溶剂回收塔相关知识.docx

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溶剂回收塔相关知识

精馏塔是进行精馏的一种塔式汽液接触装置，又称为蒸馏塔。

有板式塔与填料塔两种主要类型。

根据操作方式又可分为连续精馏塔与间歇精馏塔。

（低沸点）组分不蒸气愈接近塔顶，达到组分分离的目

蒸气由塔底进入，与下降液进行逆流接触，两相接触中，下降液中的易挥发断地向蒸气中转移，蒸气中的难挥发（高沸点）组分不断地向下降液中转移，其易挥发组分浓度愈高，而下降液愈接近塔底，其难挥发组分则愈富集，的。

由塔顶上升的蒸气进入冷凝器，冷凝的液体的一部分作为回流液返回塔顶进入精馏塔中，其余的部分则作为馏出液取出。

塔底流出的液体，其中的一部分送入再沸器，热蒸发后，蒸气返回塔中，另一部分液体作为釜残液取出。

规整填料塔的分离性能取决于内件，即填料、分布器、收集器等。

同时也取决于许多参数，如气体负荷、液体负荷、物料性质、操作压力、填料湿润性能和液体分布不均匀等等。

至今不能由填料的几何形状来精确计算塔的分离性能，需要通过填料塔的理论和不同条件下通过试验塔来测定准确数据。

用户可根据资料以一级近似程度确定塔的尺寸和需要的填料高度。

如果需要经济、合理的结构形式，我厂愿与用户密切合作。

本帖最后由thechrist于2009-8-1218:

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填料塔

摘要

塔设备有许多种类型，塔设备是化工、石油化工和炼油生产中最重要的设备之一。

它可使气液或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

填料塔的结构特点

图1所示为填料塔的结构示意图，填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备。

填料塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。

填料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动。

液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。

气体从塔底送入，经气体分布装置（小直径塔一般不设气体分布装置）分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。

填料塔属于连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。

当液体沿填料层向下流动时，有逐渐向塔壁集中的趋势，使得塔壁附近的液流量逐渐增大，这种现象称为壁流。

壁流效应造成气液两相在填料层中分布不均，从而使传质效率下降。

因此，当填料层较高时，需要进行分段，中间设置再分布装置。

液体再分布装置包括液体收集器和液体再分布器两部分，上层填料流下的液体经液体收集器收集后，送到液体再分布器，经重新分布后喷淋到下层填料上。

填料塔具有生产能力大，分离效率高，压降小，持液量小，操作弹性大等优点。

填料塔也有一些不足之处，如填料造价高；当液体负荷较小时不能有效地润湿填料表面，使传质效率降低；不能直接用于有悬浮物或容易聚合的物料；对侧线进料和出料等复杂精馏不太适合等。

填料塔填料

填料是填料塔中的传质元件，它可以有不同的分类。

填料的类型有两大类：

拉西环矩鞍填料；鲍尔环；鲍尔环是在拉西环的壁面上开一层或两层长方形小窗。

波纹填料有丝网形和孔板形两大类。

对填料的基本要求有：

传质效率高，要求填料能提供大的气液接触面。

即要求具有大的比表面积，并要求填料表面易于被液体润湿。

只有润湿的表面才是气液接触表面。

生产能力大，气体压力降小。

因此要求填料层的空隙率大。

不移引起偏流和沟流。

经久耐用具有良好的耐腐蚀性，较高的机械强度和必要的耐热性。

取材容易，价格便宜。

填料塔的制造与安装总的来说,填料塔的制造与安装应按设计要求进行,不能一概而论。

有些设计对制造、安装的某些误差精度要求较高,而另外一些设计对制造、安装的这些误差精度要求可能并不太高,误

差稍大,并不影响塔的正常操作。

静压孔流式液体分布器受安装水平度的影响,若设计液位只

有50mm,对水平度的要求较高,否则会导致液体分布不均,水平度偏差10mm,两点液量相差11%;若设计液位200mm,水平度稍差,对液体分布不会有大的影响,水平度偏差10mm,两点液量相差只有2.5%。

制造与安装精度虽不可一概而论,某些精度也无标准可言,但仍有公认的误差精度可供

1、填料塔的垂直度9R*由于塔节的对接、塔节与裙座的对接、塔的基础及热变形等因素的作用,塔不可能做到

绝对垂直,因此使塔产生了垂直度偏差。

在填料塔填料层内,液体受重力的作用趋于垂直下流,因此若塔有倾斜,液体将优先流向倾斜的下一边塔壁,倾斜的上一边液流小,气体则优先流向倾斜的上一边塔壁,结果导致填料层内的气液分布不均,分离效率下降,许多工程实践证明了这一点。

多数结果认为,每倾斜一度分离效率下降5%~10%,规整填料由于塔倾斜而引起的效率下降较散装填料要小。

规整填料

的倾斜度应小于0.2°~0.5°。

填料塔静压液体分布器的水平度要求很高,应在塔安装就位后现场安装,以避免塔垂直度对分布器等水平度的影响。

塔的无规则小摇动,不会使塔效率有大的下降,较垂直塔的效率下降小于10%。

塔的无规则摇动会使液体分布器分布性能下降,使液体分布器溢流,使塔的效率大幅度下降,使用管式

分布器可避免此类事故发生。

很高的塔,由于风载的影响,塔顶摇动很大宜采用管式液体分布器。

2、填料塔的椭圆度

一般认为,填料塔的椭圆度并不影响填料塔的性能,只是影响塔内件及填料的安装。

散装填料的安装并不受塔椭圆度的影响。

为了便于安装,规整填料塔的塔径误差需予以限制,常规规

整填料塔推荐误差可以查取相应的设计手册。

3、塔填料的制造与安装

填料的开发、制造一般由填料制造厂完成,填料的性能数据也由制造厂提供,其质量也应由制造厂保证。

（1）填料安装前的处理

①填料的除油7T!

^5r:

新填料表面有一薄油层,这油层可能是金属填料在加工过程中采用润滑油润滑而形成的;

也可能是为了避免碳钢填料在运输和储存过程中被腐蚀而加的防锈油。

这层油的存在对于某些物系是绝对不允许的,例如空分系统中,油层洗涤下来后与液氧共存,可引起爆炸。

对于水溶液物系,这层油可妨碍液膜的形成,对于某些碱性物系还可引起溶液发泡,因此应弄清该油的

物性,在开车之前将其除掉。

为了便于清除油层,填料加工的润滑剂采用水溶性的较好。

碳钢

填料应储存在干燥封闭处,不应提前除,以防锈蚀。

②陶瓷填料去碎片

新陶瓷填料和重新填充的陶瓷填料应将其中的碎片筛掉,有时需用手工逐个除去,散装陶

瓷填料在运输过程中难免有破碎,大块的碎填料仍可利用,其通量有所下降,压降有所升高,但

分离效率不会下降。

③塔支承圈的拆除

板式塔改填料塔,需将原塔板、降液管及支承圈拆除。

水平支承圈应尽可能割干净。

水平支承圈保留,在塔内会干扰气液分布,也减小了塔的有效截面,从而增大了阻力,减小了通量,效率也会因此而下降。

采用散装填料改造板式塔,只要塔的支承圈面积小于塔截面积10%,不需拆除。

采用规整填料改造板式塔,在安装前应将支承圈拆除,并打磨干净,残留量一般应小于5mm,也可听从填料制造商的意见。

（2）、填料及塔内件的安装

需焊接的内件,如填料支承、液体收集器、气液分布器等最好在填料安装前完成,以防焊渣进入填料内引起火灾。

金属填料表面的油层在焊渣的高温条件下很容易着火,塑料填料更容

易引起火灾。

焊渣留在塔内还会引起液体分布器堵塞,影响塔效率。

若有些部件必须在填料

安装过程中或完成后进行,需在焊接下方铺设石棉布、石棉板等,使焊接与填料隔离。

填料及内件的安装步骤：

填料支承；安装

填料；安装

填料固定或压紧装置,并调水平；安装

安装液体分布器或再分布器,固定并调水平；安装完毕，检查。

（3）、填料的安装

填料的安装对保证塔的分离效率至关重要,要在填料制造厂技术人员的指导下完成。

不良

的安装会引起气液不良分布,造成分离效率和处理能力下降,压降升高。

①散装填料的安装8S+H/

散装填料的安装看起来很简单,将填料倒入塔中即可,其实不然,这样简易安装轻者会造成填料填充密度不均,重者可造成金属填料变形,陶瓷填料破碎,从而引起气液不均匀分布,使分离效率下降。

陶瓷填料和非碳钢金属填料,若条件允许,应采用湿法填充。

采用湿法填充,安装支撑板后,往塔内充水,将填料从水面上方轻轻倒入水中,填料从水中漂浮下落,水面要高出填料lm以

上。

湿法填充可减少填料破损、变形。

湿法填充还增加了散装填料的均匀性,填料用量减少

约5%,填料通量增大,压力降减小。

Billet在500mm直径塔用Dg38鲍尔环采用湿法填充和干法填充进行对比实验,结果表明,采用湿法填充较干法填充少用填料5%,压降下降10%,效率几

乎相等。

因此在通量受限制的场合应尽量采用湿法填充。

采用干法填充填料应始终从离填料层一定高度倒入,对于大直径塔采用干法填充,有时需

人站在填料层上填充。

应需注意人不可直接站在填料上,以防填料受压变形及密度不均,可在

填料上铺设木板使受力分散。

无论采用湿法填充还是采用干法填充,都应由塔壁向中心填充,以防填料在塔壁处架桥,

填料不应压迫到位,以防变形密度不均。

各段填料安装完毕应检查上端填料是否推平，若有高低不平现象,应将其推平。

②规整填料的安装

A、规整填料的外形尺寸

规整填料不象散装填料那样可以不考虑塔的形状,随意装入塔中,须根据塔的尺寸、形状以

及规整填料塔对塔椭圆度的要求进行制造、安装。

采用规整填料改造老塔,有时其椭圆度远远达不到此要求,这就需从填料制作和安装方面解决,使填料适合塔体。

对于直径小于800mm的小塔,规整填料通常做成整圆盘由法兰孔装λ。

对于直径大于

800mm的塔,规整填料通常分成若干块,由人孔装入塔内,在塔内组圆,无论整圆还是分块组圆,其直径都要小于塔径,否则无法装入。

填料与塔壁之间的间隙,应根据采用的防壁流圈形式而定,各填料生产厂家通常有自己的标准。

B、规整填料的防壁流圈通常为防止由于填料与塔壁间隙而产生气液壁流,在此间隙加防壁流圈。

此防壁流圈可与

填料做成一体,也可分开到塔内组装。

通常对于小直径整圆盘填料其防壁流圈是与填料做成一体的,有时一圈两用,既做防壁流圈,又起捆绑填料的作用。

防壁流圈不应将填料与塔壁之间的间隙在高度方向上全部封死,这样不仅会减少塔的通量,增加阻力,特别是小直径的塔,而且经实验证明还会引起分离效率的下降。

防壁流圈可以使气液以折流流动形式通过塔壁间隙，既防止了壁流，又利用了间隙起到传质作用。

C、小直径整盘规整填料的安装

安装小直径整盘规整填料时,先将防壁流圈翻边、摆正,将相邻两盘填料波纹片成90度角依次放入塔内,并用圆盘适当压紧。

对于填料层高度较高,直径稍大的塔,可采用推盘跟踪填料盘,将填料盘送到预定位置,但须有安装经验的人员进行操作,也可将几盘填料进入塔前穿成一串,一起装入塔内，或两人采用钢筋条勾住填料,下降到预定位置。

D、大直径规整填料的安装

大直径规整填料需分块从人孔进入塔内安装,盘高通常为100~300mm,每块长度可与塔弦长等长,也可分成若干块。

为便于制作、包装、运输、拆卸,每块长度不宜超过1.8m。

每块

填料中填料片采用穿钉组装,有时也简单地采用金属丝或打包带捆绑。

为防止丝网填料在运输中变形,采用金属包角保护填料。

若防壁流圈与填料一体,每块填料安装前需将防壁流圈按要求打开;若防壁流圈与填料分

体,安装过程中需将防壁流圈按要求放到位。

通常安装由一端开始至另一端结束,相邻两盘填

料波纹成90度角。

每四盘填料为一个周期,这样成顺时针（或逆时针〉方向转动组装填料盘可以缩小填料上端面水平误差。

丝网填料每盘安装完毕后再去掉包角。

安装人员不应总站在塔截面中部,这样易形成四周高中间低的“锅底”现象。

各盘填料组装最后一块需借助滑板安装。

由于塔的不圆及其他原因有时需将填料酌情加片或减片,以使填料适合塔体。

填料安装过紧会导致填料片变形,填料总高“加高”上,端面不平效率通量下降。

同样,填料安装过松,会导致气液分布不均,分离效率下降。

某些特殊情况,由于时间不允许或其他原因,板式塔改规整填料塔塔圈不能割除,需制作一些直径与塔圈相符的填料,以便在塔圈处安装,设计应考虑由此而造成的效率和通量损失。

（4）、封口前的检查

安装与设计不一致往往要产生麻烦,错误发现的越早越容易改正,因此检查应与安装同时进行。

检查最好由现场技术服务工程技术人员或设计人员承担,现场服务工程技术人员和设

计人员一般对塔内流体流动状况及传质状况有较好的了解,很容易发现错误;再者,现场检查

也是一个很好的锻炼,可以提高设计技巧,使以后的设计更完善。

检查最好事先列一检查表,对照表逐项检查,以防遗漏。

对于改造的塔器,应重点检查改造的部分。

安装完毕,如有条件最好采用水或其他介质冷试,检查液体分布器的分布情况及液体收集

器的收集情况,此项工作可与清洗填料同时进行。

试验完毕,将存在液体分布器、收集器中的

杂质清出塔外,即可封塔。

塔设备概述

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。

按塔的内件构成结构分为板式塔和填料塔

逐级接触式：

板式塔

微分接触式：

填料塔

般构造

1）板式塔

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。

（2）填料塔填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备。

填料塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或规整的方式放置在支承板上。

填料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动。

液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。

气体从塔底送入，经气体分布装置（小直径塔一般不设气体分布装置）分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。

填料塔属于连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。

当液体沿填料层向下流动时，有逐渐向塔壁集中的趋势，使得塔壁附近的液流量逐渐增大，这种现象称为壁流。

壁流效应造成气液两相在填料层中分布不均，从而使传质效率下降。

因此，当填料层较高时，需要进行分段，中间设置再分布装置。

液体再分布装置包括液体收集器和液体再分布器两部分，上层填料流下的液体经液体收集器收集后，送到液体再分布器，经重新分布后喷淋到下层填料上。

塔型选择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，还应满足如下基本要求：

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。

分离效率高。

即气、液相能充分接触且分离效果好。

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。

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，在减压塔中若压降过大系统将难以维持必要的真空度。

结构简单、耗材少，易于制造及安装，这样可减少投资，降低成本。

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。

填料塔的特点

新型高效填料的开发，使填料塔的生产能力（允许气速）和效率等于或超过了板式塔，国内外很多装置用新型填料改造板式塔，使生产能力和效率有较大幅度的提高。

特点如下：

当塔径不很大时，填料塔因结构简单而造价便宜对于易起泡物系，填料塔更适合，因填料对泡沫有限制和破碎的作用。

对于腐蚀性物系，填料塔更适合，因可采用瓷质填料。

对热敏性物系宜采用填料塔，因为填料塔内的持液量比板式塔少，物料在塔内的停留时间短。

填料塔的压降比板式塔小，因而对真空操作更为适宜。

填料塔不宜于处理易聚合或含有固体悬浮物的物料，而某些类型的板式塔（如大孔径筛板、泡罩塔等）则可以有效地处理这种物质。

另外，板式塔的清洗亦比填料塔方便。

当气液接触过程中需要冷却以移除反应热或溶解热时，填料塔因涉及液体均不问题而使结构复杂化。

板式塔可方便地在塔板上安装冷却盘管。

同理，当有侧线出料时，填料塔也不如板式塔方便。

以前乱堆填料塔直径很少大于0.5m，后来又认为不宜超过1.5m，根据近10年来填料塔的发展状况，这一限制似乎不再成立。

板式塔直径一般不小于0.6m。

关于板式塔的设计资料更容易得到而且更为可靠，因此板式塔的设计比较准确，安全系数可取得更小。

填料塔

填料类型

填料是填料塔的核心，是气液两相接触进行质、热传递的场所。

填料的流体力学和传质性能与填料的材质、大小和几何形状紧密相关。

填料可以分为乱堆填料、规整填料和高效填料，其中每种填料里又依据其形状不同，而分为各种类型填料，详见表1、2、3。

表1乱堆填料（randompacking）：

以乱堆的方式进行装填

环形填料

鞍形填料

其它填料

拉西环

RaschingRing

倍尔（弧）鞍

球形

BerlSaddle

I-Ball,TRI

勒辛环LessingRing

英特洛克斯（矩）鞍

IntaloxSaddle

泰勒花环形

TellerRosett

十字隔环

Cross-PatitionRing

超级矩鞍（Norton）SuperIntaloxSaddle

多角螺旋形

螺旋环SpiralRing

改进矩鞍（Glitsch）

BallastSaddle

鲍尔（开孔）环

改进矩鞍（Koch）

Pall（Slotted）Ring

Flexi

Saddle

哈埃派克（Norton）

改进矩鞍（Hydronyl）

Hy-Pak

Hydronyl

半环（Leva公司）

金属环矩鞍（Norton）

Levapak,Chempak

IMTP

阶梯环（传质公司）

CascadeRing

表2规整填料（structuredpacking）：

排列整齐。

绕卷型

水平波纹板型

垂直波纹板型

格栅型

其它形式

古德洛

Goodloe

帕纳帕克

Panapak

苏尔寿

Sulzer

格里奇

Glitsch

斯特曼

Stedman

海泊菲尔

斯普雷帕克

墨拉帕克

钻石

压延

Hyperfil

Spraypak

Mellapak

Diamond

Expanded

新克洛斯

New-Kloss

坎农

Cannon

凯雷帕克

网孔

脉冲

Kerapak

Perform（PFG）

Impulse

：

有较大的比表面积和自由空间

表3高效填料（effectivepacking）

表征填料特性的数据：

比表面积a：

单位体积填料层所具有的表面积（m2/m3）。

被液体润湿的填料表面就是气液两相的接触面。

大的a和良好的润湿性能有利于传质速率的提高。

对同种填料，填料尺寸越小，a越大，但气体流动的阻力也要增加。

空隙率：

单位体积填料所具有的空隙体积（m3/m3）。

代表的是气液两相流动的通道，

大，气、液通过的能力大，气体流动的阻力小。

=0.45~0.95。

填料因子：

填料比表面积与空隙率三次方的比值（1/m），a/3，表示填料的流体力学性能，值越小，流动阻力越小。

有干填料因子与湿填料因子之分。

堆积密度p

：

单位体积填料的质量（kg/m3）。

在机械强度允许的条件下，填料壁要尽量薄，以减小填料的堆积密度，从而既可降低成本又可增加空隙率。

机械强度大，化学稳定性好以及价格低廉等也是优良填料应尽量兼有的性质。

一些难以定量表达的因素（几何形状）对填料的流体力学和传质性能也有重要的

影响。

新型填料的开发一般是改进填料几何形状使之更为合理，从而获得高的填料效率。

流体力学性质

填料塔效率主要取决于填充填料流体力学性能和传质性能。

压降、液泛气速、持液量及气液分布对填料塔的设计和操作参数的确定至关重要。

（1）

压降

表面摩擦阻力+形体阻力，前者是气体在空隙中流动时在填料表面和气液界面上产生的粘性应力，后者是由于气体流道的突然增大或缩小，方向的改变等造成的动能损失。

影响因素：

填料特性（几何形状、比表面积、

等），流体物性（、等）以及操作条件（气液流量、T等）。

难以进行准确的理论计算，迄今仍然只能由各种经验关联式或关联图进行估算。

（2）泛点

在逆流操作的填料塔内，压降突然直线上升，表明塔内已发生液泛现象的过程转折点，或在不影响精馏效率前提下的最大操作负荷,是填料塔的操作极限泛点气速：

开始发生液泛时的气速，泛点的直接表达参数。

为防止液泛发生，最大操作气速应<95%泛点气速，设计点的气速通常取泛点气速的50%~80%。

故正确估算泛点气速对填料塔的设计和操作都十分重要。

填料的种类，物系的物性以及气、液相负荷等因素对泛点都有一定的影响。

泛点气速的估算式通常仍是借助于实验数据所得的各种经验关联式或关联图。

对于散装填料，目前广泛采用埃克特（Eckert）压降和气速通用关联图中的泛点曲线。

规整填料有类似的泛点实验关联图，可参考有关文献

3）持液量

填料的持液量：

操作时单位体积填料在表面和空隙中所积存的液体体积量。

由静持液量和动持液量两部分组成动持液量：

停止气液两相进料后从填料中排放出来的液体。

与填料特性，物性及气液两相流量有关。

静持液量：

液体排放完后仍保留在填料层内的那部分液体。

与填料表面积，表面特征及润湿性有关。

持液量对填料的压降、气液通量以及分离效率均有影响液体在填料层中的停留时间与持液量成正比