保持逆流流動狀態(tài)，以提供最大的傳質推動力?？傊O計意圖是塔內逆流、板上錯流。,塔板操作示意（浮閥）—鏈接5,塔板操作示意（篩板）—鏈接6,2板式塔,,3填料塔,3.1填料塔的概念,3填料塔,填料塔屬于微分接觸型的氣液傳質設備。塔內以填料為氣液接觸和傳質的基本元件。液體在填料表面呈膜狀自上而下流動，氣體呈連續(xù)相自下而上與液體做逆流流動，并進行氣液兩相間的傳質與傳熱。兩相的濃度或溫度沿塔高呈連續(xù)變化。,,3.2填料塔的結構,典型填料塔的結構如上圖所示，主要部件有塔體、填料及支承、液體分布器及再分布器、除沫器等。,3填料塔,3.3填料,填料是填料塔的核心內件，它為氣－液兩相充分接觸進行傳熱傳質提供了表面積?？煞譃樯⒀b填料和規(guī)整填料兩大類。,,3.3.1散裝填料,散裝填料是指以亂堆為主的填料，這種填料是具有一定外形的顆粒體，又稱之為顆粒填料，根據外形分以下三種：,（1）環(huán)形填料：拉西環(huán)填料、鮑爾環(huán)填料、階梯環(huán)填料；,（2）鞍形填料：弧鞍填料、矩鞍填料、改進矩鞍填料；,（3）金屬鞍環(huán)填料；,3填料塔,3.3.1.1拉西環(huán)（Raschigring）填料,缺點：由于高徑比大，堆積時填料間易形成線接觸，因此液體在填料層流動時，常存在嚴重的溝流和壁流現象。且拉西環(huán)填料的內表面潤濕率較低，因而傳質速率也不高。,在拉西環(huán)基礎上衍生了θ環(huán)、十字環(huán)及螺旋環(huán)等，其基本改進是在拉西環(huán)內增加一結構，以增大填料的比表面積。,優(yōu)點：易于制造，價格低廉，且對它的研究較為充分，所以在過去較長的時間內得到了廣泛的應用。,3填料塔,3.3.1.2鮑爾環(huán)（Pallring）填料,在拉西環(huán)的基礎上發(fā)展起來的鮑爾環(huán)是在其側壁上開一層或兩層長方形小孔，小孔的母材并不脫離側壁而是形成向內彎的葉片。,鮑爾環(huán)填料的優(yōu)良性能使它一直為工業(yè)所重視，應用十分廣泛。可由陶瓷、金屬或塑料制成。,比之拉西環(huán)，鮑爾環(huán)不僅具有較大的生產能力和較低的壓降，且分離效率較高，溝流現象也大大降低。,3填料塔,3填料塔,這樣的結構使得階梯環(huán)填料的性能在鮑爾環(huán)的基礎上又有提高，其生產能力可提高約10%，壓降則可降低25%，且由于填料間呈多點接觸，床層均勻，較好地避免了溝流現象。,階梯環(huán)填料的結構與鮑爾環(huán)填料相似，環(huán)壁上開有長方形小孔，環(huán)內有兩層交錯45的十字形葉片，環(huán)的高度為直徑的一半，環(huán)的一端成喇叭口形狀的翻邊。,階梯環(huán)一般由塑料和金屬制成，由于其性能優(yōu)于其它側壁上開孔的填料，因此獲得廣泛的應用。,3.3.1.3階梯環(huán)填料（Stairring）,弧鞍是較早開發(fā)的一種表面全部展開的具有馬鞍形狀的瓷質型填料，又稱馬鞍填料。弧鞍填料在塔內呈相互搭接狀態(tài)，形成弧形氣體通道，,優(yōu)點：與拉西環(huán)相比，空隙率高，氣體阻力小，液體分布性能較好，性能優(yōu)于拉西環(huán)。,缺點：相鄰填料易發(fā)生互套疊現象，使填料有效表面降低，從而影響傳質速率，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,矩鞍是在弧鞍基礎上發(fā)展起來的一種結構不對稱的鞍形填料。矩鞍填料的兩端為矩形，且填料的兩面大小不等。這樣的結構使矩鞍克服了弧鞍填料相互重疊的缺點，填料的均勻性得到改善。因而使液體分布均勻，氣液傳質速率得到提高。瓷矩鞍填料是目前采用最多的一種瓷質填料。,3.3.1.5矩鞍形填料,3填料塔,3.3.1.6金屬英特洛克斯（Intalox）填料,將環(huán)形結構與鞍形結構的特點集于一體而形成的一種獨特結構的填料，具有生產能力大、壓降低、液體分布性能好、傳質速率高及操作彈性大等優(yōu)良性能，因而獲得廣泛應用，在減壓蒸餾中其優(yōu)勢更為顯著。,3填料塔,上述幾種形式的填料屬實體填料，與之對應的另一類金屬絲網制成的填料稱為網體填料。網體填料也有多種形式，如網環(huán)和鞍型網等。,,3.3.1.7網體填料（Wiregauzepackings）,缺點：造價很高，故多用于實驗室中難分離物系的分離。,因網絲細密，填料的空隙很高，比表面積很大。由于毛細管作用，填料表面潤濕性能很好。故網體填料氣體阻力小，傳質速率高。,3填料塔,優(yōu)點：,3.3.2規(guī)整填料,在亂堆的散裝填料塔內，氣液兩相的流動路線是隨機的，加之填料填裝時難以做到各處均勻如一，因而容易產生溝流等不良情況，從而降低塔的效率。,規(guī)整填料是一種在塔內按均勻的幾何圖形規(guī)則、整齊堆砌的填料，空隙大，故生產能力大，壓降小，且因流道規(guī)則，所以只要液體初始分布均勻，則在全塔中分布也均勻，因此規(guī)整填料幾乎無放大效應，通常具有很高的傳質效率。,造價較高，易堵塞難清洗，因此工業(yè)上一般用于較難分離或分離要求很高的情況。,3填料塔,規(guī)整填料的種類按照結構可分為絲網波紋填料和板波紋填料。使用時根據填料塔的結構尺寸，疊成圓筒形整塊放入塔內或分塊拼成圓筒形在塔內砌裝。,各種陶瓷規(guī)整填料,金屬板波紋規(guī)整填料,3填料塔,3.3.3填料用材的選擇,（1）塑料：設備操作溫度較低，除濃硫酸、濃硝酸等強酸外，體系對塑料無溶脹，但塑料表面對水溶液的潤濕性差。,（2）陶瓷一般用于腐蝕性介質，尤其是高溫時，但對HF和高溫下的H3PO4與堿不能使用。,（3）金屬耐高溫，但不耐腐蝕。不銹鋼可耐一般的酸堿腐蝕（含Cl-的酸除外），但價格較昂貴。,3填料塔,3.4填料的支撐裝置,填料的支承裝置安裝在填料層的底部。其作用是防止填料穿過支承裝置而落下；支承操作時填料層的重量；保證足夠的開孔率，使氣液兩相能自由通過。,支撐柵板是結構最簡單、最常用的填料支承裝置（如下圖）。它由相互垂直的柵條組成，放置于焊接在塔壁的支撐圈上。這種支承裝置廣泛用于規(guī)整填料塔。用于散裝填料時，柵板上先放置一盤板波紋填料，然后再裝填散裝填料。避免散裝填料直接亂堆在柵板上，將空隙堵塞從而減少其開孔率。,3.4.1柵板型支撐,3填料塔,3.4.2氣液分流型支承,氣液分流型支承屬于高通量低壓降的支承裝置。其特點是為氣體及液體提供了不同的通道，避免了柵板式支承中氣液從同一孔槽中逆流通過。這樣既避免了液體在板上的積聚，又有利于液體的均勻再分配。,氣液分流型支承有駝峰式支承裝置和孔管式填料支承裝置。,駝峰式支承裝置,孔管式填料支承裝置,3填料塔,3.5填料塔的液體分布器,液體分布器：對進入塔內的液體進行分布，使得液體在塔截面上分布均勻。液體分布器根據其結構形式，可分為以下幾種：,3填料塔,3.6填料塔的液體收集再分布器,3.6.1填料層分段,當液體沿填料層向下流動時，有流向器壁形成“壁流”的傾向，結果使液體分布不均，降低傳質效率，嚴重時使塔中心的填料不能被潤濕而形成“干錐”。,為了提高塔的傳質效率，填料必須分段，在各段填料之間，安裝液體收集再分布裝置。其作用有二：（1）收集上一填料層的液體，并使其在下一填料層均勻分布；（2）當塔內氣、液相出現徑向濃度差時，液體收集再分布器將上層填料流下的液體完全收集、混合，然后分布到下層填料，并將上升的氣體均勻分布到上層填料以消除各自的徑向濃度差。,3填料塔,2,3.6.2典型結構,3填料塔,液體再分布器：為改善向壁偏流效應造成的液體分布不均，在填料層內部每隔一定高度設置的裝置。,3.7填料的壓緊和限位裝置,（1）填料壓緊器又稱填料壓板。將其自由放置于填料層上部，靠其自身的重量壓緊填料。當填料層移動并下沉時，填料壓板即隨之一起下落，故散裝填料的壓板必須有一定的重量。常用的填料壓緊板有柵條式和網板式填料壓板，均可制成整體式或分塊結構，視塔徑大小及塔體結構而定。,絲網壓板,3填料塔,（2）填料限位器又稱床層定位器，用于金屬、塑料制成的散裝填料及所有規(guī)整填料。它的作用是防止高氣速、高壓降或塔的操作出現較大波動時，填料向上移動而造成填料層出現空隙，從而影響塔的傳質效率。,3填料塔,3.8除沫器,用來除去由填料層頂部逸出的氣體中的液滴，安裝在液體分布器上方。,,3.9填料塔工作原理,操作時，液體自塔上部進入，并通過液體分布器均勻噴灑于塔截面上，并在填料表面呈膜狀流下；氣體自塔下部進入，通過填料層中的空隙由塔頂排出。氣液兩相在液膜表面進行傳質。,塔設備工作原理—鏈接7,3填料塔,3填料塔,3.10板式塔與填料塔的比較,對許多逆流接觸的過程，填料塔和板式塔都可以使用。各種塔型各有優(yōu)劣，應根據物系綜合考慮選擇。,⑴填料塔操作范圍較小，特別是對于液體負荷的變化更為敏感；,⑵填料塔不宜于處理易聚合或含有固體懸浮物的物料；,⑶當氣液接觸過程中需要冷卻以移出反應熱或溶解熱時，不適宜用填料塔。另外，當有側線出料時，填料塔也不如板式塔方便；,⑷填料塔的塔徑可以很小，但板式塔的塔徑一般不小于0.6m；,⑸板式塔的設計資料更容易得到而且更為可靠，安全系數可以取得更小；,3填料塔,⑹當塔徑不很大時，填料塔的造價便宜；,⑺對于易起泡的物系，填料塔更合適；,⑻對于腐蝕性物系，填料塔更合適；,⑼對于熱敏性物系，采用填料塔較好；,⑽填料塔的壓降比板式塔小，更適于真空操作。,,,4精餾塔,液體混合物的蒸餾操作，是提純物質和分離混合物的一種方法，它廣泛應用于化工生產中。,4.1精餾塔的結構,4精餾塔,鏈接——9板式精餾塔,4精餾塔,4.2精餾塔操作的基本概念,4.2.1沸點、泡點、露點,任何液體受熱，其飽和蒸汽壓等于外界大氣壓時的溫度，叫該液體的沸點。外界壓強越高，液體的沸點就越高；外界的壓強越低，液體的沸點也越低。,在一定壓力下，將某液體混合物加熱至剛剛開始氣化（即剛剛出現第一個微小氣泡）時保持的平衡溫度，稱為該液體混合物的泡點溫度（簡稱泡點）。繼續(xù)加熱，直至全部氣化并將這種氣體混合物在一定壓力下，冷卻至剛剛出現第一滴液珠所保持平衡時的溫度，稱為露點溫度（簡稱露點）。,4精餾塔,4.2.2精餾基本原理,精餾是把液體混合物在傳質設備（塔）中，進行多次部分汽化，同時把產生的蒸汽多次部分冷凝，達到完全分離混合物，獲得所要求純度的組分的操作。,精餾的操作過程中，是在逆流作用的塔式設備中進行的。被塔釜加熱的流體，所產生的蒸汽在塔內自下而上地流動，而送入塔頂的回流液體，則與上升的蒸汽相迎，自上而下地流動。由于氣液兩相在塔中不斷地相互接觸，進行熱和質的交換，使兩相在熱交換過程中，易揮發(fā)組分不斷地從液相中向氣相中擴散，氣相中易揮發(fā)組分增濃；液相中易揮發(fā)組分逐漸減少，難揮發(fā)組分逐漸增濃；兩相處于不平衡情況下，則存在推動力，產生質的傳遞，直至兩相達到平衡時，這種傳質過程停止。,通過整個精餾過程，最終由塔頂得到純度較高的易揮發(fā)組分（塔頂餾出物）的產品，由塔釜排出不易揮發(fā)的物質。,4.2.3板式精餾塔正常狀態(tài)動態(tài)演示,12板式精餾塔動態(tài)演示正常狀態(tài),4精餾塔,,4精餾塔,4.2.4液泛,塔正常工作時,降液管中的液面必須有足夠的高度,以克服兩板間的壓降而流動。當氣液兩相之一的流量增大，使降液管內液體不能順利下流，造成兩板間液體相連。,（1）控制氣液速度于液泛速度之下；,后果：出現淹塔現象。,采取措施：,（2）采用較大的板間距；,鏈接10板式精餾塔動態(tài)演示液泛,4精餾塔,4.2.5液沫夾帶,上升氣流穿過塔板上液層時，將板上液體帶入上層塔板的現象。,為保證傳質達到一定效果，將液沫夾帶量控制在0.1kg(液)/kg(氣)以下。,后果：過量液沫夾帶后果－－造成返混，導致板效率嚴重下降。,采取措施：,（1）控制氣速；,（2）增大板間距；,4.2.6漏液,指當上升氣體流速減小，氣體通過升氣孔道的動壓不足以阻止板上液體經孔道流下，便會出現漏液現象。,增大氣速，使氣流分布不均。,后果：塔板效率下降，嚴重時塔無法正常工作。,采取措施：,漏液量不大于液體流量的10％。,漏液氣速<操作氣速<液泛速度,4精餾塔,4.2.7塔的操作彈性,塔的操作彈性是指最大允許負荷（負荷上限）至最小允許負荷（負荷下限）的范圍。,精餾塔的負荷上限，使用液沫夾帶控制（允許夾帶量不大于10%），以能引起“液泛”現象為止，兩者界限下的最大負荷；負荷下限，是以漏液量接近10%為準的最小負荷。,一般，浮閥塔操作彈性較大，可達9左右；泡罩塔約為5；篩板塔較??；填料塔最小。,4精餾塔,4.3影響精餾操作的工藝因素,4.3.1塔釜溫度,在操作壓力不變的情況下，提高塔釜溫度，則使塔內液相中的易揮發(fā)組分減少，同時并使上升蒸汽的速度增大，有利于提高傳質效率。,如果由塔頂得到產品，則塔釜排出難揮發(fā)物中，易揮發(fā)組分減少，可減少工藝損失；如果塔釜排出物為產品，則可以提高產品質量，但塔頂排出的易揮發(fā)組分中夾帶的難揮發(fā)組分增多，從而增大工藝損失。因此在提高溫度時，既要考慮到產品質量，又要考慮到工藝損失。,在平穩(wěn)操作過程中，釜溫突然升高，來不及調節(jié)相應的壓力和塔釜溫度時，必然導致塔釜液被蒸空，壓力升高。這時重組分（難揮發(fā)組分）易被蒸到塔頂，使塔頂產品不合格。,4精餾塔,,4.3.2操作壓力,在一定操作溫度的情況下，提高操作壓力，可以相應地提高塔的生產能力。但是在塔釜難揮發(fā)產品中，易揮發(fā)組分含量增加。如果從塔頂得到產品，則可以提高產品的質量和易揮發(fā)組分的濃度。,4.3.3加料溫度,常見的進料情況有沸點進料、冷液進料、飽和蒸氣進料、氣液混合進料和過熱蒸氣進料。,如果是冷液進料，且進料溫度低于加料板上的溫度，那么加入的物料全部進入提餾段，使提餾塔負荷增加，塔釜消耗蒸汽量增加，塔頂難揮發(fā)組分降低。若塔頂為產品，則會提高產品質量。,4精餾塔,如果是飽和蒸氣進料，則進料溫度高于加料板上的溫度，所進物料全部進入精餾段，精餾段的負荷增加，會使塔頂產品質量降低，甚至不合格。精餾塔較為理想的進料情況是沸點進料，它較為經濟和最為常用。,4.3.4加料量,在允許負荷范圍內，提高加料量，對提高產品的產量有益。如果超出允許負荷，提高加料量，會產生夾帶，甚至液泛；如果加料量過低，塔的平衡操作不好維持，特別是浮閥塔、篩板塔等。由于負荷減低，蒸汽速度減小，塔板容易漏液，精餾效率降低。,4精餾塔,4.3.5回流,在精餾操作中，回流是維持全塔正常操作的必要條件。,一般，提高回流比，可以提高產品質量。但是回流比過大，塔內的內循環(huán)增加，使水、電和氣的消耗量增加，操作費用相應提高。當塔頂采出量變大，回流比減小時，塔內氣液接觸不好使平衡受到破壞，因而傳質效率下降。同時，操作壓力下降，難揮發(fā)組分易被帶到塔頂，導致精餾效率下降，塔頂產品質量不合格。,4精餾塔,4.4精餾塔的操作技術,4.4.1精餾塔原始開車操作技術,原始開車一般按以下程序進行：,（1）檢查按安裝工藝流程圖逐一進行核對檢查。,（2）吹除和清除在新建或大修后的塔系統(tǒng)所屬設備和管道內，往往存在有安裝過程中的灰塵、焊條鐵屑等雜物。為了避免這些雜物在開車時堵塞管路或卡壞閥門，必須用壓縮空氣進行吹除或清掃。,吹除前應按氣液流程，依次拆開與設備、閥門連接的法蘭，吹除物由此排放。吹洗時用高速壓縮空氣分段吹盡并用木錘輕擊外壁。每吹盡一段，立即裝好法蘭。吹洗流程應該是從設備的高處往低處吹。,4精餾塔,（3）系統(tǒng)水壓試驗和氣密性試驗,為了檢查設備焊縫的致密性和機械強度，在使用前要進行水壓試驗。水壓試驗一般按設計圖紙上的要求進行。水壓試驗要用常溫下的清水，并要從設備的最低點注入，使設備內的氣體由上面放盡。,為了保證開車時氣體不從法蘭及焊縫處泄露出來，使塔操作連續(xù)穩(wěn)定，必須進行系統(tǒng)氣密性試驗。試驗方法是用壓縮機向系統(tǒng)內送入空氣，并逐漸將壓力提高到操作壓力的1.05倍。然后對所有設備、管線上的焊縫和法蘭逐個涂抹肥皂水進行查漏。發(fā)現漏處，做好標記或記錄，泄壓后進行處理。如無泄漏，保壓30min，壓力不降為合格，最后將氣體放空。,4精餾塔,（4）單機試車和聯(lián)動試車,單機試車是為了確認轉動和待轉動設備（如空壓機和離心泵等）是否好用，是否負荷有關技術規(guī)范。單機試車是在不帶物料和無負載的情況下進行的。首先斷開聯(lián)軸節(jié)，單獨開動電動機，運轉48h，觀察電機是否發(fā)熱，震動，有無雜音，轉動方向是否正確等。,聯(lián)動試車是用水或生產物料類似的其他物料，代替生產物料所進行的一種模擬生產狀態(tài)的試車。目的是為了檢驗生產裝置連續(xù)通過物料的能力。聯(lián)動試車時給水加熱，觀察儀表是否準確地指示所通過的流量、溫度和壓力等數據，以及設備的運轉是否正常等情況。,4精餾塔,（6）系統(tǒng)開車,在工業(yè)生產中，被分離的物質絕大部分為有機物，它們具有易燃、易爆的性質，在設備投產前，如果不驅出設備內的空氣，就很容易與有機物形成爆炸混合物。因此在向系統(tǒng)送入混合物前，應先用惰性氣體（氮氣）將其中的空氣置換，使置換氣中含氧量不大于0.5%。,（5）系統(tǒng)的置換,系統(tǒng)置換合格后，即可進行系統(tǒng)開車。,4精餾塔,4.4.2精餾塔正常開、停車操作技術,（1）正常開車,系統(tǒng)裝置置換合格后，即可進行生產的正常開車。精餾操作的正常開車分為短期停車后開車和長期停車后開車。,a.短期停車后的開車。,檢查原料庫存情況，選定加料量，向塔釜加料。當看見液面后，緩慢升溫，在此過程中，隨著塔壓的升高，塔內的惰性氣體逐漸被排出，此時冷凝液應相應逐漸加大，并進行全回流操作。當塔釜液面控制在1/2～2/3時，即可開始加料，當塔隨升溫過程已轉為正常后，停止加料，讓塔內自身循環(huán)，待回流液分析合格后，開始采出產品，并繼續(xù)投料生產。,在自身循環(huán)過程，是全回流操作，當達到連續(xù)加料，并連續(xù)采出時，即為開車成功。,4精餾塔,在空塔投料剛升溫時，升溫速度要緩慢，因為這時沒有液體回流，塔板上還沒有進行氣液接觸和物質交換，因而氣體上升速度比正常操作速度快。隨著溫度的升高，塔頂蒸出的氣體被冷凝后，回流到塔頂并沿塔板流下，在塔板上逐漸形成液體層，塔內便將進行傳質和傳熱過程。如不按此操作，難揮發(fā)組分就會被帶到塔頂，生產出的產品就會不合格。,b.長期停車后的開車。,長期停車后的開車，一般是指檢修后的開車。首先檢查各設備、管道、閥門、各取樣點、電氣及儀表等是否完好正常；然后對系統(tǒng)進行吹凈、清洗、強度和氣密性試驗，以及對系統(tǒng)置換，一切正常合格后，按短期停車后的開車操作步驟進行。,4精餾塔,（2）停車,在化工生產中停車方法與停車前的狀態(tài)有關，一般有以下三種方式：,a.正常停車,生產進行一段時間后，設備需要進行檢查或檢修而有計劃的停車稱為正常停車。這種停車是逐漸減少物料的加入，直到完全停止加入。待物料蒸完后，停止供氣加熱、降溫并卸掉系統(tǒng)壓力，然后停止供水，將系統(tǒng)中的溶液排放（排到溶液貯槽）干凈。打開系統(tǒng)放空閥，并對系統(tǒng)進行清洗。若原料氣中含有易燃、易爆氣體，要用惰性氣體對系統(tǒng)進行置換。,停車后，對于某些需要進行檢修的設備，必須要用盲板切斷設備上的物料管線，以避免可燃物漏出而造成事故。,4精餾塔,b.緊急停車,生產中一些想象不到的特殊情況下的停車稱為緊急停車。如某些設備損壞，某部分電氣設備的電源發(fā)生故障，某一個或多個儀表失靈等，都會造成生產裝置的緊急停車。,發(fā)生緊急停車時，首先停止加料，調節(jié)塔釜加熱蒸汽和凝液采出量，使設備處于待生產的狀態(tài)，此時，應積極搶修，排除故障，待停車原因消除后，應按開車的程序恢復生產。,c.全面緊急停車,當生產過程中突然發(fā)生停電、停水、停氣或發(fā)生重大事故時，則要全面緊急停車。,為了防止全面緊急停車，一般的化工廠均有備用電源，當第一電源斷電時，第二電源應立即送電。,4精餾塔,4.4.3精餾塔工藝操作指標調節(jié),（1）塔壓的調節(jié),正常操作中，如果加料量、釜溫以及塔頂冷凝器的冷劑量等條件都不變化，則塔壓將隨采出量的多少而發(fā)生變化。采出量太少，塔壓升高。反之，采出量太大，塔壓下降。,操作時，釜溫、加料量以及塔頂采出量都未發(fā)生變化，塔壓卻升高?？赡苁抢淠齽┑睦鋭┝坎蛔慊蚶鋭囟壬?，抑或冷劑壓力下降。這時應盡快聯(lián)系供冷單位予以調節(jié)。如果冷劑一時不能恢復到正常情況，則應在允許的條件下，塔壓可維持高一點或增加塔頂采出，并降低釜溫，以保證不超壓。,4精餾塔,一定溫度有相應的壓力。在其他操作條件不變的條件下，塔頂或塔釜溫度的波動，會引起塔壓的相應波動，這是正?，F象。但是當塔溫度突然升高，必然會導致塔壓升高。這時除了調節(jié)塔頂冷凝器的冷劑和加大采出量之外，更重要的是恢復塔的溫度。如果處理不當易使塔頂產品不合格和液泛的發(fā)生。,（2）塔溫的調節(jié),在一定的壓力下，被分離的液體混合物，氣化程度決定于溫度，而溫度由塔釜加熱器的蒸汽用量來控制。塔釜溫度波動時，除了分析加熱器的蒸汽量和蒸汽壓力的變動之外，還要考慮其他因素的影響。例如，塔壓的升高或降低，也能引起釜溫的變化。當塔壓突然升高時，雖然釜溫隨之升高，但上升蒸氣卻在下降，使塔釜輕組分變多。要分析原因予以排除。,4精餾塔,在正常操作中，有時釜溫會隨著加料量或回流量的改變而改變。因此在調節(jié)加料量或回流量時，要相應地調節(jié)塔釜溫度和塔頂采出量，使塔釜溫度和操作壓力平穩(wěn)。,（3）回流量的調節(jié),回流量是直接影響產品質量和塔的分離效果的重要因素?；亓髁康脑黾樱翰蠲黠@增大，塔頂產品純度會提高；回流量減少，塔壓差變小，塔頂產品純度變差（重組分含量增加），在操作中，一般依據這兩方面的因素來調節(jié)回流比。,4精餾塔,（4）塔壓差的調節(jié),塔壓差是判斷精餾塔操作加料、取料是否均衡的重要標志之一。在加料、取料保持平衡和回流量保持穩(wěn)定的情況下，塔壓差基本不變。,如果塔壓差增大，必然引起塔身個板溫度的變化，這可能是塔板堵塞，或是采出量太少，塔內回流量太大所致，此時應提高采出量來平衡操作。否則，塔壓差逐漸增大，將引起液泛。當塔壓差小時，釜溫不大好控制，這可能是塔內物料太少，精餾段處于干板操作，不起分離作用，必然導致產品質量下降。此時應及時減少塔頂采出量，加大回流量，使塔壓差保持穩(wěn)定。,4精餾塔,（5）塔頂溫度的調節(jié),在精餾塔中，塔頂溫度由回流溫度來控制，但不是以回流量來控制。,在正常操作中，若加料量、回流量、釜溫及操作壓力都不變，則塔頂溫度處于穩(wěn)定正常狀態(tài)。當操作壓力提高時，塔頂溫度就會下降。遇到這種情況，則必須恢復正常的操作壓力。另外在操作壓力正常的情況下，塔頂溫度隨塔釜溫度升高而升高，下降而下降。若遇到這樣情況，此時可適當調節(jié)釜溫，恢復塔頂溫度。否則，會因塔頂溫度的波動而影響塔頂或塔釜的產品質量。,4精餾塔,（6）塔釜液面的調節(jié),無論哪一種精餾操作，嚴格控制塔釜液面都是很重要的?？刂扑囊好嬷烈欢ǜ叨?，一方面起到塔釜液封的作用，使被蒸發(fā)的輕組分蒸氣，不致于從塔釜排料管跑掉；另一方面，使被蒸發(fā)的液體混合物在釜內有一定的液面高度和塔釜蒸發(fā)空間以及使塔釜混合液體在蒸發(fā)器內的蒸發(fā)面與塔釜液面有一個溫差高度，以保證液體因靜壓作用而不斷循環(huán)去蒸發(fā)器內進行蒸發(fā)。,塔釜的液面一般以塔釜排出量來控制,4精餾塔,4.5精餾塔操作中的異?，F象及處理,4精餾塔,4精餾塔,5吸收塔,5吸收塔,5.1吸收的基本概念,在吸收過程中，根據操作過程中有無化學反應，可以將吸收分為物理吸收和化學吸收。如用水吸收CO2（水洗），為物理吸收；在吸收過程中伴有化學反應，如用醋酸吸收乙烯酮為醋酸酐，為化學吸收。,被選用具有吸收能力的液體，稱為吸收劑或溶劑，被吸收劑吸收的氣體組分，叫吸收質或溶質，不被吸收的氣體組分稱為惰性氣體或載體，經吸收后得到含有吸收質的溶液稱為吸收液。,氣體吸收過程與溶液的蒸餾過程一樣，都是屬于傳質過程。但是又有區(qū)別：蒸餾是分離液體混合物，而吸收是分離氣體混合物；蒸餾過程是雙向傳質，而吸收是單向傳質。,吸收是選用適當的液體作為吸收劑，與氣體混合物逆向接觸，利用混合物中各組分在吸收劑中溶解度的不同，以除去其中一種或多種組分的過程，即氣體中的可吸收組分（溶質）從氣相轉入液相（吸收劑）的傳質過程。,5.2吸收的原理,5吸收塔,13填料吸收塔,5.3影響吸收操作的因素,5.3.1吸收質的溶解性,由于氣體混合物中各組分在吸收劑中的溶解度不同，因而提高吸收速率的途徑就不一樣。對于易溶氣體，溶質很容易被吸收劑吸收，加大氣體流速，可以提高吸收速率。對于難溶氣體，溶質很難轉入液相。,5吸收塔,5.3.2吸收劑性能,吸收劑性能好壞，將直接影響吸收操作的效果，因此，在選用吸收劑時，應符合:（1）要有較好的選擇性；（2）具有較好的化學穩(wěn)定性；（3）要求吸收劑粘度??；（4）具有較小的比熱和密度；（5）無毒、無腐蝕等性能。,5.4影響吸收操作的工藝因素,5.4.1溫度,吸收溫度對吸收率的影響很大。溫度越低、氣體越容易溶解在溶液中，吸收效率越高。,由于吸收過程是放熱反應，為了降低吸收溫度，通常設置中間冷卻器，從吸收塔中部取出吸收過程放出的熱量。,5吸收塔,5.4.2壓力,提高操作壓力，可以提高混合氣體中被吸收組分的分壓，增大吸收的推動力，有利于氣體的吸收。但是過高地增加操作壓力，會增大操作難度和生產費用。因此，吸收操作一般在常壓下進行，若吸收后氣體需進行高壓反應，則可采用高壓下吸收操作，既有利于吸收，又增加吸收塔的吸收能力。,5.4.3塔內氣體流速,在吸收劑穩(wěn)定的操作情況下，當氣流速度不大，作滯留運動時，吸收速率低；當氣流速度增大呈湍流狀態(tài)時，吸收速率大大增加；當氣流速度增大到某一值（液泛速度）時，液體便不能向下流動，造成夾帶液沫，氣液接觸不良，甚至造成液泛現象，無法進行操作。因此，穩(wěn)定操作流速，以保證吸收操作高效率地平穩(wěn)生產。,5吸收塔,5.4.4吸收劑流量,吸收劑流量越大，塔內噴淋量越大，氣液的接觸面越大，吸收效率可以得到提高。但是吸收劑用量不宜過大，否則吸收液的質量達不到要求；若用量過小，混合氣體中被吸收組分不能完全被吸收，吸收后的氣體純度會降低。,5.5吸收塔的操作技術,5.5.1裝填料,吸收塔經檢查吹掃后，即可向塔內裝入用清水洗凈的填料，對拉西環(huán)、鮑爾環(huán)等填料，均可采用不規(guī)則和規(guī)則排列法，即先在塔內注滿水，然后從塔的人孔部位或塔頂將填料輕輕地倒入（對于瓷質填料還應輕拿輕放），待填料裝至規(guī)定高度后，把漂浮在水面上的雜物撈出，并放凈塔內的水，將填料表面整平，最后封閉人孔或頂蓋。,5吸收塔,木格填料的裝填方法，是從塔底分層地向上裝填，每兩層木格之間的夾角為45，裝完后，在木格上面還要用兩根工字鋼壓牢，以避免開車時氣流將木格吹翻。塔內填料裝完后，即可進行系統(tǒng)的氣密性試驗。,5.5.2設備的清洗,在運轉設備進行聯(lián)動試車的同時，還要用清水清洗設備（某些設備還要用稀堿液洗去其中的油污和鐵銹），以除去固體雜質，清洗中不斷排放污水，并不斷向溶液槽內補加新水，直至循環(huán)水中固體雜質含量小于50ppm為止。,5吸收塔,5.5.3系統(tǒng)的開車,系統(tǒng)在開車前必須進行置換，合格后，即可進行開車，其操作步驟如下：,（1）向填料塔內充壓至操作壓力；,（2）啟動吸收劑循環(huán)泵，使循環(huán)液按生產流程運轉；,（3）調節(jié)塔頂噴淋量至生產要求；,（4）啟動填料塔的液面調節(jié)器，使塔底液面保持規(guī)定的高度；,（5）系統(tǒng)運轉平穩(wěn)后，即可連續(xù)導入原料混合氣，并用放空閥調節(jié)系統(tǒng)壓力；,（6）當塔內的原料氣成分符合生產要求時，即可投入正常生產。,5吸收塔,5.5.4系統(tǒng)的停車,（1）短期停車,a.通告系統(tǒng)前后工序或崗位；,b.停止向系統(tǒng)送氣，同時關閉系統(tǒng)的出口閥；,c.停止向系統(tǒng)送循環(huán)液。關閉泵的出口閥，停泵后，關閉其進口閥；,d.關閉其他設備的進出口閥門。,系統(tǒng)臨時停車后仍處于正壓狀況。,5吸收塔,（2）緊急停車,a.迅速關閉原料混合氣閥門；,b.迅速關閉系統(tǒng)的出口閥門；,c.按短期停車方法處理。,（3）長期停車,a.按短期停車操作停車，然后開啟系統(tǒng)放空閥，卸掉系統(tǒng)壓力；,b.將系統(tǒng)中的溶液排放到溶液儲罐或地溝，然后用清水洗凈；,c.若原料氣中含有易燃易爆物，則應用惰性氣體對系統(tǒng)進行置換，當置換氣體中易燃物含量小于5%，氧含量小于0.5%時為合格；,5吸收塔,d.用鼓風機向系統(tǒng)送入空氣，進行空氣置換，當置換氣中含氧量大于20%為合格。,5.5.5正常操作要點,a.進塔氣體的壓力和流速不宜過大，否則會影響氣、液兩相的接觸效率，甚至使操作不穩(wěn)定；,b.進塔吸收劑不能含有雜物，避免雜物堵塞填料縫隙。在保證吸收率的前提下，盡量減少吸收劑的用量；,c.控制進入溫度，將吸收溫度控制在規(guī)定的范圍；,d.控制塔底與塔頂壓力，防止塔內壓差過大。壓差過大，說明塔內阻力大，氣液接觸不良，致使吸收操作過程惡化；,5吸收塔,e.經常調節(jié)排放閥，保持吸收塔液面穩(wěn)定；,f.經常檢查泵的運轉情況，以保證原料氣和吸收劑流量的穩(wěn)定；,g.按時巡回檢查各控制點的變化情況及系統(tǒng)設備與管道的泄漏情況，并根據記錄表要求做好記錄。,5.6吸收塔操作正常維護要點,a.定期檢查、清理或更換噴淋裝置或溢流管，保持不堵、不斜、不壞；,b.定期檢查篦板的腐蝕程度，防止因腐蝕而塌落；,c.定期檢查塔體有無滲漏現象，發(fā)現后，應及時補修；,5吸收塔,d.定期排放塔底積存臟物和碎填料；,e.經常觀察塔基是否下沉，塔體是否傾斜。,5吸收塔,5.6常見的異?，F象及處理方法,5吸收塔,5吸收塔,6萃取塔,6.1萃取的基本概念,因此在選用萃取法分離液體混合物時，必須加進另一種稱為萃取劑的溶劑。萃取劑最好與原溶劑不互溶，至多是微有互溶。,萃取是分離均相液體混合物的化工單元操作，它利用各溶質組分在兩個液相中分布情況的差別，實現混合物組分分離的目的。,在萃取設備中，先使原料液與萃取劑密切接觸，然后再分離成兩個單獨的液相：以萃取劑為主的并含有提取組分的稱萃取相，以原料液為主的而有關組分已被提取的稱為萃余相。,6萃取塔,6.2萃取設備類型,按有無補充外能分為：無攪拌萃取塔和外能輸入萃取塔。,無攪拌萃取塔如填料塔和篩板塔，分散相液體依靠密度差在重力場中產生的浮力，使液滴浮升并撞擊填料而破碎，或使已凝并的分散相液體通過篩孔重新分配。,外能輸入萃取塔如脈動篩板塔和震動篩板塔，適合于兩相密度差小，連續(xù)相粘度大，界面張力較高的液液體系，可以得到較好的分散效果。,工業(yè)上應用較多的還是有外能輸入的萃取塔。,6萃取塔,6.3典型萃取設備工作演示,14篩板萃取塔,15填料萃取塔,6萃取塔,謝謝,