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文檔簡介
1、第二節(jié)塔設備第一小節(jié)概述一、塔設備的基本功能與基本性能指標要求:1. 基本功能:塔設備的基本功能在于提供氣、液兩相以充分接觸的機會,使傳質(zhì)、傳熱兩種傳遞過程能夠迅速有效地進行;并能使接觸之后的氣、液兩相及時分開,互不夾帶。用以實現(xiàn)蒸餾操作的塔設備稱為蒸餾塔。2. 基本性能指標要求:除特定的工藝要求外,還需考慮下列設備要求:( 1 )生產(chǎn)能力大,即單位塔截面上單位時間的物料處理量大。( 2)分離效率高,即氣、液兩相能充分接觸。( 3)適應能力強及操作彈性大,即對各種物料性質(zhì)的適應性強并且在負荷波動時能維持操作穩(wěn)定,保持較高的分離效率。( 4)流體阻力小,即氣相通過每層塔板或單位高度填料層的壓降小
2、。二、塔設備的分類及工作原理與適用場合:1. 分類:按照塔設備內(nèi)部構(gòu)件的結(jié)構(gòu)型式,可分為板式塔和填料塔兩大類。2. 工作原理與適用場合:( 1 )板式塔:板式塔內(nèi)沿塔高裝有若干層塔板(塔盤),液體靠重力作用由頂部逐板流向塔底,并在各塊板面上形成流動的液層;氣體則靠壓強差推動,由塔底向上依次穿過各塔板上的液層而流向塔頂。氣、 液兩相在塔內(nèi)進行逐級接觸,兩相的組成沿塔高呈階梯式變化。當處理量大時多采用板式塔。蒸餾操作的規(guī)模較大,故采用板式塔。( 2)填料塔:填料塔內(nèi)裝有各種形式的固體填充物,即填料。液相由塔頂噴淋裝置分布于填料層上,靠重力作用沿填料表面流下;氣相則在壓強差推動下穿過填料的間隙,由塔
3、的一端流向另一端。氣、液在填料的潤濕表面上進行接觸,其組成沿塔高連續(xù)性的變化。當處理量較小時多采用填料塔。三、板式塔的結(jié)構(gòu)組成:1. 主體部分:由塔體和裙座組成。塔體多采用鋼板焊制。裙座上端與塔體底封頭焊接在一起,下端按要求通過地腳螺栓固定在基礎(chǔ)上。2. 內(nèi)件:由塔盤、降液管、溢流堰、緊固件、支承件及除沫裝置等組成。這是塔設備進行化工過程和操作的主要部分。3. 設備接管口:包括用于安裝、檢修塔盤的人孔,用于氣體和物料進出的接管以及安裝化工儀表用的短管等。4. 附件:包括吊裝塔板用的吊柱,支承保溫材料的支承圈以及扶梯平臺等。四、板式塔塔盤型式介紹:板式塔塔盤型式有泡罩塔盤、篩板塔盤、浮閥塔盤及噴
4、射型塔盤等,多采用浮閥塔盤。浮閥塔盤具有處理能力大,壓降小,操作彈性大,板效率高及結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點,但在使用中浮閥容易磨損。浮閥是圓盤片,塔盤上開圓孔,用浮閥的三條支腿固定在塔盤上。工作狀態(tài)時,浮閥隨上升蒸汽被頂起,氣體從閥片向水平噴出,與液體激烈攪拌,形成泡沫狀進行熱量與質(zhì)量的接觸交換,起到很好的分離效果。五、塔的優(yōu)化操作方法:塔的優(yōu)化操作就是在塔的負荷滿足要求、產(chǎn)品合格的前提下,用最小的公用工程消耗得到所需的合格產(chǎn)品。一般當塔頂產(chǎn)品不合格時,用加大回流量來補救,但加大回流量,氣、液相負荷均增加,重沸量也要加大,能量消耗就要增加?;亓髁吭黾拥揭欢ǔ潭?,產(chǎn)品純度上升很少,甚至不再上升,而能量的消
5、耗卻增加很多。這種操作狀態(tài),雖然得到較純的產(chǎn)品,成本卻很高,不是最佳狀態(tài)。應該正確選擇最佳回流比,保證產(chǎn)品純度合格,同時使能量消耗最少,這才是最佳化操作。第二小節(jié)技術(shù)問答1、什么是塔,其主要包括哪幾部分?答: 塔是煉廠主要工藝設備之一,它是用來完成混合物分離的設備。主要包括以下幾個部分:塔體:包括筒體、端蓋(主要是橢圓形封頭)及聯(lián)接法蘭等。內(nèi)件:指塔盤或填料及其支承裝置。支座:支撐塔體的底座,一般為裙式支座,即裙座。附件:包括人孔、進出料接管,各類儀表接管,液體和氣體的分配裝置,以及塔外的扶梯、平臺、外保溫等。2、塔盤主要由哪些部分組成?答:塔板:其上面開有許多孔,安裝浮閥,泡帽或者直接作為汽
6、相通道,介質(zhì)的傳熱和傳質(zhì)就在這上面進行。降液管:上層液體通過降液管流到下層塔盤,是主要的液體通道。溢流堰:包括進口堰和出口堰。進口堰主要是為了保持降液管的正常液體高度,保證傳質(zhì)的正常進行。3、按結(jié)構(gòu)塔設備可分哪幾大類?答:板式塔:塔內(nèi)有一層層相隔一定距離塔盤、液氣兩相就在塔盤上相互接觸,進行熱和質(zhì)的傳遞,然后分開,氣相繼續(xù)上升到一層塔盤,液體流到下層塔盤上。根據(jù)塔盤形式的不同,板式塔又有:泡帽塔、槽形塔盤塔、S 型塔盤塔、浮閥塔、噴射塔、篩板塔等。填料塔:塔內(nèi)充填著各種形式的填料,液體自上往下流,氣體自下往上流,氣液在填料表面上接觸完成傳質(zhì)傳熱過程。填料的型式繁多,如:拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、波紋填料
7、、鞍型及絲網(wǎng)填料等。4、按用途塔設備的分類有哪些?答:(1)分餾塔:將液體混合物分離成各種組分,如常壓塔、減壓塔、各種精餾塔等。( 2)吸收塔:在塔內(nèi)通過吸收液來分離氣體。( 3)解吸塔:將吸收液通過加熱減壓等方法使溶解其中的氣體再放出來。( 4)抽提塔:通過某種液體溶劑將混合物中有關(guān)產(chǎn)品分離出來。( 5)洗滌塔:用水來除去氣體中無用的成分或固體顆粒,稱為水洗塔,它同時還有一定的冷卻作用。5、一種性能良好塔盤應具有哪些特點?答:分儲效率高。生產(chǎn)能力大,即允許的氣、液相負荷都較高。操作穩(wěn)定,彈性好,即氣、液相負荷產(chǎn)生較大變化時仍能保證較高的分儲效率。壓降小。結(jié)構(gòu)簡單,安裝檢修方便。6、塔的主要內(nèi)
8、部構(gòu)件有哪些?答:煉油廠常用的板式塔的主要內(nèi)部構(gòu)件有:塔盤、各種液體和氣體出入管、除霧器、擋板及過濾器等。7、塔的塔盤有何作用?答:塔盤是塔的最主要內(nèi)部件,氣液間的傳質(zhì)、傳熱過程就是通過塔盤來完成的。塔盤增加 了氣液間的接觸面積和接觸時間,使傳質(zhì)、傳熱更充分。8、塔盤有哪些不正常操作?答:(1)霧沫夾帶。(2)淹塔(液泛)。(3)泄漏。(4)脈動。(5)汽泡夾帶。9、什么叫霧沫夾帶?答: 霧沫夾帶是氣體在液體內(nèi)鼓泡后,穿出液層時總不免帶有許多細微的液滴,有的來不及分離出來就被帶到了上一層塔盤的液體中去。10、什么是液泛?答:液泛是若液體流量過大,降液管面積不夠,液體發(fā)生堵塞現(xiàn)象,幾層塔盤的液體
9、將連成一片,根本沒法進行分餾操作。11、什么是傳質(zhì)過程?精餾塔內(nèi)是怎樣完成傳質(zhì)和傳熱的?答:由于分子處于不停的運動狀態(tài),分子在運動中相互碰撞,改變自己的運動方向,從而從一個地方擴散到另一個地方,這就是傳質(zhì)過程。在精餾塔內(nèi),塔盤上存在著氣、液兩相,并密切接觸,由于兩相組分組成不平衡,使液相中的易揮發(fā)組分得到熱量成為氣相,而氣相中難揮發(fā)組分,冷凝下來成為液相,從而完成了一個傳質(zhì)和傳熱過程。12、精餾過程的實質(zhì)是什么?答: 精餾過程的實質(zhì)是不平衡的氣液兩相在塔內(nèi)多次逆向接觸,多次進行部分汽化和部分冷凝,達到傳熱、傳質(zhì)的目的,使氣相中輕組份斷提高,液相中重組份濃度不斷提高,從而使混合物分離。13、塔內(nèi)
10、上升蒸汽速度的波動對精餾操作有什么影響?答:塔內(nèi)上升蒸汽的速度大小,直接影響著傳質(zhì)效果,一般地說,塔內(nèi)最大的蒸汽上升速度應比液泛速度小一些,工藝上常選擇最大允許速度為液泛80,速度過高,會產(chǎn)生液泛或霧沫夾帶,速度過低會產(chǎn)生泄漏現(xiàn)象,使塔板效率顯著下降。14、重沸器熱量的波動對精餾有什么影響?答: 重沸器的加熱量是影響塔內(nèi)上升蒸汽速度的主要因素,在釜溫保持穩(wěn)定的情況下,加熱量增加,塔內(nèi)上升蒸汽速度增大,加熱量減小,塔內(nèi)上升蒸汽速度減小。加熱量的調(diào)節(jié)范圍過大、過猛,有可能造成液泛基泄漏,甚至導致超溫超壓。15、浮閥塔板有哪些優(yōu)、缺點?答:優(yōu)點:效率高,操作彈性大,處理能力好,霧沫夾帶小,接觸時間長
11、,傳質(zhì)效果好。缺點:蒸汽沿上升蒸汽孔的周邊噴出,仍然有液體的逆向混合,因而會降低傳質(zhì)效率,另外閥片容易卡住,影響其自由開啟。16、煉化生產(chǎn)中,有些精餾塔的進料口為什么都在兩個以上?答:調(diào)節(jié)進料口的位置是以進料組份發(fā)生變化為準,當進料中輕關(guān)鍵組份比正常操作低時,應將進料口位置下移,以增加精餾段的塔板數(shù),從而提高精餾段的分離能力。反之,當進料中輕關(guān)鍵組份增多時,進料口的位置應該上移,以增加提餾段的板數(shù),從而提高提餾段分離能力。17、什么是操作彈性?答:指精餾塔在工作范圍中,上升氣體速度的最小允許值到最大允許值的范圍。18、什么是干板壓降?答:板式塔塔板壓降的組成部分,指氣體通過不存在液體的塔板時的
12、壓力損失。19、什么是傳質(zhì)過程?答:系統(tǒng)在未達到平衡狀態(tài)時,或在趨向平衡的運動中有質(zhì)量的轉(zhuǎn)移。20、什么是傳熱過程?答:指熱能的傳播過程,其方法有三種:熱傳導、熱對流、熱輻射。21、進料狀態(tài)對精餾操作有什么影響?答: 對于固定進料狀況的某個塔來說,進料狀況的改變,將會影響到產(chǎn)品質(zhì)量的改變,例如:當塔應為泡點進料而改為冷液進料時,則精餾段塔板數(shù)過多,提餾段塔板數(shù)不足,結(jié)果是塔頂產(chǎn)品質(zhì)量可能提高,而釜液中輕組份的蒸出則不完全。若改為氣液混合進料或者飽和蒸汽、過飽和蒸汽進料,則精餾段的塔板數(shù)不足,提餾段的塔板數(shù)過多,其結(jié)果是塔頂產(chǎn)品中重組份濃度超過規(guī)定,釜液中輕組份含量比規(guī)定值低,同時增加了塔頂生產(chǎn)
13、中冷劑的消耗量,減少了塔釜的熱劑消耗。生產(chǎn)中多為泡點進料,此時,精餾段和提餾段上升蒸汽的流量相等,故塔徑一樣,設計計算也比較方便。22、為什么說塔壓突然升高,釜溫隨之升高,而塔內(nèi)上升蒸汽的速度反而減小?答:因為這種釜溫的升高是因為壓力釜液泡點所致,因而塔內(nèi)的上升蒸汽量不但不會增加,反而還會因壓力的升高而減小,這種釜溫的升高是暫時的,因為此時塔釜輕組份的蒸出不完全,將導致釜液泡點下降,因而使釜溫又隨之下降。23、在精餾操作中,怎樣調(diào)節(jié)塔的壓差?答: 塔壓差是衡量塔內(nèi)氣體負荷大小的主要因素,也是判斷精餾操作的進料、出料是否均衡的重要指標之一,在操作中,要針對引起塔壓差變化的原因相應地進行調(diào)節(jié),常用
14、的方法有三種: 一是在進料不變的情況下,用塔頂?shù)漠a(chǎn)品餾出量來調(diào)節(jié)塔壓差,產(chǎn)品采出多,塔壓下降,產(chǎn)品采出少,塔壓上升;二是在采出量不變的情況上,用進料量來調(diào)節(jié)塔壓差,進料量加大,塔壓差上升,進料量減小,塔壓差下降。三是在工藝指標許可的范圍內(nèi),通過釜溫的變化來調(diào)節(jié)塔壓差,提高釜溫,塔壓差上升,降低釜溫,塔壓差下降。24、在精餾操作中出現(xiàn)液泛現(xiàn)象如何處理?答:在精餾操作中出液泛現(xiàn)象時,要分析產(chǎn)生液泛的原因,作出相應的處理。若是設備問題引起的,應停工檢修,若是操作不當,釜溫突然上升引起的,則應降低釜溫,停止或減少進料量, 使帶到塔項去的難揮發(fā)組份慢慢地流到塔釜。當生產(chǎn)不允許停止進料時,可將釜溫度控制在
15、稍低于正常操作溫度下,加大塔頂采出量,減小回流比,當塔壓差降至正常值后,再將操作條件恢復正常。這種操作只能保證產(chǎn)品的數(shù)量,不能保證產(chǎn)品的質(zhì)量。25、什么是相對揮發(fā)度?答: 在蒸餾分離中起決定性作用,是兩組份揮發(fā)難易的對比,可定量地用其揮發(fā)度之比表示,稱之為相對揮發(fā)度。26、什么是液相負荷?答:又稱液體負荷,對有降液管的板式塔來說,是橫流經(jīng)過塔板、過溢流堰落入降液管中的液體體積流量,也是上下塔板間的內(nèi)回流量,是考察塔板液體力學狀態(tài)和操作穩(wěn)定性的基本參數(shù)之一。27、什么是氣相負荷?答:又稱蒸汽負荷,對板式塔來說,就是通過塔板的氣體體積流量,往往以空塔氣速或有效空塔氣速來表示。28、什么是等板高度?
16、答: 衡量填料塔傳質(zhì)性能的尺度之一,指相當于一層理論塔板的填料高度,其值等于填料層總高度除以理論塔板數(shù)。29、塔頂采出量的大小對精餾操作有什么影響?答: 精餾塔塔頂采出量的大小和該塔的進料量的大小有著相互對應的關(guān)系,進料量增大,采出量應增大,否則將會破壞塔內(nèi)的氣液平衡。如果進料量未變而塔頂采出量增大,則回流比勢必減小,引起各塔板上的回流液量減少,氣液接觸不好,傳質(zhì)效率下降,同時操作壓力也將下降,各塔板上的液組成發(fā)生變化,結(jié)果是重組份被帶到塔頂,塔頂產(chǎn)品質(zhì)量不合格,在強制回流的操作中還易造成回流罐抽空。如果進料量加大,而塔頂采出量不變,其后果是回流比增大,塔內(nèi)的物料增多,上升蒸汽速度增大,塔頂、
17、底壓差增大,嚴重時引起液泛,對于強制回流的操作中,則將造成回流罐滿罐弊壓,嚴重時可引起事故。30、塔底采量的大小對精餾操作有什么影響?答:塔釜保持穩(wěn)定的液面,是維持釜溫恒定的首要條件,塔釜液面的變化,又主要決定于塔底采出量的大小。當塔底采出量過大時,液面會降低抽空,這將使通過再沸器的釜液循環(huán)量減小,從而導致傳熱不好,輕組份蒸發(fā)不出去,塔頂、塔底產(chǎn)品不合格,如果是使用列管式再沸器,由于循環(huán)量過小,使釜液經(jīng)過上半部列管時形成過熱蒸汽,表現(xiàn)為返塔的氣體溫度較高,而釜溫卻較低。如果塔底采出量過小,將會造成塔釜液面過高(嚴重時造成淹塔),增加了釜液循環(huán)的阻力,同樣造成傳熱不好,釜溫下降。對于易聚合的物料
18、,釜液面過高或過低, 都會造成停留時間加長,增加聚合的可能性,另外,維持一定的釜液面還起著液封的作用,以確保安全。31、設備檢修時的主要檢查內(nèi)容有哪些?答:塔體檢查:一、檢查各附件(壓力表、放空閥、溫度計等)是否靈活、準確;二、檢查塔體腐蝕、變形、壁厚減薄、裂紋及各部焊接情況,進行超聲波測厚和理化鑒定,并作詳細記錄,以備研究改進和下次檢修的依據(jù);三、檢查塔內(nèi)污垢和內(nèi)部絕緣材料。塔內(nèi)部的檢查:一、塔板各部件的結(jié)焦、污垢、堵塞情況,檢查塔板、鼓泡構(gòu)件的支撐結(jié)構(gòu)的腐蝕及變形情況;二、檢查塔板上各部件的尺寸是否符合圖紙及標準;三、對于浮閥塔板應檢查其浮閥的靈活性,是否卡死,變形,沖蝕等現(xiàn)象,浮閥孔是否
19、有堵塞;四、檢查各種塔板,鼓泡構(gòu)件等的堅固情況,是否有松動現(xiàn)象;五、檢查各部連接管線的變形,連接處的密封是否可靠。32、塔高和塔徑對產(chǎn)量、質(zhì)量有什么影響?答:對一定塔來說,空塔速度是有一定的限制的,在一定的空塔速度下,塔內(nèi)氣流的體積流量越大,則需要的塔徑越大,同理,塔徑越大,則容許的塔內(nèi)蒸汽負荷越大,即生產(chǎn)能力越大,因此,塔徑是影響生產(chǎn)能力的主要因素。塔的高度,在板效率和板間距確定的前提下,決定于實際塔板數(shù),而實際塔板數(shù)又是由最小理論塔板數(shù)決定的,最小理論塔板數(shù)越多,則實際塔板數(shù)越多,因此說塔高主要影響產(chǎn)品純度。塔徑、 塔高對生產(chǎn)的影響是辯證的,不可截然分開,例如增加塔高,可減小回流比,從而提高生產(chǎn)能力;而增加塔徑,則可大回流比,達到降低塔高的目的。33、容器檢修安全措施有哪些?答:一、塔和容器等設備用蒸汽吹后,還需裝水冷卻、沖洗,才允許從上至下拆卸人孔蓋,嚴禁高溫或從上拆牌子人孔以防自燃或燙傷;二、吹掃完畢蒸汽線要打盲板;三、塔、容器吹掃干凈后,還必須采樣分析合格,或經(jīng)明火試驗及含氧量合格,方可允許進入內(nèi)部作業(yè);
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