化工行業塔設備的基礎知識

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DYH251 篩板塔精餾實驗裝置

DYH251Ⅱ 數字型篩板塔精餾實驗裝置

DYH256 填料塔精餾實驗裝置

DYH266 "板式塔演示實驗裝置/板式塔流體力學演示實驗裝置"

DYH271 轉盤萃取塔實驗裝置

DYH276 振動篩板萃取塔實驗裝置

概述

一、塔設備在煉油廠中的作用

在煉油、化工及輕工業生產中，氣、液兩相直接接觸進行傳質傳熱的過程是很多的，如精餾、吸收、解吸、萃取等。這些過程都是在一定的壓力、溫度、流量等工藝條件下，在一定的設備內完成的。由于其過程中兩種介質主要發生的是質的交換，所以也將實現這些過程的設備叫傳質設備；從外形上看這些設備都是豎直安裝的圓桶形容器，形如“塔”，故習慣上稱其為塔設備。

塔設備能夠為氣、液或液、液兩相進行充分接觸提供適宜的條件，即充分的接觸時間、分離空間和傳質傳熱的面積，從而起到相際間質量和熱量交換的目的，實現工藝

所要求的生產過程，生產出合格產品。所以塔設備的性能對整個裝置的產品產量、質量、生產能力和消耗定額，以及三廢處理和環境保護等方面都有重大的影響。

塔設備的投資費用及鋼材消耗僅次于換熱設備。據統計，在化工和石油化工生產裝置中，塔設備的投資費用占全部工藝設備總投資的25.39％，在煉油和煤化生產裝置中占34.85％；其所消耗的鋼材重量在各類設備中所占比例也是比較高的，如年產250萬噸常減壓蒸餾裝置中，塔設備耗用鋼材重量占45.5％，年產120萬噸催化裂化裝置中占48.9％，年產30萬噸乙烯裝置中占25～28.3％。可見塔設備是煉油、化工生產中重要的工藝設備之一，它的設計、研究、使用對化工、煉油等工藝的發展起著重大的作用。

二、塔設備的分類及一般構造

隨著煉油、化工生產工藝的不斷改進和發展，與之相適應的塔設備也形成了形式繁多的結構和類型，以滿足各種特定的工藝要求。為了便于研究和比較，人們從不同的角度對塔設備進行分類。如按工藝用途分類，按操作壓力分類，也可按其內部結構進行分類。

（一）按用途分類

1.精餾塔 利用液體混和物中各組分揮發度的不同來分離其各液體組分的l 操作稱為蒸餾，反復多次蒸餾的過程稱為精餾，實現精餾操作的塔設備稱為精餾塔。如常減壓裝置中的常壓塔、減壓塔，可將原油分離為汽油、煤油、柴油以及潤滑油等。

2.吸收塔、解吸塔 利用混合氣中各組分在溶液中溶解度的不同，通過吸收液體來分離氣體的工藝操作稱為吸收；將吸收液通過加熱等方法使溶解于其中的氣體釋放出

來的過程稱為解吸。實現吸收和解吸操作過程的塔設備稱為吸收塔、解吸塔。如催化裂化裝置中的吸收、解吸塔，從煉廠氣中回收汽油、從裂解氣中回收乙烯和丙烯，以及氣體凈化等都需要吸收、解吸塔。

3.萃取塔 對于各組分間沸點相差很小的液體混和物，利用一般的分離方法難以奏效，這時可在液體混和物

加入某種沸點較高的溶劑（稱為萃取劑）；利用混合液中各組分在萃取劑中溶解度的不同，將它們分離，這種方法稱為萃?。ㄒ卜Q為抽提）。實現萃取操作的塔設備稱為萃取塔。如丙烷脫瀝青裝置中的抽提塔等。

4.洗滌塔 用水除去氣體中無用的成分或固體塵粒的過程稱為水洗，所用的塔設備稱為洗滌塔。

（二）按操作壓力分類

塔設備根據其完成的工藝操作不同，其壓力和溫度也

不相同。但當達到相平衡時，壓力、溫度、氣相組成和液相組成之間存在著一定的函數關系。在實際生產中，原料和產品的成分和要求是工藝確定的，不能隨意改變，壓力和溫度有選擇的余地，但二者之間是相互關聯的，如一項先確定了，另一項則只能由相平衡關系求出。從操作方便和設備簡單的角度來說，選常壓操作，從冷卻劑的來源角度看，一般宜將塔頂冷凝溫度控制在30～40℃以便采用廉價的水或空氣作為冷卻劑。所以塔設備根據具體工藝要求，設備及操作成本綜合考慮，有時可以在常壓下操作、有時需要在加壓下操作,有時還需要減壓操作。相應的塔設備分別稱為常壓塔、加壓塔和減壓塔。

（三）按結構形式分類

塔設備盡管其用途各異，操作條件也各不相同，但就其構造而言都大同小異，主要由塔體、支座、內部構件及附件組成。根據塔內部構件的結構可以將其分為板式塔和填料塔兩大類。具體結構如圖5-1、5-2所示。塔體是塔設備的外殼，由圓筒和兩封頭組成，封頭可以是半球形、橢圓形、碟形等。支座是將塔體安裝在基礎上的連接部分，一般采用裙式支座，有圓筒形和圓錐形兩種，常采用圓筒形。裙座與塔體采用對接銲接或搭接焊接連接，裙座的高度由工藝要求的附屬設備（如再沸器、泵）及管線的布置情況而定。由圖中可知，板式塔中裝有一定數量的塔盤，液體借自身的重量自上而下流向塔底（在塔盤板上沿塔徑橫向流動），氣體靠壓差自下而上以鼓泡的形式穿過塔盤上的液層升向塔頂。在每層塔盤上氣、液兩相密切接觸，進行傳質，使兩相的組分濃度沿塔高呈階梯式變化。填料塔中則裝填一定高度的填料，液體自塔頂沿填料表面向下流動，作為連續相的氣體自塔底向上流動，與液體進行逆流傳質，兩相組分濃度沿塔高呈連續變化.

三、對塔設備的基本要求

塔設備除了應滿足工藝條件，如壓力、溫度及耐腐蝕性等外，還應滿足如下基本要求。

（1）生產能力要大。即單位塔截面上單位時間內物料的處理量要大。

（2）分離效率高。即氣、液相能充分接觸且分離效果好。

（3）操作彈性大。即有較強的適應性和寬的操作范圍。能適應不同性質的物料且在負荷波動時能維持操作穩定，仍有較高的分離效率。

（4）壓降小。即流體通過時阻力小，這樣可大大節約生產的動力消耗，降低成本。

（5）結構簡單、耗材少，易于制造和安裝，這樣可以減少基建投資，降低成本。

（6）耐腐蝕不易堵塞，便于操作、調節和檢修。

注：一個塔設備要同時滿足以上各項要求是困難的，而且實際生產中各項指標的重要性因具體情況而異，不可一概而論。所以應從生產需要及經濟合理性考慮，正確處理以上各項要求。