第四章塔設(shè)備的使用與維護

第四章塔設(shè)備的使用與維護石油與化學工程系孫慶國

化工設(shè)備使用與維護第一節(jié)塔設(shè)備工作過程及類型塔設(shè)備是化工、煉油生產(chǎn)中最重要的工藝設(shè)備之一。它可使氣(或汽)液或液液兩相之間進行緊密接觸達到相際傳質(zhì)及傳熱的目的。常見的、可在塔設(shè)備中完成的單元操作有：精餾、吸收、解吸及萃取等。第一節(jié)塔設(shè)備工作過程及類型塔設(shè)備的工作過程以精餾塔為例說明其工作過程精餾是分離液體混合物的一種單元操作，分離的依據(jù)是各組分揮發(fā)能力的差異。精餾裝置由精餾塔、塔頂冷凝器和塔底再沸器等構(gòu)成。第一節(jié)塔設(shè)備工作過程及類型塔設(shè)備的基本要求重要的單元操作設(shè)備，作用是實現(xiàn)氣（汽）—液相或液—液相之間的充分接觸，從而達到相際間進行傳質(zhì)及傳熱的目的1.氣液兩相充分接觸，相際間傳熱面積大2.生產(chǎn)能力大，即氣液處理量大3.操作穩(wěn)定，操作彈性大4.對氣體的阻力小5.結(jié)構(gòu)簡單，制造、安裝、維修方便，設(shè)備的投資及操作費用低6.耐腐蝕，不易堵塞基本要求凈化塔填料塔空氣分離塔解吸塔各種塔設(shè)備槽式液體分布器金屬鮑爾環(huán)及金屬改型鮑爾環(huán)填料陶瓷孔板波紋填料槽盤式氣液分布器除沫器空氣分離填料θ環(huán)填料各種塔設(shè)備甲醇酒精回收塔酒精回收塔填料塔

斜孔塔板

襯鈦塔塔內(nèi)件吊裝化肥廠塔設(shè)備塔設(shè)備的投資在過程設(shè)備中所占的比重塔設(shè)備投資的比例（%）化工及石油化工

25.448.9

54裝置名稱裝置名稱塔設(shè)備鋼材耗量的比例（%）煉油及煤化工化纖

34.85

44.9

25.360萬t，120萬t/a催化裂化30萬t/a乙烯4.5萬t/a丁二烯第一節(jié)塔塔設(shè)設(shè)備工作作過程及及類型塔設(shè)備的的類型塔設(shè)備分分類按操作壓壓力（加加壓塔、、常壓塔塔、減壓壓塔）按單元操操作分（（精餾塔塔、吸收收塔、介介吸塔、、萃取塔塔、反應(yīng)應(yīng)塔、干干燥塔等等）按內(nèi)件結(jié)結(jié)構(gòu)分（（填料塔、板式塔塔）1－吊柱2－氣體出出口3－回流液液入口4－精餾段段塔盤5－殼體6－料液進進口7－人孔8－提餾段段塔盤9－氣體入入口10－裙座11－釜液出出口12－檢查孔孔1－吊柱2－氣體出出口3－噴淋裝裝置4－人孔5－殼體6－液體再再分布器器7－填料8－泄料孔孔9－支承裝裝置10－氣體入入口11－液體出出口12－裙座13－檢查孔第二節(jié)塔設(shè)設(shè)備的結(jié)構(gòu)板式塔板式塔的塔盤盤，按其是否否設(shè)置溢流裝裝置，分為溢溢流式和穿流流式兩大類。。溢流式塔盤盤上有專供液液相流通的降降液管，塔盤盤上的液層高高度由溢流堰堰高度來調(diào)節(jié)節(jié)，因此可獲獲得較大的操操作彈性，并并能保證一定定的效率。穿穿流式塔盤上上的氣液兩相相同時通過塔塔板上的一些些孔道流動，，處理能力較較大，壓力降降較小，但效效率及操作彈彈性較差板式塔板式塔塔盤的的形式及特點點溢流式:液相流經(jīng)降液液管，經(jīng)過塔塔盤板，流經(jīng)經(jīng)溢流堰，溢溢流堰高度度調(diào)節(jié)液層層高度。優(yōu)點：重量輕輕，處理量大大，效率高，，便于維修。。缺點：結(jié)構(gòu)復復雜，壓力降降大穿流式:氣，液兩相同同時通過塔板板上的一些孔孔道流動。特點：處理量量大，壓力降降小。泡罩塔泡罩塔是工業(yè)業(yè)生產(chǎn)上最早早出現(xiàn)的典型型板式塔，最最主要的傳質(zhì)質(zhì)元件是泡罩罩。如圖所示示，由泡罩、、升氣管、溢溢流堰、降液液管及塔板等等部分組成（a）泡罩塔板操操作示意圖（（b）圓形泡罩（（c）有帽緣的圓圓形泡罩泡罩塔應(yīng)用已已有一百多年年歷史，技術(shù)術(shù)成熟、操作作彈性大、氣氣液比的范圍圍大，不易堵堵塞；但結(jié)構(gòu)構(gòu)復雜、造價價高、氣相壓壓降大、安裝裝維修不變。。目前幾乎被被浮閥塔和篩篩板塔所代替替，只在某些些情況，如生生產(chǎn)能力變化化大，操作穩(wěn)穩(wěn)定性要求高高，要求有相相當穩(wěn)定的分分離能力時才才用篩板塔篩板塔塔盤分分為篩孔區(qū)、、無孔區(qū)、溢溢流堰及降液液管等部分，，如圖所示。。液體從上層層塔盤的降液液管流下，橫橫向流過塔盤盤，越過溢流流堰經(jīng)溢流管管流入下層塔塔盤，塔盤上上依靠溢流堰堰的高度保持持其液層高度度；蒸氣自下下而上穿過篩篩孔時，被分分散成氣泡，，在穿越塔盤盤上液層時，，進行氣液兩兩相間的傳質(zhì)質(zhì)與傳熱。篩板塔結(jié)構(gòu)及及氣液接觸狀狀況篩板塔應(yīng)用歷歷史較久，與與泡罩塔相比比結(jié)構(gòu)簡單，，成本降低40%左右，板效率率提高10～15%，安裝維修方方便；但是操操作彈性不如如泡罩塔，負負荷有變動時時，操作穩(wěn)定定性差，介質(zhì)質(zhì)黏性較大或或含雜質(zhì)較多多時篩孔易堵堵塞?，F(xiàn)有大大篩孔（孔徑徑達20～25mm）、導向篩板板等多種形式式浮閥塔浮閥塔氣、液液兩相流程與與泡罩塔相似似，塔盤上開開有一定形狀狀的閥孔，閥閥孔上有閥片片，蒸氣從閥閥孔上升，頂頂開閥片，穿穿過環(huán)形縫隙隙，以水平方方向吹入液層層，形成泡沫沫。浮閥塔的的氣液傳質(zhì)元元件浮閥能隨隨氣速的增減減在相當寬的的氣速范圍內(nèi)內(nèi)自由升降，，保持穩(wěn)定操操作浮閥塔生產(chǎn)能能力大，比泡泡罩塔提高20-40%；操作彈性大大；塔板效率率較高，氣液液接觸狀態(tài)較較好，氣體沿沿水平方向吹吹入液層，霧霧沫夾帶較小小；結(jié)構(gòu)及安安裝較簡單，，重量較輕，，制造費用低低，僅為泡罩罩塔的60～80%左右。但氣速速較低時，塔塔板有漏液，，效率下降；；閥片有卡死死和吹脫的可可能，導致操操作運轉(zhuǎn)及檢檢修的困難；；塔板壓力降降較大，妨礙礙了它在高氣氣相負荷及真真空塔中的應(yīng)應(yīng)用斜噴型塔舌形塔:舌形塔是應(yīng)用用較早的一種種斜噴型塔，，在塔盤上沖沖出以一定方方式排列的舌舌片，如圖示示。舌片開啟啟一定角度，，舌孔方向與與液流方向一一致，氣相噴噴出推動液體體，液面梯度度減小、液層層減薄、處理理能力增大、、壓降減小浮動舌形塔:浮動舌形塔是是20世紀60年代研制的一一種定向噴射射型塔板。如如圖示，一端端可以浮動，，最大張角約約20°。舌片厚度1.5mm，質(zhì)量約20g。浮動舌形塔塔處理能力大大，壓降小，，舌片可以浮浮動。塔盤霧霧沫夾帶及漏漏液較小，操操作彈性顯著著增加。板效效率較高，但但其舌片容易易損壞無降液管塔—穿流式柵板塔塔結(jié)構(gòu)穿流式柵板塔塔塔盤上無降降液管，氣液液通道為沖壓壓而成的長條條柵縫或圓形形篩孔。操作作時蒸氣由柵柵縫或篩孔上上升，液體在在塔盤上被上上升的氣體擾擾動形成泡沫沫，兩相在泡泡沫中進行傳傳質(zhì)與傳熱。。與氣相密切切接觸后的液液體又不斷從從柵縫或篩孔孔流下，氣液液兩相同時在在柵縫或篩孔孔中形成上下下穿流穿流式柵板塔塔板式塔性能比比較板式塔板式塔的主要要內(nèi)部構(gòu)件塔盤就其整體構(gòu)造造而言，是由由塔板盤、傳傳質(zhì)元件(浮閥、泡罩、、舌片)、溢流裝置、、連接件等構(gòu)構(gòu)成。按塔徑及結(jié)構(gòu)構(gòu)分為：整塊式塔盤：：DN≤700mm，分塊式塔盤：：DN≥800mm。板式塔的主要要內(nèi)部構(gòu)件除沫裝置除沫器安裝在在塔頂，其作作用是分離塔塔頂氣體中夾夾帶的液滴，，保證塔頂餾餾出產(chǎn)品的質(zhì)質(zhì)量。除沫裝置分為為絲網(wǎng)除沫器、、折流板除沫沫器、旋流板板除沫器、多多孔材料除沫沫器、玻璃纖纖維除沫器等等。絲網(wǎng)除沫器氣體通過除沫沫器的絲墊，，可除去夾帶帶的霧沫絲網(wǎng)除沫器特特點是比表面面積大，重量量輕、空隙率率大、使用方方便，除沫效效率高、壓力力降小、應(yīng)用用廣泛，應(yīng)用用于清潔氣體體。不宜用于液滴滴中含有或易易析出固體物物質(zhì)的場合(如堿液、碳酸酸氫鈉溶液等等)，以免液體蒸蒸發(fā)后留下固固體堵塞絲網(wǎng)網(wǎng)。當霧沫中中含有少量懸懸浮物時，應(yīng)應(yīng)注意經(jīng)常沖沖洗防渦器和濾焦焦器塔底液體流出出時，若帶有有漩渦則會將將油氣帶入與與塔底出口相相連的泵內(nèi)，，使泵容易發(fā)發(fā)生抽空現(xiàn)象象，為此，塔塔底大多裝有有防渦器對減壓塔、催催化裂化分餾餾塔等，為了了防止焦塊進進入塔底出口口管被帶入泵泵內(nèi)，影響正正常工作，都都裝有塔底濾濾焦器塔底防渦器1－塔底；2－出料管；3－立板；4－頂板板式塔的主要要內(nèi)部構(gòu)件塔設(shè)備的進出出口接管塔設(shè)備上由于于工藝、檢測測和安裝、檢檢修的需要，，安裝有各種種接管，物料料進出口、人人孔，測壓、、測溫、取樣樣及安裝液面面計等都需要要接管。幾種種常見的物料料進出口接管管結(jié)構(gòu)如圖所所示第二節(jié)塔設(shè)設(shè)備的結(jié)構(gòu)填料塔填料塔的基本本特點是結(jié)構(gòu)簡單，壓壓力降小，傳傳質(zhì)效率高，，便于采用耐耐腐蝕材料制制造。填料塔填料塔是以塔塔內(nèi)裝有大量量的填料為相相間接觸構(gòu)件件的氣液傳質(zhì)質(zhì)設(shè)備。填料塔的結(jié)構(gòu)構(gòu)較簡單，如如圖所示。填填料塔的塔身身是一直立式式圓筒，底部部裝有填料支支承板，填料料以亂堆或整整砌的方式放放置在支承板板上。在填料料的上方安裝裝填料壓板，，以限制填料料隨上升氣流流的運動。液液體從塔頂加加入，經(jīng)液體體分布器噴淋淋到填料上，，并沿填料表表面流下。氣氣體從塔底送送入，經(jīng)氣體體分布裝置(小直徑塔一般般不設(shè)氣體分分布裝置)分布后，與液液體呈逆流連連續(xù)通過填料料層空隙。在在填料表面氣氣液兩相密切切接觸進行傳傳質(zhì)。填料塔屬于連連續(xù)接觸式的的氣液傳質(zhì)設(shè)設(shè)備，兩相組組成沿塔高連連續(xù)變化，在在正常操作狀狀態(tài)下，氣相相為連續(xù)相，，液相為分散散相填料塔填料的類型填料是填料塔塔的核心內(nèi)件件，它為氣—液兩相接觸進進行傳質(zhì)和傳傳熱提供表面面。與其他內(nèi)內(nèi)件共同決定定填料塔的性性能。設(shè)計時時，首先選擇擇填料基本要求單位體積填料料的表面積，，即比表面積積要大，且填填科表面易為為液體所潤濕濕。單位體積填料料的空隙體積積，即空隙率率要高，以增增加氣（汽））液的通過能能力、減小流流動阻力經(jīng)久耐用，具具有良好的耐耐腐蝕性、較較高的機械強強度和必要的的耐熱性取材容易，，價格便宜宜填料的類型型散裝填料安裝以亂堆堆為主的填填料，也可可以整砌。。具有一定定外形的顆顆粒體，根根據(jù)形狀分分為：環(huán)形、鞍形形及環(huán)鞍形形（a）垃西環(huán)（（b）θ環(huán)（（c）十字格環(huán)環(huán)（（d）鮑爾環(huán)（（e）弧環(huán)（f）矩環(huán)（（g）階梯環(huán)（（h）金屬鞍環(huán)環(huán)（i）θ網(wǎng)環(huán)（（j）波紋填料料散裝填料拉西環(huán)拉西環(huán)填料料于1914年由拉西(FRashching)發(fā)明，是使使用最早的的一種填料料，為外徑徑與高度相相等的圓環(huán)環(huán)，如圖所所示。由于于拉西環(huán)在在裝填時容容易產(chǎn)生架架橋、空穴穴等現(xiàn)象，，圓環(huán)的內(nèi)內(nèi)部液體不不易流入，，所以極易產(chǎn)產(chǎn)生液體的的偏流、溝溝流和壁流流，氣液分分布較差，，傳質(zhì)效率率低。又由于填料料層持液量量大，氣體體通過填料料層折返的的路徑長，，所以氣體體通過填料料層的阻力力大，通量量小。目前前拉西環(huán)工工業(yè)應(yīng)用較較少，已逐逐漸被其他他新型填料料所取代。拉西環(huán)散裝填料鮑爾環(huán)可用金屬、、陶瓷和塑塑料等制作作，它是在在拉西環(huán)的的壁上開一一層(φ25mm以下的環(huán))或二層(φ50mm以上的環(huán))長方形小窗窗而成。小小窗舌片向向環(huán)中心彎彎曲搭接，，如開有二二層小窗，，則上下二二層開口錯錯開。經(jīng)如如此改進后后，填料具具有更開放放的空間，，填料表面面更易潤濕濕，對汽相相流動的阻阻力大為降降低，汽液液兩相流動動更易均布布，因此，，其流體力力學和傳質(zhì)質(zhì)性能得到到明顯改進進。同種材材質(zhì)、同種種規(guī)格的兩兩種填料相相比，鮑爾爾環(huán)的氣體體通量較拉拉西環(huán)增大大50%以上，傳質(zhì)質(zhì)效率增加加30%左右。自從從德國巴斯斯夫(BASF)公司于1948年開發(fā)成功功此填料后后，立即在在工業(yè)中得得到廣泛應(yīng)應(yīng)用，逐步步取代了拉拉西環(huán)散裝填料階梯環(huán)類似于鮑爾爾環(huán)，但高高度減小一一半，一端端擴為喇叭叭形翻邊，，增加了填填料環(huán)的強強度，且使使填料在堆堆積時相互互的接觸由由線接觸為為主變成為為以點接觸觸為主，增增加了填料料顆粒的空空隙，減少少了氣體通通過填料層層的阻力，，改善了液液體的分布布，促進了了液膜的更更新，提高高了傳質(zhì)效效率。由金金屬、陶瓷瓷和塑料等等材料制成成散裝填料弧鞍形填料料通常由陶瓷瓷制成?；』⌒蔚囊后w體通道，空空隙較環(huán)形形填料連續(xù)續(xù)，氣體向向上主要沿沿弧形通道道流動，改改善了氣-液流動狀況況。由于相鄰填填料容易產(chǎn)產(chǎn)生套疊和和架空的現(xiàn)現(xiàn)象，使一一部分填料料表面不能能被濕潤，，即不能成成為有效的的傳質(zhì)表面面，目前基基本被矩鞍鞍形填料所所取代散裝填料矩鞍形填料料敞開式填料料，由弧鞍鞍型填料發(fā)發(fā)展而來，，它將弧鞍鞍填料的兩兩端由圓弧弧改為矩形形，克服了了弧鞍填料料容易相互互疊合的缺缺點。重疊疊較少，空空隙率較大大，填料表表面利用率率高；壓降降低，傳質(zhì)質(zhì)效率比拉拉西環(huán)提高高40%以上，不易易被固體懸懸浮顆粒堵堵塞，裝填填時破碎量量較少；應(yīng)應(yīng)用廣泛。?？捎么少|(zhì)質(zhì)材料、塑塑料制成散裝填料矩鞍環(huán)將開孔環(huán)形形填料和矩矩鞍填料的的特點相結(jié)結(jié)合，既有有類似于開開孔環(huán)形填填料的圓環(huán)環(huán)、環(huán)壁開開孔和內(nèi)伸伸的舌片，，又有類似似于矩鞍填填料的圓弧弧形通道，，開敞的結(jié)結(jié)構(gòu)。用薄薄金屬板沖沖制的整體體環(huán)鞍結(jié)構(gòu)構(gòu)，兩側(cè)的的翻邊增加加了填料的的強度和剛剛度。流體體的通量大大、壓降低低、滯留量量小，利于于液體在填填料表面的的分布，從從而提高傳傳質(zhì)性能，，與金屬鮑鮑爾環(huán)相比比，通量提提高15～30%，壓降降低低40～70%，效率提高高10%左右填料的類型型規(guī)整填料絲網(wǎng)波紋填填料金屬塑料板波紋填料料金屬填料塑料填料陶瓷板波紋紋填料在塔內(nèi)按均均勻的幾何何圖形規(guī)則則、整齊地地堆砌的填填料。碳纖規(guī)整填料絲網(wǎng)波紋填填料采用金屬材材質(zhì)，如不不銹鋼，銅銅、鋁、鐵鐵、鎳及蒙蒙乃爾等，，塑料絲網(wǎng)網(wǎng)波紋填料料及碳纖維維波紋填料料。此類填填料空隙率率及比表面面積均較大大，填料的的表面潤濕濕率高，但但是造價高高，易堵塞塞板波紋填料料用表面具有有溝紋及小小孔的金屬屬板波紋片片代替金屬屬網(wǎng)波紋片片，即每個個填料盤由由若干金屬屬板波紋片片相互疊合合而成。板板波紋填料料分為：金金屬、塑料料及陶瓷板板波紋填料料三大類。。金屬板波波紋填料保保留了金屬屬絲網(wǎng)波紋紋填料壓降降低、通量量高、持液液量小，氣氣液分布均均勻，幾乎乎無放大效效應(yīng)等優(yōu)點點，傳質(zhì)效效率也比較較高金屬絲網(wǎng)波紋填料金屬孔板波紋填料填料塔填料的支撐撐裝置填料支撐裝裝置安裝在在填料層的的底部，支支承操作時時填料層的的重量，且且防止填料料穿過支承承裝置而落落下。要求求填料支撐撐裝置有足足夠的開孔孔率，使氣氣液兩相