塔的操作原理及产品质量控制.

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1、塔的操作原理及 产品质量控制 炼油二车间 龙先煌 2011.10.19 主要内容 一、气液传质设备概述 二、板式塔的类型 三、板式塔的构造 四、板式塔的流体力学性能 五、板式塔的操作特性 六、重整装置控制的主要产品质量 七、液态烃C5的影响因素及控制方法 八、苯含量的影响因素及控制方法 一、气液传质设备概述 作为气液传质的主要设备之一，板式塔在 工业上得到了广泛的应用。正常工作时， 塔内流体在重力作用下由上层塔板的降液 管流到下层塔板的受液盘。气体由塔底进 入，在塔顶底的压力差推动下，穿过受液 盘的液体。因此，塔板是气液两相进行质 量和热量传递的主要部件，气液在塔板上 的逐级接触，导致两相的组

2、成沿塔高呈阶 梯式变化。如下图示 二、板式塔的类型 对于一块塔板，气液间的相对流向有两种类型：对于一块塔板，气液间的相对流向有两种类型： 错流式 液体沿水平方向横过塔板，气体则 沿与塔板垂直方向由下而上穿过板上的孔通过塔 板，气液呈错流。筛板塔、浮阀塔及泡罩塔等的 操作均属此类型。这种类型塔的结构特点是具有 降液管。降液管提供了液体从一块塔板流至其下 一块塔板的通道。 逆流式 气液皆沿与水平塔板相垂直的方向 穿过板上的孔通过塔板。气体由下而上，液体由 上而下，气液呈逆流。淋降筛板塔即属此类型。 此类型塔板没有降液管。 这两种类型的塔，就全塔而言，气液皆呈逆流。两种类型的 塔在操作时板上都有积液

3、，气体穿过板上小孔后在液层内生成气 泡。板上泡沫层便是气液接触传质的区域。 板式塔的塔板类型 一、泡罩塔一、泡罩塔 泡罩塔是泡罩塔是CellierCellier于于18131813 年提出的最早工业规模年提出的最早工业规模 应用的板式塔型式应用的板式塔型式 。 二、筛板塔（筛板塔约于1832年开始用于工业生产） 筛板塔的主要结构及功能： 1. 筛孔 提供气体上升的通道； 2. 溢流堰 维持塔板上一定高度的液层，以保证在 塔板上气液两相有足够的接触面积； 3. 降液管 作为液体从上层塔板流至下层塔板的通道。 生产实践说明：生产实践说明： 1、只要筛板塔设计合理， 操作得当，筛板塔不仅可 稳定操作

4、，而且操作弹性 可达23，能满足生产要 求。 2、筛板塔比起泡罩塔，生 产能力可增大10%15% ，板效率约提高15%，单 板压降可降低30%左右， 造价可降低20%50%。 三、浮阀塔：浮阀塔是廿世纪五十年代初开发的一 种新塔型。 阀片上各部件的作用：阀片上各部件的作用： 阀脚：阀脚：浮阀有三条带钩的腿。将浮阀放进筛孔后，将其腿浮阀有三条带钩的腿。将浮阀放进筛孔后，将其腿 上的钩扳转，可防止操作时气速过大将浮阀吹脱。上的钩扳转，可防止操作时气速过大将浮阀吹脱。 定距片：定距片：浮阀边沿冲压出三块向下微弯的浮阀边沿冲压出三块向下微弯的“ “脚脚” ”。当筛孔气。当筛孔气 速降低浮阀降至塔板时，

5、靠这三只速降低浮阀降至塔板时，靠这三只“ “脚脚” ”使阀片与塔板间保使阀片与塔板间保 持持2.5mm2.5mm左右的间隙；在浮阀再次升起时，浮阀不会被粘左右的间隙；在浮阀再次升起时，浮阀不会被粘 住，可平稳上升。住，可平稳上升。 能力比较：能力比较：浮阀塔的生产能力比泡罩塔约大浮阀塔的生产能力比泡罩塔约大20%20%40%40%， 操作弹性可达操作弹性可达4 49 9，板效率比泡罩塔约高，板效率比泡罩塔约高15%15%，制造费用，制造费用 为泡罩塔的为泡罩塔的60%60%80%80%，为筛板塔的，为筛板塔的120%120%130%130%。 三种常用浮阀的主要尺寸三种常用浮阀的主要尺寸 阀型

6、主要尺寸 F1型（重阀）V-4型T型 筛孔直径，mm 阀片直径，mm 阀片厚度，mm 最大开度，mm 静止开度，mm 阀片质量，g 39 48 2 8.5 2.5 3234 39 48 1.5 8.5 2.5 2526 39 50 2 8 1.02.0 3032 三种塔板的比较: 1. 1. 生产能力：生产能力： 筛板筛板 浮阀浮阀 泡罩；泡罩； 2. 2. 压降：压降： 泡罩泡罩 浮阀浮阀 筛板；筛板； 3. 3. 操作弹性：操作弹性： 浮阀浮阀 泡罩泡罩 筛板；筛板； 4. 4. 造价：造价： 泡罩泡罩 浮阀浮阀 筛板；筛板； 5. 5. 板效率：板效率： 浮阀、筛板相当浮阀、筛板相当 泡

7、罩。泡罩。 四、其他类型塔板 1. 舌形塔板与浮动舌形塔板 2. 导向筛板 气液传质设备 逐级接触式 微分接触式 板式塔 填料塔 三、板式塔的构造 1、板式塔的结构 1）塔板的构造 筛孔 降液管 溢流堰 （剖面图） 降液管 受液区 溢流堰 安定区 开孔区 俯视图 开孔区（有效传质区）：塔板上布置有筛孔的区域，提供 主要汽液传质区域。 降液区：每根降液管所占用的塔板区域，液体自上一层塔 板流至其下一层塔板的通道。 安定区 ：此区域不开孔是为了防止因这部位液层较厚而造 成倾向性漏液，同时也防止气泡窜入降液管。 边缘固定区：在塔板边缘有宽度为Wc的区域不开孔，这 部分用于塔板固定。 2）塔板类型 a

8、）泡罩塔板 b）筛孔塔板 c）浮阀塔板 d）舌型塔板 e）斜孔塔板 3）塔板的比较 塔板性能比较 塔板类型 相对生 产能力 相 对 板效率 操作范围 压强 降 结构成本 泡罩板 1.0 1.0 10100 高 复杂 1.0 筛板 1.21.4 1.1 35100 低 简单 0.40.5 浮阀板 1.21.3 1.11.2 10100 中 一般 0.70.8 舌型塔板 1.31.5 01.1 50100 低 最简单 0.50.6 斜孔板 1.51.8 1.1 30100 低 简单 0.5 各种塔板的优点及适用范围 优 点 缺 点 适用范围 塔板类型 泡罩板 较成熟，操 作范围宽 结构复杂，阻力

9、大，生产能力低 某些要求弹性好 的特殊塔 浮阀板 效率高，操 作范围宽 采用不锈钢， 浮阀易脱落 分离要求高,负荷变化 大;原油常压分馏塔 筛板 效率较高， 成本低 安装要求水平,易 堵,操作范围窄 分离要求高,塔板较 多;化工中丙烯塔 舌型板 结构简单, 生产能力大 操作范围窄， 效率较低 分离要求较低的闪 蒸塔 斜孔板 生产能力 大,效率高 操作范围比浮阀 塔和泡罩塔窄 分离要求高，生产 能力大 1、塔板上气液两相的接触状态 两相接触面积为气泡表面 1）鼓泡接触状态 四、板式塔的流体力学性能 2）泡沫接触状态 传质表面面积很大的液膜 3）喷射接触状态 两相传质面积是液滴的外表面 2、气体通

10、过塔板的压降 塔板压降 干板压降 液层阻力 压降增大 接触时间板效率板数设备费 塔釜温度能耗操作费 保证较高效率的前提下，力求减小塔板压降，以降低能耗 和改善塔的操作。 克服板上泡沫层的静压 形成气液界面的能量消耗 通过液层的摩擦阻力损失 3、塔板上的液面落差 液面落差： 塔板进、出口侧的清液高度差 液面落差 气流的不均匀分布 严重 漏液板效率下降 与塔板结构、塔径、流量有关。 液面落差h： 1、塔板上的异常操作现象 1）漏液 漏液两相在塔板上的接触时间 板效率 控制：漏液量不大于液体流量的10%。 漏液气速： 漏液量达到10%的气体速度。 板式塔操作的气速下限 原因： 气速太小、板面上液面落

11、差引起的气流分布不均匀 安定区 五、板式塔的操作特性 2）液沫夹带 影响因素 空塔气速：空塔气速减小，液沫夹带量减小 塔板间距：板间距增大，液沫夹带量减小 现象： 液滴随气体进入上层塔板。 后果：过量液沫夹带，造成液相在板间的返混，板效率下降 控制： 液沫夹带量eV0.1kg(液)/kg(气)。 3）液泛 液泛 夹带液泛 降液管液泛 原因： 气液两相流速过大 影响因素： 流量、塔板结构 板间距大液泛速度高 2、塔板的负荷性能图 V 雾沫夹带线（气体流量上限线）线1 液泛线（线2） 液相负荷上限线（线3） 漏液线（气体流量下限线，线4） 液相负荷下限线（线5） 1）负荷性能图中各线的意义 1，2

12、，3，4，5五条线所包围的区域，既是一定物系在一 定的结构尺寸塔板上正常操作区。 操作弹性: 两极限的气体流量之比 操作点位于操作区内的适中位置,可获得稳定良好的操作效果 同一层塔板，操作情况不同，控制负荷上下限的因素也不同 物系一定时，负荷性能图中各线的相对位置随塔板尺寸而变 例：加大板间距或增大塔径可使液泛线上移， 增加降液管截面积可使液相上限线右移， 减少塔板开孔率可使漏液线下移。 生产上对塔器的要求生产上对塔器的要求 生产上对塔器在工艺上及结构上提出的要求有下列几方面：生产上对塔器在工艺上及结构上提出的要求有下列几方面： 1 1 分离效率高分离效率高-达到一定分离程度所需塔的高度低。达

13、到一定分离程度所需塔的高度低。 2 2 生产能力大生产能力大-单位塔截面积处理量大。单位塔截面积处理量大。 3 3 操作弹性（操作弹性（flexibilityflexibility）大大-对一定的塔器，操作时气液对一定的塔器，操作时气液 流量（亦称气液负荷）的变化会影响分离效率。若分离效率最流量（亦称气液负荷）的变化会影响分离效率。若分离效率最 高时的气液负荷作为最佳负荷点，可高时的气液负荷作为最佳负荷点，可把分离效率比最高效率下把分离效率比最高效率下 降降15%15%的最大负荷与最小负荷之比称为操作弹性的最大负荷与最小负荷之比称为操作弹性。工程上常用。工程上常用 的是液、气负荷比的是液、气负

14、荷比, , 作为气相与液相的操作弹性。操作弹性大的作为气相与液相的操作弹性。操作弹性大的 塔必然适应性强，易于稳定操作。塔必然适应性强，易于稳定操作。 4 气体阻力小-气体阻力小可使气体输送的功率消耗小 。对真空精馏来说，降低塔器对气流的阻力可减小塔顶，底 间的压差，降低塔的操作压强，从而可降低塔底溶液泡点， 降低对塔釜加热剂的要求，还可防止塔底物料的分解。 5 结构简单，设备取材面广-便于加工制造与维修，价 格低廉，使用面广。 1、精馏塔的控制目标 六、重整装置控制的主要产品质量 操作目的： 通过反复的部分汽化 与部分冷凝，将混合 液中沸点不同的各组 分分离成产品。 操作代价： 消耗能量，塔

15、底需要 加热使塔底液部分汽 化；塔底需要冷却使 塔顶组分冷凝； 1、精馏塔的控制目标 质量指标 对于仅有塔顶、塔底出料的简单精馏 塔，其质量指标可用塔顶与塔底料中 关键组分的纯度来表示。 产品产量和能量消耗 在保证产品质量的前提下，尽可能提 高产品的产品并设法降低装置的能耗 。 精馏塔产品纯度、产品回收率 和能耗之间的相互关系 产品回收率： 进料中每单位产品组分所 能得到的可售产品的数量 ； 能耗指标： 用单位进料的塔底上升蒸 气量V/F来表示； 定性规律：若能耗指标一定，产品纯度越高，其回收 率越低；若产品纯度一定，在一定范围内能耗指标越 高，其回收率越高。 2、重整控制的主要产品指标-液态烃C5含量 2、重整控制的主要产品指标-苯含量 1、操作原则三大平衡 七、液态烃C5影响因素及控制方法 温度：温度是系统热平衡和物料平衡的关键因素 ，要想保持系统的平稳操作，就要严格控制好各 点的温度。 液面：液面是系统物料平衡的集中体现，塔底液 面的高低将不同程度的影响产品质量，收率及平 稳操作，液面过高将会造成携带甚至冲塔现象， 液面过低易造成串压，损坏设备。所以平衡好塔 液位尤其重要，它是系统稳定操作的基础。 压力：压力控制的平稳与否直接影响产品质量、 系统的热平衡和物料平衡，甚至影响到装置的安 全生产。在对塔压力进行