精馏塔工艺设计若干问题探讨-板式塔填料塔.ppt

精馏塔工艺设计若干问题探讨
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主要内容
1 塔器工艺设计的主要工作及协作关系
2 塔型选择原则
3 板式塔设计中的几个关键问题
4 填料塔设计的几个关键问题
5 相关问题讨论
6 应用实例
2009/02/10
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1 塔器工艺设计的主要工作及协作关系
塔器工艺设计的主要工作
依据:流程模拟计算确定的沿塔高的气液相负荷分布及物性变化;工况及操作弹性要求;类似条件下的工程应用经验
塔型选择:板式塔、填料塔
主要塔盘元件选择
板式塔:浮阀、固阀、泡罩、筛孔、高效塔板
填料塔:规整填料、散堆填料;元件规格与材质
塔盘数量/填料段数及各段填料床层高度
涉及塔板效率或填料等板高度经验值得选取
板式塔的进料板位置及数量
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塔器工艺设计的主要工作
塔器工艺设计的主要工作(续)
填料塔分配器型式及技术要求
水力学计算:确定塔体及主要内件的结构参数、分析水力学性能及操作弹性
编制塔类设备工艺数据表(含条件图)
向设备专业提出塔类设备的设计条件
向塔内件供应商提出塔内件设计条件和技术要求
审查和确认塔内件供应商的技术方案,必要时商定并签署技术附件
确认和会签塔类设备装配图
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与设备专业及塔内件供货商的协作关系
模式一:由设计院承担水力学计算、塔体及主要内件设计,塔内件供货商按图制作
该模式一般仅限于常规的板式塔和填料塔
必要时与设备专业协商确定填料塔液体分布器、液体收集与再分布器、气体分布结构等的型式及参数,然后再提出这些内件的设计条件
模式二:由塔内件供应商承担详细的水力学计算及塔内件设计,设计院设备专业主要承担塔体及与塔体相焊接的内构件的设计
该模式主要适用于采用新型高效塔盘和填料的场合
工艺专业按常规塔板或填料进行初步水力学估算的主要目的是便于向塔内件供应商提出设计条件和技术要求,并供审查和确认塔内件供应商的技术方案时作对比参考。
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2 塔型选择原则
Kunesh等提出气液流动参数Ψ=(L/V)*(ρv/ρL),并将填料塔的操作工况大致分为三类:
Ψ< , 高真空或低喷淋密度
Ψ= ~,低压、常压或中等喷淋密度
Ψ> , 高压或高喷淋密度
当Ψ= ~,选用填料塔具有一定的优势。
填料塔与板式塔的选择,还应根据生产工艺条件,如物料性质、操作条件、操作弹性要求、操作方式以及经济性等综合考虑,一般应考虑以下几个方面:
直径≤700mm的塔,优先考虑选用填料塔。若采用板式塔,因不便于开设人孔,须采用整块式塔板,制造和安装都比较麻烦。
易起泡物系,宜选用填料塔;板式塔易液泛和雾沫夹带。
腐蚀性物系,宜选用填料塔,以便采用耐腐蚀较好的非金属(塑料、陶瓷)填料。
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塔型选择原则
填料塔与板式塔的选择(续)
处理易聚合、结焦、结晶或含固体颗粒的物料时,宜选用抗堵且便于清理的塔盘结构,如垂直筛板以及结构较为简单的筛孔塔盘、斜孔塔盘或固舌塔盘等,避免采用具有浮动传质元件的塔盘型式。
对于热敏性物料,宜选用填料塔。填料塔持液量比板式塔少,物料在塔内停留时间短;而且热敏性物料通常要在真空下操作,填料塔压降低,更适宜。
在分离过程中伴随有明显吸热或放热效应时(如反应精馏、化学吸收等) ,宜选用板式塔。板式塔持液量大,抗温度波动好,且便于设置外循环加热/冷却或在塔板上安装加热/冷却盘管。
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塔型选择原则
填料塔与板式塔的选择(续)
对于有多个进料及侧线抽出的分馏塔,宜选用板式塔。采用填料塔因涉及到液体的多次均布问题而使结构变得过于复杂。
对于高粘性物料,宜选用低比表面积的填料。高粘性物料在板式塔中的效率一般都比较低。
对于沿塔高气液相负荷分布较为复杂或各种工况下气液比变化较大时,宜选用填料塔。采用板式塔,即使分段采用不同的开孔率等参数,操作弹性也较难保证,且设计、制造、安装均较为复杂。
对于气相负荷很低的场合,宜选用填料塔。采用板式塔,所需的开孔率太小,传质元件数及分布点数太少,易漏液、效率低。
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塔型选择原则
填料塔与板式塔的选择(续)
对于液相负荷很低的场合,宜选用板式塔,采用非喷射型塔盘以减少漏液和雾沫夹带,必要时可选择U型液流。液相负荷很低时,填料塔液体均布困难,填料不能很好地润湿,效率低。
对于液相负荷很大的场合,应作具体水力学计算和比较确定塔型的选择。若选用板式塔,可优先采用能减少液面梯度的导向型塔盘;塔径≥1400mm时,可考虑选用多降液管塔盘。
采用新型填料的填料塔一般比板式塔的通量大、相同高度时分离效率高,因此在现有