甲醇精餾塔新型塔板及填料簡介
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 ,我國精餾塔內(nèi)件技術(shù)有了長足發(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)開發(fā) ,發(fā)揮篩板塔板結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低廉的特點(diǎn) ,在篩板上開設(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)向篩板工作原理見圖 1 。由于在篩板上開設(shè)了大量篩孔及少部分導(dǎo)向孔 ,氣體通過篩孔時(shí) ,在塔板上與液體錯(cuò)流 ,穿過液層垂直上升;而通過導(dǎo)向孔的氣體 ,沿塔板水平前進(jìn) ,將動量傳遞給塔板上水平流動的液體。這樣的雙向流動 ,能夠推動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)氣流無法穿過液層而上升鼓泡 ,如對浮閥塔板 ,上游的幾排浮閥無法打開 ,而對篩板塔板 ,上游的一個(gè)區(qū)域內(nèi)無氣泡鼓出。根據(jù)實(shí)驗(yàn)測定 ,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)簡單 ,造價(jià)低廉
由于導(dǎo)向篩板只是在鋼板上開些篩孔和導(dǎo)向孔 ,而無其他組件 ,結(jié)構(gòu)簡單 ,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)過程中 ,重復(fù)上述過程 , 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、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 ,也是在塔板開孔上設(shè)有浮動的浮閥 ,浮閥可根據(jù)氣體流量上下浮動 ,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塔板液流動 ,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 ,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 ,因而浮閥無磨損 ,不脫落 ,使塔板長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)表面潤濕性能的作用 ,特別適用于大塔徑及氣液負(fù)荷較大的場合。該填料保持了金屬絲網(wǎng)波紋填料壓降低、通量高、持液量低和幾乎無放大效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn) ,增加了液體的均布和填料潤濕性能 ,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 , 組盤安裝 , 使用方
便 ,與常見波紋填料相比 , 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 ,國內(nèi)一些大型甲醇項(xiàng)目的精餾塔已開始
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)開發(fā)。組片式波紋填料能使氣液路流動*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。
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