塔器设备讲义

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1、塔器设备讲义塔器设备讲义本文由 gao303119 贡献ppt 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。气液传质设备 塔器设备Mass Transfer Equipments大型化工装置大型化工装置常见的化工设备： 反应器 塔器 换热器 容器1、容 器：主要用来贮存原料，中间产品和成品等。按形状分有圆柱 形、球形等，而以圆柱形容器应用最广。 2、换热器：主要用来使两种不同温度的物料进行热量交换，以达到加 热或冷却之目的。 3 3、反应器：主要用来使物料在其中间进行化学反应，生成新的物质， 或者使物料进行搅拌、沉降等单元操作。 4、塔 器：用于吸收、洗

2、涤、精馏、萃取等化工单元操作。塔器多为 立式设备，其断面一般为圆形。塔器的高度和直径之比，一般相差较大。常见化工设备反应器塔器容器换热器第一章 概论第一节 塔设备在化工生产中的作用和地位塔设备是化工、石油化工和炼油等生产中最重要的设备之一。它可使气 （或汽）液和液液两相之间进行紧密接触，达到相际传质及传热的目的。可 在塔设备中完成的常见的单元操作有：精馏、吸收、解吸和萃取等。此外， 工业气体的冷却与回收、气体的湿法净制和干燥，以及兼有气液两相传质和 传热的增湿、减湿等。 这些过程都是在一定的压力、温度、流量等工艺条件下，在一定的设备内 完成的。由于其过程中两种介质主要发生的是质的交换，所以也将

3、实现这些 过程的设备叫传质设备；从外形上看这些设备都是竖直安装的圆筒形容器， 且长径比较大，形如“塔” ，故习惯上称其为塔设备。第一节 塔设备在化工生产中的作用和地位塔设备能够为气、液或液、液两相进行充分接触提供适宜的条件，即 充分的接触时间、分离空间和传质传热的面积，从而达到相际间质量和热 量交换的目的，实现工艺所要求的生产过程，生产出合格的产品。所以塔 设备的性能对整个装置的产品产量、质量、生产能力和消耗定额，以及三 废处理和环境保护等方面部有着重大的影响。 塔设备的投资费用及钢材耗量仅次于换热设备。据统计，在化工和石 油化工生产装置中，塔设备的投资费用占全部工艺设备总投资的 25.39，

4、 在炼油和煤化生产装置中占 34.85；其所消耗的钢材重量在各类工艺设 备中所占比例也是比较高的，如年产 250万吨常减压蒸馏装置中，塔设备 耗用钢材重量占 45.5，年产 120万吨催化裂化装置中占 48.9，年产 30 万 吨乙烯装置中占2528.3。可见塔设备是炼油、化工生产中最重要的工 艺设备之一，它的设计、研究、使用对化工、炼油等工艺的发展起着重大 的作用。第二节 塔设备的分类及一般构造随着炼油、化工生产工艺的不断改进和发展，与之相适应的塔设备也形成 了形式繁多的结构和类型，以满足各种特定的工艺要求。为了便于研究和比 较，人们从不同的角度对塔设备进行分类。如按工艺用途分类，按操作压力

5、 分类，也可按其内部结构进行分类。 1、按操作压力分为加压塔、常压塔和减压塔。 塔设备根据其完成的工艺操作不同，其压力和温度也不相同。但当达 到相平衡时，压力、温度、气相组成和液相组成之间存在着一定的函数 关系。在实际生产中，原料和产品的成分和要求是工艺确定的，不能随 意改变，压力和温度有选择的余地，但二者之间是相互关联的，如一项 先确定了，另一项则只能由相平衡关系求出。从操作方便和设备简单的 角度来说，选常压操作最好，从冷却剂的来源角度看，一般宜将塔顶冷 凝温度控制在 3040以便采用廉价的水或空气作为冷却剂。所以塔设 备根据具体工艺要求，设备及操作成本综合考虑，有时可以在常压下操 作、有时

6、需要在加压下操作,有时还需要减压操作。第二节 塔设备的分类及一般构造2、按塔的内件构成结构分为板式塔和填料塔。 塔设备尽管其用途各异，操作条件也各不相同，但就其构造而言都大 同小异，主要由塔体、支座、内部构件及 附件组成。根据塔内部构件的 结构可以将其分为板式塔和填料塔两大类。具体结构如图所示。 塔体是塔设备的外壳，由圆筒和两封头组成；封头可以是半球形、椭 圆形、碟形等；支座是将塔体安装在基础上的连接部分，一般采用裙式支 座，有圆筒形和圆锥形两种，常采用圆筒形。裙座与塔体采用对接銲接或 搭接焊接连接，裙座的高度由工艺要求的附属设备（如再沸器、泵）及管 线的布置情况而定。第二节 塔设备的分类及一

7、般构造在板式塔中装有一定数量的塔盘， 液体借自身的重量自上而下沉向塔 底(在塔盘板上沿塔径横向流动)， 气体靠压差自下而上以鼓泡的形式 穿过塔盘上的液层升向塔顶。在每 层塔盘上气、液两相密切接触，进 行传质，使两相的组分浓度沿塔高 呈阶梯式变化。第二节 塔设备的分类及一般构造填料塔中则装填一定高 度的填料，液体自塔顶沿 填料表面向下流动，作为 连续相的气体自塔底向上 流动，与液体进行逆流传，两相组分的浓度沿塔高呈 连续变化。第二节 塔设备的分类及一般构造按单元操作（用途）可以分为： 1、精馏塔：精馏主要是利用混合物中各组分的挥发度不同而进行分离。 挥发度较高的物质在气相中的浓度比在液相中的浓度

8、高，因此借助于多次的 部分汽化及部分冷凝，而达到轻重组分分离的目的。这样的操作称为蒸馏， 反复多次蒸馏的过程称为精馏，实现精馏操作的塔设备称为精馏塔。如常减 压装置中的常压塔、减压塔，可将原油分离为汽油、煤油、柴油及润滑油等； 铂重整装置中的各种精馏塔，可以分离出苯、甲苯、二甲苯等。 2、吸收塔、解吸塔：利用混合气中各组分在溶液中溶解度的不同，通过 吸收液体来分离气体的工艺操作称为吸收；将吸收液通过加热等方法使溶解 于其中的气体释放出来的过程称为解吸。实现吸收和解吸操作过程的塔设备 称为吸收塔、解吸塔。如催化裂化装置中的吸收、解吸塔，从炼厂气中回收 汽油、从裂解气中回收乙烯和丙烯，以及气体净化

9、等都需要吸收、解吸塔。第二节 塔设备的分类及一般构造3、萃取塔 ：对于各组分间沸点相差很小的液体混合物，利用一 般的分馏方法难以奏效，这时可在液体混合物中加入某种沸点较高 的溶剂(称为萃取剂)；利用混合液中各组分在萃取刑中溶解度的不 同，将它们分离，这种方法称为萃取(也称为抽提)。实现萃取操作 的塔设备称为萃取塔。如丙烷脱沥青装置中的抽提塔等。 4、洗涤塔：用水除去气体中无用的成分或固体尘粒的过程称为 水洗，这样的塔设备称为洗涤塔。 5、反应塔： 反应即混合物在一定的温度、压力等条件下生成新 物质的过程。第二节 塔设备的分类及一般构造6、再生塔：再生的过程是混合物经蒸汽传质、汽提而使溶液解吸再

10、生的 过程。 7、干燥塔：固体物料的干燥包括两个基本过程，首先是对固体加热以使 湿分气化的传热过程，然后是气化后的湿分蒸气分压较大而扩散进入气相的 传质过程，而湿分从固体物料内部借扩散等的作用而源源不断地输送到达固 体表面，则是一个物料内部的传质过程。因此干燥过程的特点是传质和传热 过程同时并存。 这里需要说明一点，有些设备就其外形而言属塔式设备，但其工作实质不 是分离而是换热或反应。如凉水塔属冷却器，合成氨装置中的合成塔属反应 器。第二节 塔设备的分类及一般构造乙苯单元-塔设备位号 名称 规格型号 介质名称 型式 功能C-101丙烯吸收塔2400/280043400催化干气 乙苯板式塔吸收干

11、气中的丙烯 解析吸收剂中丙烯，富丙烯干气 的气相外送，液相再作为吸收剂 对烃化反应产物进行冷却吸收， 气相外送 对反应产物中的苯进行回收，新 鲜苯进塔 回收 C-104 顶部气相物料中的苯 精馏 精馏 精馏C-102解吸塔1800/240024700催化干气 乙苯板式塔C-103烃化尾气吸收塔1400/160021600烃、苯、多乙苯板式塔C-104循环苯塔2800/340043950苯、乙苯板式塔C-105脱非芳塔120019300烃、苯板式塔C-106乙苯精馏塔240044600乙苯、丙苯、二乙苯板式塔C-107丙苯塔120024000丙苯、二乙苯板式塔C-108多乙苯塔120024400

12、二乙苯、高沸物填料塔/规第二节 塔设备的分类及一般构造苯乙烯单元-塔设备位号 名称 规格型号 介质名称 型式 功能C-301汽提塔120012100含芳烃的水板式塔用蒸汽回收反应产物中的有机 物 用吸收剂吸收脱氢反应产物中 的油相 将富液中的吸收剂解析 精馏 精馏 精馏 精馏C-302吸收塔80018600脱氢尾气、多乙苯填料塔/散C-303解析塔100013100水、多乙苯等 乙苯、苯乙烯、苯乙 烯焦油 苯、甲苯、乙苯填料塔/散C-401粗苯乙烯塔420059850填料塔/规C-402乙苯回收塔120028950板式塔C-403精苯乙烯塔260020200 13002250苯乙烯、苯乙烯焦油

13、填料塔/规C-404苯/甲苯塔60022000苯、甲苯填料塔第二节 塔设备的分类及一般构造塔设备的构件，除了种类繁多的各种内件外，其余构件则是大致相同。主 要包括以下几个部分： 1、塔体：塔体是塔设备的外壳。常见的塔体是由等直径、等壁厚的圆筒 和作为头盖和底盖的椭圆形封头所组成。包括筒体、端盖（主要是椭圆形封 头）及连接法兰。 2、支座：塔体支座是塔体安防盗基础上的连接部分。它必须保证塔体坐 落在确定的位置上进行正常的工作。为此，它应当具有足够的强度和刚度， 能承受各种操作情况下的全塔重量，以及风力、地震等引起的载荷。最常用 的塔体支座是裙式支座，即裙座。 3、除沫器：除沫器用于捕集夹带在气流

14、中的液滴。使用高效的除沫器， 对于回收贵重金属、提高分离效率，改善塔后设备的操作状况，以及减少对 环境的污染等，都是非常必要的。第二节 塔设备的分类及一般构造4、接管：塔设备的接管是用以连接工艺管路，把塔设备与相关设备连 成系统。按接管的用途，分为进液管、出液管、进气管、出气管、回流管、 侧线抽出管和仪表接管等。 5、人孔和手孔：人孔和手孔一般都是为了安装、检修检查和装填填料 的需要而设置的，在板式塔和填料塔中，各有不同的设置要求。 6、吊耳：塔设备的运输和安装，特别是在设备大型化后，往往是工厂 基建工地上一项举足轻重的任务。为起吊方便，可在塔设备上焊接吊耳。 7、吊柱：在塔顶设置吊柱是为了在

15、安装和检修时，方便塔内件的运送。第三节 塔设备的要求作为主要用于传质过程的塔设备，首先必须使气液两相能充分接触， 以获得较高的传质效率，除了应满足工艺条件，如压力、温度及耐腐蚀性 等外还应满足如下基本要求。 1、生产能力要大。即单位塔截面上单位时间内物料的处理量要大。在 较大的气液流速下，仍不知发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏正常 操作的现象。 2 2、分离效率高。即气、液相能充分接触且分离效果好。 3、操作弹性大。即有较强的适应性和宽的操作范围。能适应不同性质 的物料且在负荷波动时能维持操作稳定，仍有较高的分离效率。 4、压降小。即流体通过时阻力小，这样可大大节约生产的动力消耗，降低成本

16、 c 在减压塔中若压降过大系统将难以维持必要的真空度。 5、结构简单、耗材少，易于制造及安装，这样可减少基建投资，降低 成本。 6、耐腐蚀不易堵塞，便于操作、调节及检修。 一个塔设备要同时满足以上各项要求是困难的，而且实际生产中各项 指标的重要性因具体情况而异，不可一概而论。所以应从生产需要及经济 合理性考虑，正确处理以上各项要求。第四节 塔设备的发展和现状泡罩塔是 1813 年 Cellier 提出的，它在化工生产中一直占有重要的地位。 1832 年开始用于酿造工业，使出现较早的并获得广泛应用的一种塔型。1830 年出现了筛板塔，它们都是板式塔。工业规模的填料塔始于 1881 年的蒸馏操 作中，1904 年才用于炼油工业，当时的填料是碎砖瓦、小石块。 20 世纪初，随着炼油工业的发展和石油化工工业的兴起，塔设备开始被广 泛采用，并逐渐积累了有关设计、制造、安装、操作等方面的数据和经验。 20 世纪中期，为了适应各种化工产品的生产和发展，不仅需要新建大量的 塔，还得对原有的塔设备进行技术改造，故而