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精细化工产品分离精制与控制流程图任务三:
1.精馏塔的类型、结构、特点,选用精馏塔形式
精馏塔分板式塔和填料塔两种。
(1)板式塔
板式塔是一类用于气液或液液系统的分级接触传质设备,由圆筒形塔体和按一定间距水平装置在塔内的若干塔板组成。广泛应用于精馏和吸收,有些类型(如筛板塔)也用于萃取,还可作为反应器用于气液相反应过程。操作时(以气液系统为例),液体在重力作用下,自上而下依次流过各层塔板,至塔底排出;气体在压力差推动下,自下而上依次穿过各层塔板,至塔顶排出。每块塔板上保持着一定深度的液层,气体通过塔板分散到液层中去,进行相际接触传质。
特点:各种塔板只有在一定的气液流量范围内操作,才能保证气液两相有效接触,从而得到较好的传质效果。如果塔板的正常操作范围大,对气液负荷变化的适应性好,就称这些塔板的操作弹性大。浮阀塔和泡罩塔的操作弹性较大,筛板塔稍差。这三种塔型在正常范围内操作的板效率大致相同。(2)填料塔
填料塔是塔设备的一种。塔内填充适当高度的填料,以增加两种流体间的接触表面。结构较简单,检修较方便。广泛应用于气体吸收、蒸馏、萃取等操作。为了强化生产,提高气流速度,使在乳化状态下操作时,称乳化填料塔或乳化塔。
填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备。填料塔的塔身是一直立式圆筒,底部装有填料支承板,填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板,以防被上升气流吹动。液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上,并沿填料表面流下。气体从塔底送入,经气体分布装置(小直径塔一般不设气体分布装置)分布后,与液体呈逆流连续通过填料层的空隙,在填料表面上,气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液传质设备,两相组成沿塔高连续变化,在正常操作状态下,气相为连续相,液相为分散相。
当液体沿填料层向下流动时,有逐渐向塔壁集中的趋势,使得塔壁附近的液流量逐渐增大,这种现象称为壁流。壁流效应造成气液两相在填料层中分布不均,从而使传质效率下降。因此,当填料层较高时,需要进行分段,中间设置再分布装置。液体再分布装置包括液体收集器和液体再分布器两部分,上层填料流下的液体经液体收集器收集后,送到液体再分布器,经重新分布后喷淋到下层填料上。
优点:生产能力大,分离效率高,压降小,持液量小,操作弹性大。
缺点:填料造价高;当液体负荷较小时不能有效地润湿填料表面,使传质效率降低;不能直接用于有悬浮物或容易聚合的物料;对侧线进料和出料等复杂精馏不太适合等。2)了解塔板形式、结构及特点,选用塔板形式
(1)泡罩塔最常用的工业蒸馏操作所采用的塔板。每层塔板上装有若干个短管作为上升蒸汽通道,称为“升气管”。由于升气管高出液面,故板上液体不会从中漏下。升气管上覆以泡罩,泡罩周边开有许多齿缝,操作条件下,齿缝浸没于板上液体中,形成液封。上升气体通过齿缝被分散成细小的气泡进入液层。板上的鼓泡液层或充分的鼓泡液体,为气液两相提供了大量的传质界面,液体通过降液管流下,并依靠溢流堰以保证塔板上存有一定厚度的液层。
优点:不易发生泄漏现象;有较好的操作弹性;当气液负荷有较大波动时,仍能维持几乎恒定的板效率;不易堵塞;对各种物料的适应性强。
缺点:结构复杂;金属消耗量大;造价高;压降大;液沫夹带现象比较严重;限制了气速的提高,生产能力不大。
(2)筛板塔
结构最简单的塔板。塔板上有许多均匀分布的筛孔。上升气流通过筛孔分散成细小的流股,在板上液层中鼓泡而与液体充分接触。在正常的操作范围内,通过筛孔上升的气流应能阻止液体经筛孔泄漏,液体通过降液管逐板流下。
优点:结构简单;金属消耗量少;造价低廉;气体压降小,板上液面落差也小;其生产能力及板效率较泡罩塔高。
缺点:操作弹性范围较窄,小孔筛板容易堵塞。(3)浮阀塔
在带有降液管的塔板上开有若干大孔,每孔装有一个可以上下浮动的阀片。由孔上升的气流经过阀片与塔板的间隙,而与板上横流的液体接触。目前常用型号有F-1型、V-4型、T型
优点:生产能力大,操作弹性大,塔板效率高,结构简单,安装方便。
(4)喷射型塔板
主要有舌形塔、浮动舌形塔、浮动喷射塔和斜孔塔板
特点:蒸汽以喷射状态斜向通入液层,使气液两相接触加强。
(5)网孔塔板
这种塔板上装有倾斜的挡沫板,其作用是避免液体直接被吹过塔板,并提供气液分离和气液接触的表面。
特点:生产能力大,压降低,容易加工制造
(6)垂直塔板
在塔板上开有按一定顺序排列的若干大孔(d=100~200mm),孔上设置侧壁开有许多筛孔的泡罩,泡罩底边留有间隙供液体进入罩内。操作时,上升气流将由泡罩底隙进入罩内的液体拉成液膜,形成两相上升流动,经泡罩侧壁筛孔喷出后两相分离,即气体上升,液体落回塔板。液体从塔板入口流至降液管,将多次经历上述过程。
(7)林德筛板
专为真空精馏设计的高效率低压力