2022年新型高效塔设备技术及其应用B.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用新型高效塔设备技术及其应用 新型高效填料、板填复合塔板、高效除雾器、运算机模拟技术等,并介绍了这些技术在工业生产中的应用和取得的成果；一般来说,采纳新分别1 前言塔设备是化工、石化、炼油、医药等工业中的重要组成部分；它对整个流程的生产才能、产品质量、能耗与原 料消耗、环境爱护等,均会产生重大影响；据统计,石油和化学工业的能耗占工业总能耗的很大部分,其中约 60%就用 于精馏过程,而精馏过程是由塔设备来实现的；塔设备投资约占化工、石化工程总投资的 30%40%；塔设备的分别效 率,在生产中对产品的纯度、产品的回收率、工业

2、过程的能耗等,都起着至关重要的作用；塔设备按其结构分为两大类：板式塔；填料塔；其中,板式塔的讨论起步较早,它具有结构简洁、造价低、适应性强、易于放大等优点；最近几十年来,填料 塔技术也取得长足的进步；由于性能优良的新型高效填料的相继问世,特殊是规整填料及新型塔内件的不断开发和基础 理论的深化,填料塔的应用也越来越广泛；新型高效塔内件在技术改造中,可以节约投资、降低消耗、提高装置运行的 经济性；其中,高效导向筛板、新型填料、高性能液体分布器等塔内件,在生产应用中尤为突出；2 高效导向筛板高效导向筛板是北京化工高校在对包括筛板塔板在内的各种塔板进行深化细致讨论的基础上,发挥筛板塔板结 构简洁、造价

3、低廉的特点,克服其漏液点高、效率较低的缺点,并且通过对各种塔板进行深化讨论、综合比较,结合塔 板上流体力学与传质学的讨论成果,讨论开发的新型高效塔板；高效导向筛板具有生产才能大、塔板效率高、塔压降低、结构简洁、造价低廉、修理便利的特点；目前,已广 泛应用于化学工业、石油化工、精细化工、轻工化工、医药工业、香料工业、原子能工业等领域,所应用的物系包括甲醇水 原料中仍会有粘性树脂和发泡剂等杂质、乙醇水 发酵醪制乙醇、醋酸水、醋酸醋酸乙烯、醋酸甲酯醋酸乙烯水、乙炔乙醛醋酸乙烯、聚醋酸乙烯醋酸乙烯甲醇、乙苯苯乙烯、邻硝基氯苯对硝基氯苯、香 叶醇分别、重水分别等等；高效导向筛板的工作原理如图 1 所示；

4、图 1 高效导向筛板工作原理在高效导向筛板上,开设了大量筛孔及少部分导向孔,通过筛孔的气体在塔板上与液体错流,穿过液层垂直上 升,通过导向筛板的气体,沿塔板水平前进,将动量传递给塔板上水平流淌的液体,从而推动液体在塔板上匀称稳固前1 / 7 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用进,克服了原先塔板上的液面落差和液相返混,提高了生产才能和板效率,解决了堵塔、液泛等问题；另外,在传统塔板上,由于存在液面梯度,在塔板的上游总是存在着一个非活化区,在此区域内,气流无法穿过液层而上升鼓泡,如对浮阀塔板,上

5、游的几排浮阀无法打开,而对筛板塔板,上游的一个区域内无气泡鼓出；依据试验测定,非活化区的面积往往占塔截面积的 1/3 左右；高效导向筛板在液流入口处增加了向上凸成斜台状的鼓泡促进器,促使液体一进入塔板就能生产鼓泡,带来了良好的气液接触与传质成效；2.1 高效导向筛板特点 2.1.1 生产才能大高效导向筛板比传统塔板的生产才能高出 50%80,甚至更高,其缘由如下：a. 克服了液流上游存在的非活化区,使得气流通道增加了 1/3 以上；b. 排除了液面梯度,气速匀称；在传统塔板上,由于上游液层厚而下游液层薄,气速在整个塔截面上是不匀称的,下游液层较薄处气速较大,该处液层领先被吹开时,就达到了生产才

6、能的最大值；而对导向筛板,由于整个塔截面上气速匀称,即全塔平均气速达到最大时,才是生产才能的最大值；c. 从筛孔中上升的气体是垂直向上,从导向孔中上升的气体是水平向前,气体的合成气速是斜向上方的；这样,既延长了气体夹带雾滴的运动轨迹,减小了雾沫夹带,又提高了气速和生产才能；d. 由于导向筛板效率高,同样塔板数时回流比可以降低,进而提高塔的负荷与生产才能；2.1.2 效率高a. 由于克服了非活化区,使得塔板上鼓泡区域增加,增加了气液传质机会,提高了塔板效率；b. 液相返混是影响传统塔板效率的最重要的因素之一；高效导向筛板很好地克服了液相返混现象,提高了塔板效率；c. 排除了液面梯度,降低了漏液量

7、和雾沫夹带,提高了塔板效率；2.1.3 压降低与泡罩塔板、浮阀塔板相比,筛板塔板由于结构简洁,气流通道顺畅,因此操作压降最低；试验和生产体会表明,导向孔的阻力降比筛孔的低20左右,导向筛板的压降比筛板塔板的仍低10左右；2.1.4 抗堵才能强由于从导向孔中喷出的气体推动物料在塔板上水平前进,这样可以强化液体在塔板上的流淌,对粘性物料,可以多设置导向孔；特殊是对发酵醪的蒸馏、聚合物与单体的分别等,有其独到之处；2.1.5 结构简洁、造价低廉由于高效导向筛板只是在钢板上开些筛孔和导向孔,而无其他组件,因此其结构简洁,重量较轻,这样工人在拆装过程中特别便利；相应的造价也很低,高效导向筛板的造价相当于

8、泡罩塔板的40%50,浮阀塔板的60%70；综上所述,高效导向筛板适用于要求生产才能大或扩产改造的场合；要求分别效率高以及精密分别的场合；要求压降低、特殊是真空精馏的场合；它对粘性物料或含有固体颗粒的物料,有很强的抗污和抗堵才能,仍能够有效地破除塔板上的泡沫,降低雾沫夹带,防止液泛发生；高效导向筛板的胜利之处,仍在于其结构简洁,造价低廉,拆装方便；2.2 应用实例2.2.1 高粘度物料精馏的技术改造在福建纺织化纤集团有限公司聚乙烯醇生产的聚合工段,醋酸乙烯在聚合釜中反应生成聚醋酸乙烯,在聚合一塔中,将聚合物与未聚合的单体进行分别；从聚合釜出来的反应液聚醋酸乙烯含量高达 36%,物料粘度大,这给

9、聚合一塔的脱单体精馏带来肯定的困难；聚合一塔原先采纳泡罩塔板,物料在板上流淌阻力大,经常造成液泛、堵塔等生产事故；因此,生产要求对聚合一塔进行技术改造；在采纳导向筛板对聚合一塔进行技术改造时,仅用导向筛板替换原泡罩塔板,塔体、塔内支承件均不动,自1997 年 3 月投入运行以来,操作始终稳固正常,状态良好,达到了很高的技术指标；塔的分别指标及操作回流比见表1、表 2；表 1 塔的分别指标2 / 7 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用表 2 塔的操作回流比由表 1、表 2 可以看出,技改后,塔

10、釜VAC醋酸乙烯 含量由原先的0.26%降低为 0.02%0.03%,大大提高了VAC的回收率和聚合物的质量；塔顶 VAC含量由 50%提高到 60%,削减了后续工段的处理负荷与能耗；同时,由于导向筛板塔 板效率高,聚合一塔的回流比由原先泡罩塔板的 1.3 ,降为 0.7 ,降低了 45%,节能 36%；并且,技改后,完全解决了生 产中堵塔、液泛等问题；聚合一塔为直径2000mm、塔板数40 层的大塔,技改的设备投资约为22 万元,而仅计节能、节水、提高VAC回收率和提高产品质量几项,每年增加效益约321 万元,改造的投资回收期不到30d；另外,技术改造仍将聚合工段VAC处理量由5400L/h

11、 增加到 8200L/h ,产量增大了50%；2.2.2 聚合三塔与回收三塔的技术改造在石家庄化工化纤有限公司采纳导向筛板的技术改造中,将聚合三塔与回收三塔合并成一个塔,使其产量扩大 了 150%,回流比由原先的 4.2 降为 1.8 ,塔顶甲醇由原先的 99.5%提高到 99.8%,达到了扩产、节能、降耗的成效；2.2.3 回收一塔技术的改造 50%；同时,回流比由原先 在广西维尼纶 集团 有限公司的回收一塔技术改造中,采纳高效导向筛板塔,扩产 的 2.5 降为 1.8 ,塔顶醋酸甲酯含量由 65%提高到 83%,大大降低了该塔和后续工段的负荷与能耗；塔釜醋酸甲酯含量由 0.2%降为 0.0

12、5%,提高了其回收率,达到了很高的技术指标,并制造了良好的经济效益；3 新型高效填料北京化工高校开发了多种规整填料、散堆填料、液体收集器、液体分布器等塔内件；其中,填料是填料塔最重 要的传质内件；填料的性能主要取决于填料表面的潮湿程度和汽液两相流体分布的匀称程度；由于填料供应了单位体积中较大 的表面积,这仅是填料的几何表面,起气液传质作用的表面要比几何表面小,总有一部分填料表面未被潮湿,削减了气 液有效接触的相界面,从而降低了传质成效；如想达到较好的传质成效,必需使液体在整个填料表面充分潮湿,形成均 匀的液膜；填料表面的潮湿性能,主要依靠于所处理物料的表面张力、粘度和填料表面的性质等；特殊是对

13、水、甘油等 表面张力大的物系,必需对填料表面进行物理处理和化学处理,提高填料表面的潮湿性能；对金属材质填料,采纳物理 方法、化学方法及联合方法,对金属丝网波纹填料与金属板波纹填料进行表面处理,大大提高了液体在填料表面的成膜 和填料的分别效率,甚至使有的分别过程由不行能成为可能,强化了分别技术与工艺；在塑料填料方面,对于聚丙烯、聚乙烯等材质的填料,无论是对于规整填料仍是散堆填料,北京化工高校均开 发了最为先进的高分子表面接枝技术,对塑料表面的 0.1 m内进行接枝改性,大大提高了填料表面的潮湿性,进而提高 了填料的传质效率,经过在恶劣环境 酸、碱环境下 下的应用结果说明,塑料填料同样具有很高的传

14、质性能和流体力学 性能,且价格廉价；特殊值得一提的是,北京化工高校研制开发的双层、三层金属填料,具有大通量、低压降、效率高的特点；由 于填料效率极高,在精密分别过程及旧塔改造过程中,可以有效地降低塔的高度,在新塔设计与要求满意原有空间的旧 塔改造过程中,都有着很高的有用价值；如北京某厂位于四环路边上,排放气体中含有一些甲醇、醋酸甲酯,采纳三层金属丝网填料塔进行设计,使分 离后的甲醇、醋酸甲酯等有机物均为检不出,大大高于环保部门对气体排放的要求,顺当通过了环保验收；3 / 7 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料

15、整理 仅限学习使用3.1 新型高效规整填料 近年来,讨论开发和推广应用的新型高效规整填料,主要包括金属板波纹填料和金属丝网波纹填料两大类,在 将其进行物理和化学方法处理后,填料的分别效率大为提高；主要优点如下：a. 理论塔数高、通量大、压力降低；b. 低负荷性能好,理论板数随气体负荷的降低而增加,几乎没有低负荷极限；c. 放大效应不明显；d. 适于减压精馏,能够满意精密、大型、高真空精馏装置的要求,犯难分别物系、热敏性物系及高纯度产品的 精馏分别,供应了有利的条件；北京化工高校讨论开发的新型高效规整填料的主要型号、规格、性能见表 3；表 3 新型高效填料型号、规格及性能3.2 新型高效散堆填料

16、 新型高效散堆填料,主要包括金属鲍尔环填料；金属阶梯环填料；金属环矩鞍填料等；3.2.1 金属鲍尔环填料20 世纪 40 岁月德国BASF公司在拉西环填料的基础上开发的,它采纳金属薄板冲扎制成,在金属鲍尔环填料是环壁上开出了两排带有内伸舌叶的窗孔,每排窗有 位置相互错开,一般开孔的总面积约为整个环面积的 布情形及传质性能比拉西环有较大的改善；3.2.2 金属阶梯环填料5 个舌叶弯入环内,指向环心,在中心处几乎相搭,上下两层窗孔的 35%左右；由于在环壁上开了很多窗孔,使得填料层内的气、液分阶梯环填料是 20 世纪 70 岁月初由英国传质公司应用价值分析技术开发出来的一种改进的开孔环填料；这种填

17、料降低了环的高度,并在环的两个侧端增加了锥形翻边,使其性能较鲍尔环填料有了较大的进步；在同样液体喷淋密度下,其泛点气速较鲍尔环提高了 10%20%；在同样气速下,压力降较鲍尔环低 30%40%；3.2.3 金属环矩鞍填料金属环矩鞍填料是美国诺顿 Norton 公司领先讨论开发的一种新型填料,国内简称为英特洛克斯填料；这种填料奇妙地把环形和鞍型两类填料的特点综合为一体,使其既有环形填料通量大的特点,又有鞍型填料液体分布性能好的4 / 7 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用优势,从而成为当前颗粒

18、型填料中的佼佼者；新型高效散堆填料主要型号、规格、性能见表 4；表 4 几种新型散堆填料的型号、规格及性能北京化工高校开发的新型高效填料已经在北京有机化工厂、石家庄化工化纤有限公司、江西维尼纶厂、贵州有机化工总厂、云南云维股份公司、兰州维尼纶 集团 公司、北京第三制药厂、北京化工试验厂等几十家企业的塔器中得到应用,均取得了扩产、节能、降耗,大幅度提高经济效益的成果；应用的物系包括甲醇水、乙醇水、NaOH水溶液脱硫、磷、 NaOH水洗涤等醋酸乙烯醋酸甲酯分别、醋酸- 醋酸乙烯分别、乙醛醋酸乙烯分别、乙苯苯乙烯分别、硝基氯苯同分异物体分别等；在制药行业的溶剂回收应用中,也得到了广泛的好评；4 运算

19、机模拟运算与优化设计精馏运算是化工运算中最复杂的运算过程之一；对于精馏运算,采纳运算机模拟技术,可以进行转变回流比、塔板数、回流温度、加料温度、加料口位置、中采位置、顶采位置、釜采流量等各参数的多种精馏方案的运算,最终得到正确工艺方案；这种方案可以做到降低回流比 从而可以大幅度地节能 、提高产品质量、降低釜液中轻物质的含量 减少物料消耗 ；依据最终确定的优化方案,得到各层塔板上精馏的热力学性质和流体力学数据 如流量、密度、表面张力、压缩因子等 ,进而对塔板 或填料塔 进行流体力学设计,确定塔径、塔板的开孔率、降液管面积,依据运算出的各股物料流量 加料、气相或液相采出量、馏出量、釜出量 ,进而对

20、全塔的各管路进行设计；依据这些流量与管径大小,可以进行泵、外表等的选型设计；依据运算机精确运算出塔顶冷凝冷却负荷与塔釜热负荷,可以便利地进行整个化工过程的工艺运算及配套设计；需要说明的是,假如采纳传统的手工运算,对于 5 组分、 40 层塔板的精馏运算,可能需要半年以上的时间；而运算机运算可以在几分钟内完成,这样可以转变参数,进行多种方案的精馏运算,进一步得到优化的精馏设计方案；任何一个分别过程的设计,总是将从工厂中取得的数据转化为运算机识别的数据,用从国外引进的最先进的化工过程运算软件 CAD,在运算机上进行具体运算,最终得到优化的工艺方案和流体热力学数据,进而进行各塔和整个工艺的优化设计；

21、应用运算机优化运算 曾为 5 家大型化工企业进行整个工艺的具体规划和工艺运算,共包括 5 个工段、 30 余个塔器及附属设备 ,可运算出各个工段、各个塔及其附属设备、各条管路、再沸器等的技改需要数据,并运算出技改后能达到的指标,技改的设备投资及可以达到的经济效益；优化运算为企业的技术改造供应了精确牢靠的方案,并且在实施过程中达到了预期目的,获得了庞大的经济效益；5 高性能填料塔内件塔内件是填料塔的组成部分,它与填料及塔体共同构成一个完整的填料塔；5 / 7 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用

22、全部塔内件的作用都是为了使气液在塔内更好地接触,以便发挥填料塔的最大效率和最大生产才能；所以,塔 内件设计的好坏,直接影响到填料性能的发挥和整个填料塔的操作运行；另外,填料塔的“ 放大效应” 除了填料本身固 有因素外,塔内件对它的影响也很大；近几年来,北京化工高校对塔内件的讨论与开发工作取得了很大的进展,使填料 塔的设计与应用日趋完善；塔内件主要包括以下几个部分：a. 液体分布装置；b. 填料紧固装置；c. 填料支撑装置；d. 液体收集再分布及进出料装置；e. 气体进料及分布装置；f. 除沫装置；6 板填复合塔板板填复合塔板是在经对板式塔与填料塔进行深化讨论的基础上,充分利用板式塔中塔板间距的

23、间隙,设置高效 填料,以实现降低雾沫夹带、提高气体在塔内的流速和塔的生产才能的目的；同时,气液在高效填料表面再次传质,进 一步提高了塔板效率,由于负荷下限未变而上限大幅度提高,因此塔的操作弹性也大为提高；板填复合塔板的工作原理如下：气体从塔板下方以肯定的气速通过塔板上的开孔进入提液管,液体也通过提液管与塔板间隙被带入提液管中,并被拉成液膜,二者并流上升；在上升过程中,在液膜表面进行气液传质,接着气液并流进入填料中,在填料表面液体 被碰碎,进一步实现与气体的传质；从填料中喷出的气体进入上层填料,液体下降到下层塔板,连续进行传质与分别；由于气流高速通过塔板开孔,并将液膜夹带进入填料层,因此板填复合

24、塔板生产才能大,一般空塔动能因子可达 0.8 3.5m/s ,且经过提液管与填料两类传质,故其板效率高,可达 3050mm H2 O；7 新型高效丝网除雾器75%90；这种塔板压降很低,一般每板为丝网除雾器是用来将气体中夹带的雾沫 雾滴 除去,回收昂贵的雾滴 珍贵物料 ,或净化气体,削减气体中的杂质；它是将细小的金属扁丝,采纳特殊的经纬方式编织而成,也可依据物料易腐蚀情形,选用聚四氟乙烯等材质；试验及工业应用说明,这种丝网除雾器具有压降低、通量大、除雾效率高的特点；对于 1 m以上的雾滴,其脱除效率可以达到 99以上；目前,在工业中已应用于数十座塔,包括发酵气体中含有淡酒精回收、合成气体进反应

25、器前脱水 削减副反应 、酸性雾滴脱除 防止后续设备腐蚀 、产品气相侧采脱杂 脱除液滴所含杂质 、塔器设备顶部脱出雾沫以及气液分别器的除雾等,在这些关键之处应用后,均为企业带来了庞大的经济效益；8 结语近几十年来,化工技术发生了庞大变化,新型高效分别技术层出不穷；在工业实践应用中,高效导向筛板、新型填料、高性能塔内件等,均大幅度提高了产量和分别效率,进而提高了产品质量,降低了能耗和原料消耗；这些技术既适用于旧塔改造,也适合于新建装置的应用；申明：6 / 7 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用全部资料为本人收集整理,仅限个人学习使用,勿做商业用途；7 / 7 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 7 页