一般的精餾裝置由精餾塔塔身、冷凝器、回流罐，以及再沸器等設(shè)備組成。進(jìn)料從精餾塔中某段塔板上進(jìn)人塔內(nèi)，這塊塔板稱為進(jìn)料板。進(jìn)料板將精餾塔分為上下兩段，進(jìn)料板以上部分稱為精餾段，進(jìn)料板以下部分稱為提餾段。
精餾塔分類
塔板的分類
板式塔是一種應(yīng)用極為廣泛的氣液傳質(zhì)設(shè)備，它由一個(gè)通常呈圓柱形的殼體及其中按一定間距水平設(shè)置的若干塔板所組成。板式塔正常工作時(shí)，液體在重力作用下自上而下通過(guò)各層塔板后由塔底排出；氣體在壓差推動(dòng)下，經(jīng)均布在塔板上的開孔由下而上穿過(guò)各層塔板后由塔頂排出，在每塊塔板上皆儲(chǔ)有一定的液體，氣體穿過(guò)板上液層時(shí)，兩相接觸進(jìn)行傳質(zhì)。
板式塔種類繁多，通常可分類如下：
①按塔板結(jié)構(gòu)分，有泡罩板、篩板、浮閥板、網(wǎng)孔板、舌形板等等。歷史上應(yīng)用*早的有泡罩塔及篩板塔，20世紀(jì)50年代前后，開發(fā)了浮閥塔板?，F(xiàn)應(yīng)用*廣的是篩飯和浮閥塔板，其他不同型式的塔板也有應(yīng)用。一些新型塔板或傳統(tǒng)塔板的改進(jìn)型也在陸續(xù)開發(fā)和研究中。
②按氣液兩相的流動(dòng)方式分，有錯(cuò)流式塔板和逆流式塔板，或稱有降液管塔板和無(wú)降液管塔板。有降液管塔板應(yīng)用極廣，它們具有較高的傳質(zhì)效率和較寬的操作范圍；無(wú)降液管的逆流式塔板也常稱為穿流式塔板，氣液兩相均由塔板上的孔道通過(guò)。塔板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，整個(gè)塔板面積利用較充分。常用的有穿流式篩板、穿流式柵板、穿流式波紋板等。
③按液體流動(dòng)型式分，有單流形、雙流形、U形流形及其他流形(如四流形、階梯形、環(huán)流形等)。
單流形塔板應(yīng)用*為廣泛，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，液流行程長(zhǎng)，有利于提高塔板效率。但當(dāng)塔徑或液量過(guò)大時(shí)，塔板上液面梯度會(huì)較大，導(dǎo)致氣液分布不均，或造成降液管過(guò)載，影響塔板效率和正常操作。
雙流形塔板宜用于塔徑較大及液流量較大時(shí)，此時(shí)，液體分流為兩股，可以減少溢流堰的液流強(qiáng)度和降液管負(fù)荷，同時(shí)，也減小了塔板上的液面梯度。但塔板的降液管要相間地置于塔板的中間或兩邊，多占一些塔板傳質(zhì)面積。
U形流形的塔板進(jìn)出口堰均置于塔板的同一側(cè)。其間置有高于液層的隔板。以控制液流呈U形流，從而延長(zhǎng)液流行程，此種板型在小直徑塔及低液量時(shí)采用。
四流形、階梯流形則適于更大直徑的塔和很大的液量情況。
填料的分類
填料塔是以塔內(nèi)裝有大量的填料為相間接觸構(gòu)件的氣液傳質(zhì)設(shè)備。填料塔于19世紀(jì)中期已應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，此后，它與板式塔競(jìng)相發(fā)展，構(gòu)成了兩類不同的氣液傳質(zhì)設(shè)備。
填料塔的塔身是一直立式圓筒，底部裝有支承板。填料以亂堆或整砌的方式放置在支承板上。在填料的上方安裝填料壓板，以限制填料隨上升氣流的運(yùn)動(dòng)。液體從塔頂加入，經(jīng)液體分布器噴淋到填料上，并沿填料表面流下。氣體從塔底送入，經(jīng)氣體分布裝置(小直徑塔一般不設(shè)氣體分布裝置)分布后，與液體呈逆流連續(xù)通過(guò)填料層的空隙。在填料表面氣液兩相密切接觸進(jìn)行傳質(zhì)。填料塔屬于連續(xù)接觸式的氣液傳質(zhì)設(shè)備，兩相組成沿塔高連續(xù)變化，在正常操作狀態(tài)下，氣相為連續(xù)相，液相為分散相。
當(dāng)液體沿填料層下流時(shí)，有逐漸向塔壁集中的趨勢(shì)，使得塔壁附近的液流量逐漸增大，這種現(xiàn)象稱為壁流，壁流效應(yīng)造成氣液兩相在填料層分布不均勻，從而使傳質(zhì)效率下降。為此，當(dāng)填料層較高時(shí)，需要進(jìn)行分段，中間設(shè)置再分布裝置。液體再分布裝置包括液體收集器和液體再分布器兩部分，上層填料流下的液體經(jīng)液體收集器收集后，送到液體再分布器，經(jīng)重新分布后噴淋到下層填料的上方。
填料是填料塔的核心構(gòu)件，它提供了氣液兩相接觸傳質(zhì)的相界面，是決定填料塔性能的主要因素。填料的種類很多，根據(jù)裝填方式的不同，可分為散裝填料和規(guī)整填料兩大類。
1.散裝填料
散裝填料是一粒粒具有一定幾何形狀和尺寸的顆粒體。一般以散裝方式堆積在塔內(nèi)，又稱為亂堆填料或顆粒填料。散裝填料根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不同，又可分為環(huán)形填料、鞍形填料、環(huán)鞍形填料及球形填料等。較為典型的散裝填料主要有：拉兩環(huán)填料，鮑爾環(huán)填料，階梯環(huán)填料，弧鞍填料，矩鞍填料，金屬環(huán)矩鞍填料，球形填料。
2.規(guī)整填料
規(guī)整填料是一種在塔內(nèi)按均勻幾何圖形排列，整齊堆砌的填料。該填料的特點(diǎn)是規(guī)定了氣液流徑，改善了填料層內(nèi)氣液分布狀況，在很低的壓降下，可以提供更多的比表面積，使得處理能力和傳質(zhì)性能均得到較大程度的提高。
規(guī)整填料種類很多，根據(jù)其幾何結(jié)構(gòu)可以分為格柵填料、波紋填料、脈沖填料等，現(xiàn)介紹幾種較為典型的規(guī)整填料。
(1)格柵填料
格柵填料是以條狀單元體按一定規(guī)則組合而成的，其結(jié)構(gòu)隨條狀單元體的形式和組合規(guī)則而變，因而具有多種結(jié)構(gòu)形式。工業(yè)上應(yīng)用*早的格柵填料為木格柵填料。應(yīng)用較為普遍的有格里奇格柵填料、網(wǎng)孔格柵填料、蜂窩格柵填料等，其中以格里奇格柵填料*具代表性。格柵填料的比表面積較低，因此主要用于要求低壓降、大負(fù)荷及防堵等場(chǎng)合。
(2)波紋填料
波紋填料是一種通用型規(guī)整填料，工業(yè)上應(yīng)用的規(guī)整填料絕大部分屬于此類。波紋填料是由許多波紋薄板組成的圓盤狀填料，波紋與塔軸的傾角有30。和45。兩種，組裝時(shí)相鄰兩波紋板反向靠疊。各盤填料垂直裝于塔內(nèi)，相鄰的兩盤填料間交錯(cuò)90。排列。
波紋填料的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，具有很大的比表面積，其比表面積可由波紋結(jié)構(gòu)形狀而調(diào)整，常用的有125、150、250、350、500、700等幾種。相鄰兩盤填料相互垂直，使上升氣流不斷改變方向，下降的液體也不斷重新分布，故傳質(zhì)效率高。填料的規(guī)則排列，使流動(dòng)阻力減小，從而處理能力得以提高。波紋填料的缺點(diǎn)是不適于處理黏度大、易聚合或有懸浮物的物料，此外，填料裝卸、清理較困難，造價(jià)也較高。
波紋填料按材質(zhì)結(jié)構(gòu)可分為網(wǎng)波紋填料和板波紋填料兩大類，其材質(zhì)又有金屬、塑料和陶瓷等之分。
(3)脈沖填料
脈沖填料是由帶縮頸的中空棱柱形單休，按一定方式拼裝而成的一種規(guī)整填料。脈沖填料組裝后，會(huì)形成帶縮頸的多孔棱形通道，其縱面流道交替收縮和擴(kuò)大，氣液兩相通過(guò)時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈的湍動(dòng)。在縮頸段，氣速較快，湍動(dòng)劇烈，從而強(qiáng)化傳質(zhì)。在擴(kuò)大段，氣速減到*小，實(shí)現(xiàn)兩相的分離。流道收縮、擴(kuò)大的交替重復(fù)，實(shí)現(xiàn)了“脈沖”傳質(zhì)過(guò)程。
脈沖填料的特點(diǎn)是處理量大，壓力降小，是真空精餾的理想填料。因其優(yōu)良的液體分布性能使放大效應(yīng)減少，故特別適用于大塔徑的場(chǎng)合。
精餾塔的平衡操作
精餾塔的操作應(yīng)掌握物料平衡、氣液相平衡和熱量平衡。
物料平衡指的是單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)塔的物料量應(yīng)等于離開塔的諸物料量之和。物料平衡體現(xiàn)了塔的生產(chǎn)能力，它主要是靠進(jìn)料量和塔頂、塔底出料量來(lái)調(diào)節(jié)的。操作中，物料平衡的變化具體反應(yīng)在塔底液面上。當(dāng)塔的操作不符合總的物料平衡時(shí)，可以從塔壓差的變化上反映出來(lái)。例如，進(jìn)得多，出得少，則塔壓差上升。對(duì)于一個(gè)固定的精餾塔來(lái)講，塔壓差應(yīng)在一定的范圍內(nèi)，塔壓差過(guò)大，塔內(nèi)上升蒸氣的速度過(guò)大，霧沫夾帶嚴(yán)重，甚至發(fā)生液泛而破壞正常的操作；塔壓差過(guò)小，塔內(nèi)上升蒸氣的速度過(guò)小，塔板上氣液兩相傳質(zhì)效果降低，甚至發(fā)生漏液，大大降低了塔板效率。物料平衡掌握不好，會(huì)使整個(gè)塔的操作處于混亂狀態(tài)，掌握物料平衡是塔操作中的一個(gè)關(guān)鍵。如果正常的物料平衡受到破壞，它將影響另兩個(gè)平衡，即氣液相平衡達(dá)不到預(yù)期的效果，熱平衡也被破壞而需重新予以調(diào)整。
氣液相平衡主要體現(xiàn)了產(chǎn)品的質(zhì)量及損失情況。它是靠調(diào)節(jié)塔的操作條件(溫度、壓力)及塔板上氣液接觸的情況來(lái)達(dá)到的。只有在溫度、壓力固定時(shí)，才有確定的氣液相平衡組成，當(dāng)溫度、壓力發(fā)生變化時(shí)，氣液相平衡所決定的組成就發(fā)生變化，產(chǎn)品的質(zhì)量和損失情況隨之發(fā)生變化。氣液相平衡與物料平衡密切相關(guān)，物料平衡掌握好了，塔內(nèi)上升蒸氣速度合適，氣液接觸良好，則傳熱傳質(zhì)效率高，塔板效率亦高。當(dāng)然溫度、壓力也會(huì)隨著物料平衡的變化而改變。
熱量平衡是指進(jìn)塔熱量和出塔熱量的平衡，具體反應(yīng)在塔頂溫度上。熱量平衡是物料平衡和氣液相平衡得以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，反過(guò)來(lái)又依附于它們。沒(méi)有熱的氣相和冷的回流，整個(gè)精餾過(guò)程就無(wú)法實(shí)現(xiàn)；而塔的操作壓力、溫度的改變(即氣液相平衡組成改變)，則每塊塔板上氣相冷凝的放熱量和液體汽化的吸熱量也會(huì)隨之改變，體現(xiàn)于進(jìn)料供熱和塔頂取熱發(fā)生的變化上。
掌握好物料平衡、氣液相平衡和熱量平衡是精餾操作的關(guān)鍵所在，三個(gè)平衡之間相互影響、相互制約。在操作中通常是以控制物料平衡為主，相應(yīng)調(diào)節(jié)熱量平衡，*終達(dá)到氣液相平衡。
(1)要保持塔底液面穩(wěn)定平衡，必需穩(wěn)定：①進(jìn)料量和進(jìn)料溫度；②塔頂、側(cè)線及塔底抽出量；③塔頂壓力。
(2)要保持穩(wěn)定的塔頂溫度，必需穩(wěn)定：①進(jìn)料量和進(jìn)料溫度；②頂回流、循環(huán)回流各中段回流量及溫度；③塔頂壓力；④汽提蒸汽量；⑤原料及回流不帶水。
只要密切注意塔頂溫度、塔底液面，分析波動(dòng)原因，及時(shí)加以調(diào)節(jié)，就能掌握塔的三個(gè)平衡，保證塔的正常操作
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