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甲醇精餾塔新型塔板及填料簡(jiǎn)介

精餾是甲醇生產(chǎn)的重要后處理工序 ,在甲醇生產(chǎn)中占據(jù)重要位置。甲醇精餾塔是精餾的核心設(shè)備 ,它與產(chǎn)品質(zhì)量、收率、消耗定額“、三廢”排放及處理等密切相關(guān)。甲醇精餾塔既可采用板式塔 ,也可采用填料塔。近年來(lái) ,我國(guó)精餾塔內(nèi)件技術(shù)有了長(zhǎng)足發(fā)展 ,如導(dǎo)向篩板、新型垂直篩板、新型導(dǎo)向浮閥塔板及新型規(guī)整填料等技術(shù)開(kāi)始被廣泛采用。以下是幾種新型精餾塔內(nèi)件的介紹。

1     導(dǎo)向篩板

1 . 1       塔板結(jié)構(gòu)

該技術(shù)由北京化工大學(xué)開(kāi)發(fā) ,發(fā)揮篩板塔板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉的特點(diǎn) ,在篩板上開(kāi)設(shè)了大量篩孔及少部分導(dǎo)向孔 ,以克服普通篩板漏液點(diǎn)高、效率較低的缺點(diǎn) ,并結(jié)合了塔板上流體力學(xué)與傳質(zhì)學(xué)的研究成果 ,是一種新型塔板。

1 . 2       導(dǎo)向篩板的工作原理^{[ 1 ]}

導(dǎo)向篩板工作原理見(jiàn)圖 1 。由于在篩板上開(kāi)設(shè)了大量篩孔及少部分導(dǎo)向孔 ,氣體通過(guò)篩孔時(shí) ,在塔板上與液體錯(cuò)流 ,穿過(guò)液層垂直上升;而通過(guò)導(dǎo)向孔的氣體 ,沿塔板水平前進(jìn) ,將動(dòng)量傳遞給塔板上水平流動(dòng)的液體。這樣的雙向流動(dòng) ,能夠推動(dòng)液體在塔板上均勻穩(wěn)定前進(jìn) ,克服了普通塔板上的液面落差和液相返混 ,提高了生產(chǎn)能力和板效率 ,解決了堵塔、液泛等問(wèn)題。另外 ,在傳統(tǒng)塔板上 ,由于存在液面梯度 ,在塔板的上游總存著一個(gè)非活化區(qū) ,在此區(qū)域內(nèi)氣流無(wú)法穿過(guò)液層而上升鼓泡 ,如對(duì)浮閥塔板 ,上游的幾排浮閥無(wú)法打開(kāi) ,而對(duì)篩板塔板 ,上游的一個(gè)區(qū)域內(nèi)無(wú)氣泡鼓出。根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定 ,非活化區(qū)的面積往往占塔截面積的 1/ 3 左右。導(dǎo)向篩板在液流入口處增加了向上凸成斜臺(tái)狀的鼓泡促進(jìn)器 ,促使液體一進(jìn)入塔板就能鼓泡 ,改善氣液接觸與傳質(zhì)狀況。

圖 1   導(dǎo)向篩板工作原理示意圖

1 . 3       導(dǎo)向篩板的特點(diǎn)^{[ 2 ]}

1 . 3 . 1  生產(chǎn)能力大、效率高

該塔板克服了液流上游的非活化區(qū)、液相返混 ,提高了塔板效率; 消除了液面梯度 ,使得氣速均勻;減小了霧沫夾帶 ,提高了氣速和生產(chǎn)能力。由于導(dǎo)向篩板效率高、回流比低 ,因而塔的負(fù)荷與生產(chǎn)能力可比傳統(tǒng)塔板高出 50 %以上。

1 . 3 . 2  壓降低

由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ,氣流通道順暢 ,阻力降、壓降比普通篩孔板分別低 20 %和 10 %左右。

1 . 3 . 3  結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ,造價(jià)低廉

由于導(dǎo)向篩板只是在鋼板上開(kāi)些篩孔和導(dǎo)向孔 ,而無(wú)其他組件 ,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ,拆裝方便 ,而造價(jià)只相當(dāng)于泡罩塔板的 40 %～50 % ,浮閥塔板的 60 %～70%。

2     新型垂直篩板^{[ 2 ]}

2 . 1 塔板結(jié)構(gòu)新型垂直篩板是在塔板上開(kāi)設(shè)直徑較大的升氣孔 ,孔上設(shè)置圓筒形罩體 ,其側(cè)壁上部開(kāi)有篩孔 ,下端與塔板保持一定距離。該技術(shù)由河北工業(yè)大學(xué)研

制開(kāi)發(fā) ,是一種液相為分散相和氣相為連續(xù)相的分離塔板。

2 . 2       新型垂直篩板的工作原理^{[ 3 ]}

傳統(tǒng)的板式塔大多是以鼓泡狀態(tài)完成氣液傳質(zhì)和傳熱的 ,而新型垂直篩板是在高速噴射狀態(tài)下進(jìn)行氣液接觸 ,從帽罩噴射出來(lái)的液體分散成大量的小液滴 ,為氣液接觸提供了非常大的比表面積 ,傳質(zhì)效率大大提高。操作時(shí) ,液體從底隙進(jìn)入罩體 ,氣體經(jīng)升氣孔進(jìn)入罩體 ,其動(dòng)能將液體拉成液膜并破碎成液滴 ,兩相在罩體內(nèi)進(jìn)行傳熱傳質(zhì) ,然后從篩孔噴出 ,氣體上升 ,液體落回板面 ,液相在塔板上前進(jìn)過(guò)程中 ,重復(fù)上述過(guò)程 , zui后由降液管流至下一層塔板。與一般鼓泡型板式塔相比 ,新垂直篩板塔的關(guān)鍵是連續(xù)相和分散相發(fā)生了相轉(zhuǎn)變 ,即氣相轉(zhuǎn)為連續(xù)相 ,液相轉(zhuǎn)為分散相 ,使相際面積明顯增加 ,從而強(qiáng)化傳質(zhì)。

2 . 3       新型垂直篩板的主要特點(diǎn)^{[ 4 ]}

新型垂直篩板工作原理見(jiàn)圖 2 。

圖 2   新型垂直篩板工作原理示意圖

1) 傳質(zhì)效率高、處理能力大。新型垂直篩板板孔氣速高 ,氣液接觸是在氣液劇烈碰撞、混合、噴射狀況下進(jìn)行的 ,罩內(nèi)與罩外都是重要的氣液傳質(zhì)區(qū)域 ,使塔板立體空間形成有效的傳質(zhì)區(qū) , 塔板效率高 ,處理能力大。

2)  操作彈性高。該塔板的操作上限為霧沫夾帶 ,操作下限為塔板漏液 ,操作彈性很大 ,與浮閥塔板相當(dāng)。

3)  設(shè)備投資小 ( 低于規(guī)整填料) ,使用壽命長(zhǎng)、易于檢修。

3     新型組合導(dǎo)向浮閥塔板

新型導(dǎo)向浮閥塔板示意圖見(jiàn)圖 3 。

圖 3   新型導(dǎo)向浮閥塔板示意圖

3 . 1       塔板結(jié)構(gòu)

組合導(dǎo)向浮閥塔板是一種新型浮閥塔板 ,是由華東理工大學(xué)開(kāi)發(fā)的技術(shù)。其結(jié)構(gòu)特征是: 塔板上配有矩形導(dǎo)向浮閥和梯形導(dǎo)向浮閥 ,并按一定比例組合而成;浮閥上設(shè)有導(dǎo)向孔 ,導(dǎo)向孔的開(kāi)口方向與塔板上的液流方向一致。

3 . 2       工作原理^{[ 5 ]}

組合導(dǎo)向浮閥塔板的基本工作原理與常用的

F1 (V1) 型塔板類似 ,也是在塔板開(kāi)孔上設(shè)有浮動(dòng)的浮閥 ,浮閥可根據(jù)氣體流量上下浮動(dòng) ,自行調(diào)節(jié) ,使氣縫速度穩(wěn)定在某一數(shù)值。不同的是: 由于設(shè)有與

塔板上液流方向一致的導(dǎo)向孔 ,噴出的氣體可以推動(dòng)塔板液流動(dòng) ,從而可以消除液面梯度; 此外 ,由于梯形導(dǎo)向浮閥適當(dāng)排布在塔板兩側(cè)的弓形區(qū)內(nèi) ,從梯形導(dǎo)向浮閥兩側(cè)流出的氣體有向前的推力 ,可以加速該區(qū)域的液體流動(dòng) ,從而消除塔板上的液體滯止區(qū)。

3 . 3       新型組合導(dǎo)向浮閥塔板的主要特點(diǎn)^{[ 6 ]}

1)  塔板效率高。由于可消除塔板上的液面梯度、液體滯止區(qū)和液面梯度且液體返混很小 ,使塔板效率大大提高。

2)  浮閥不易脫落。由于矩形和梯形導(dǎo)向浮閥在操作中不轉(zhuǎn)動(dòng) ,因而浮閥無(wú)磨損 ,不脫落 ,使塔板長(zhǎng)期處于良好的工作狀況。

3)  具有處理能力大、壓降小、塔板效率高、操作彈性大等突出優(yōu)點(diǎn) ,與 F1 型浮閥塔板相比 ,塔板效率、處理能力可分別提高 15 %和 30 %以上 ,塔板壓

降減少 20 %～30 %。

4     幾種金屬波紋規(guī)整填料

傳統(tǒng)填料塔存在填料造價(jià)高、液體負(fù)荷小、傳質(zhì)效率低等缺點(diǎn)。隨著新型規(guī)整填料的不斷開(kāi)發(fā) ,具有生產(chǎn)能力大、分離效率高、壓降小、持液量小、操作彈性大等優(yōu)點(diǎn)的新型填料塔開(kāi)始在甲醇精餾裝置上廣泛采用。

4 . 1       結(jié)構(gòu)及工作原理

規(guī)整填料是一種在塔內(nèi)按均勻幾何圖形排布 ,整齊堆砌的填料 ,它規(guī)定了氣液流路 ,改善了溝流和壁流現(xiàn)象 ,壓降可以很小 ,同時(shí)可以提供更大的比表

面積 ,從而達(dá)到更好的傳質(zhì)、傳熱效果。目前甲醇精餾中使用的規(guī)整填料絕大部分為波紋填料。

4 . 2       金屬絲網(wǎng)波紋填料^{[ 7～9 ]}

金屬絲網(wǎng)波紋填料是網(wǎng)波紋填料的主要形式 ,由金屬絲網(wǎng)制成。其主要特點(diǎn)是: 理論板數(shù)高。理論板數(shù)隨氣體負(fù)荷的降低而增加 ,幾乎沒(méi)有低負(fù)荷極限 ,放大效應(yīng)不明顯;流通量大、塔體阻力小、壓力降低;比表面積大 ,液體均布能力強(qiáng) ,傳質(zhì)、傳熱效率高 ,操作彈性大 ,安裝檢修方便。與同等規(guī)模的板式塔相比 ,能使主精餾塔、預(yù)塔的塔高降低約三分之一。盡管其造價(jià)高 ,但因其性能優(yōu)良仍得到了廣泛的應(yīng)用。

4 . 3       金屬孔板波紋填料

該填料是板波紋填料的一種主要形式 ,又稱麥勒派克填料 ,是在金屬薄板表面打孔、軋制小紋、大波紋 ,zui后組裝而成。波紋板片上沖壓的小孔 ,可起到粗分配板片上的液體、加強(qiáng)橫向混合的作用;而軋成的細(xì)小溝紋 ,可起到細(xì)分配板片上的液體、增強(qiáng)表面潤(rùn)濕性能的作用 ,特別適用于大塔徑及氣液負(fù)荷較大的場(chǎng)合。該填料保持了金屬絲網(wǎng)波紋填料壓降低、通量高、持液量低和幾乎無(wú)放大效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn) ,增加了液體的均布和填料潤(rùn)濕性能 ,提高了傳質(zhì)效率和抗堵能力 ,造價(jià)卻比絲網(wǎng)波紋填料低很多。

4 . 4       峰谷搭片式波紋填料

該填料是在常見(jiàn)波紋填料的基礎(chǔ)上 ,在波紋填料的每一完整波紋棱線上分段間隔、反向進(jìn)行切割和沖壓 ,產(chǎn)生多個(gè)凹坑和切口 ,成為不完整的斷續(xù)波紋。該填料每一周期的波峰上規(guī)則間斷地開(kāi)設(shè)截面積形狀呈三角形的谷段 ,構(gòu)成谷段的兩個(gè)谷面為上小下大的梯形或平行四邊形 ,谷段的深度小于 1/ 2波峰高度;而在每一周期波紋的波谷上規(guī)則間斷地開(kāi)設(shè)截面積形狀呈三角形的峰段 ,構(gòu)成峰段的兩個(gè)峰面為上大下小的梯形或平行四邊形 ,峰段的高度小于 1/ 2 波谷深度。該填料壓降小、通量大、橫向透氣性好、分離能力較大、綜合性能優(yōu)良且易于制造 ,填料片之間不存在“互咬”現(xiàn)象 , 組盤(pán)安裝 , 使用方

便 ,與常見(jiàn)波紋填料相比 , 效率高約 10 % , 通量大20 % ,壓降小 30 % ,壁流減少 30 % ,綜合性能更為優(yōu)良。目前 ,國(guó)內(nèi)一些大型甲醇項(xiàng)目的精餾塔已開(kāi)始

采用這種填料。

4 . 5       組片式波紋填料和雙向曲波填料

這兩種填料均由天津大學(xué)開(kāi)發(fā)。組片式波紋填料能使氣液路流動(dòng)*化 ,解決了效率與通量的矛盾。該填料的每一周期波紋由位于四個(gè)平面上的四個(gè)以上薄片相交所組成 ,其側(cè)向投影形狀為兩條互相交錯(cuò)的波紋狀折線。填料上均勻分布的平行四邊形通道*取代了常見(jiàn)規(guī)整填料上的圓形通孔 ,不僅能節(jié)約材料 ,同時(shí)增加了比表面積。與普通波紋填料相比 ,分離效率約提高 10 % ,通量增大 20 % ,壓

降降低 30 %以上。雙向曲波填料是金屬孔板波填料的進(jìn)展 ,

其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是: 通量更高 , 壓降更低 , 與麥勒派克50 Y 填料相比 , 通量提高 25 %～50 % , 壓降降低30 %～60 % ,顯示出廣闊的應(yīng)用前景。