填料塔设计

概述

石化行业是国民经济中能耗较高的产业部门，其能耗占工业能耗接近1/5，占全国总能耗的14%左右。在目前占有工业能耗接近五分之一的石化行业中，较大的能耗主要来源于化学原料及化学制品制造业能耗、石油天然气开采业能耗、石油加工、炼焦及核燃料加工业能耗、橡胶制品业能耗。而在化工生产中，分离的能耗占主要部分，其中尤以精馏塔在分离设备中占有最大比例，因此，塔设计的好快与否，对于整个工厂的经济效益有着很重要的作用。塔设备的投资费用占整个工艺设备费用的四分之一左右，塔设备所耗用的钢材料重量在各类工艺设备中所占的比例也较多，例如在年产250万吨常压减压炼油装置中耗用的钢材重量占62.4%，在年产60-120万吨催化裂化装置中占48.9%。因此，塔设备的设计和研究，是我们工作的重点。

在本化工厂设计中，塔设备汇总如表所示：

表8-1 塔设备汇总表

塔设备编号	塔设备名称
T0101	裂解油预分塔
T0102	隔壁塔
T0103	抽提塔
T0104	溶剂回收塔
T0201	甲苯塔
T0202	二甲苯塔

（续表）

T0401		歧化反应产物分离隔壁塔
T0501	抽取液塔
T0502	抽余液塔

设计依据

《压力容器》	GB 150-2011
《钢制塔式容器》	JB 4710-2005
《钢制压力容器用封头标准》	JB/T 4746-2002
《碳钢、低合金钢制填料塔式压力容器技术要求》	QSY-GDJ-JS121-008-2010
《碳素钢、低合金钢人孔与手孔类型与技术条件》	HG 21514-95
《中国地震动参数区划图》	GB 18306-2001
《建筑结构荷载规范》	GB 50009-2012

塔型的选择原则

精馏塔主要有板式塔和填料塔两种，它们都可以用作蒸馏和吸收等气液传质过程，但两者各有优缺点，要根据具体情况选择。

填料塔与板式塔的比较

表8-2 精馏塔的主要类型及特点

类型	板式塔	填料塔
结构特点	每层板上装配有不同型式的气液接触元件或特殊结构，如筛板、泡罩、浮阀等；塔内设置有多层塔板，进行气液接触	塔内设置有多层整砌或乱堆的填料，如拉西环、鲍尔环、鞍型填料等散装填料，格栅、波纹板、脉冲等规整填料；填料为气液接触的基本元件
操作特点	气液逆流逐级接触	微分式接触，可采用逆流操作，也可采用并流操作
设备性能	空塔速度（亦即生产能力）高，效率高且稳定；压降大，液气比的适应范围大，持液量大，操作弹性小	大尺寸空塔气速较大，小尺寸空塔气速较小；低压时分离效率高，高压时分离效率低，传统填料效率较低，新型乱堆及规整填料效率较高；大尺寸压力降小，小尺寸压力降大；要求液相喷淋量较大，持液量小，操作弹性大

（续表）

制造与维修	直径在600mm以下的塔安装困难，安装程序较简单，检修清理容易，金属材料耗量大	新型填料制备复杂，造价高，检修清理困难，可采用非金属材料制造，但安装过程较为困难
适用场合	处理量大，操作弹性大，带有污垢的物料	处理强腐蚀性，液气比大，真空操作要求压力降小的物料

板式塔塔型选择一般原则：

选择时应考虑的因素有：物料性质、操作条件、塔设备性能及塔的制造、安装、运转、维修等。

1）下列情况优先选用填料塔：

a.在分离程度要求高的情况下，因某些新型填料具有很高的传质效率，故可采用新型填料以降低塔的高度；

b.对于热敏性物料的蒸馏分离，因新型填料的持液量较小，压降小，故可优先选择真空操作下的填料塔；

c.具有腐蚀性的物料，可选用填料塔。因为填料塔可采用非金属材料，如陶瓷、塑料等；

d.容易发泡的物料，宜选用填料塔。

2）下列情况优先选用板式塔：

a.塔内液体滞液量较大，操作负荷变化范围较宽，对进料浓度变化要求不敏感，操作易于稳定；

b.液相负荷较小；

c.含固体颗粒，容易结垢，有结晶的物料，因为板式塔可选用液流通道较大的塔板，堵塞的危险较小；

d.在操作过程中伴随有放热或需要加热的物料，需要在塔内设置内部换热组件，如加热盘管，需要多个进料口或多个侧线出料口。这是因为一方面板式塔的结构上容易实现，此外，

塔板上有较多的滞液以便与加热或冷却管进行有效地传热；

e.在较高压力下操作的蒸馏塔仍多采用板式塔。

板式塔塔盘的类型与选择

1）塔板种类

根据塔板上气、液两相的相对流动状态，板式塔分为穿流式和溢流式。目前板式塔大多采用溢流式塔板。穿流式塔板操作不稳定，很少使用。

2）各种塔盘性能比较

工业上需分离的物料及其操作条件多种多样，为了适应各种不同的操作要求，迄今已开发和使用的塔板类型繁多。这些塔板各有各的特点和使用体系，现将几种主要塔板的性能比较。

表8-3 塔板性能的比较

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塔盘类型	优点	缺点	适用场合
泡罩板浮阀板	较成熟、操作稳定	结构复杂、造价高、塔板阻力大、处理能力小	特别容易堵塞的物系
泡罩板浮阀板	效率高、操作范围宽	浮阀易脱落	分离要求高、负荷变化大
筛板	结构简单、造价低、塔板效率高	易堵塞、操作弹性较小	分离要求高、塔板数较多
舌型板	结构简单且阻力小	操作弹性窄、效率低	分离要求较低的闪蒸塔

表8-4 主要塔板性能的量化比较

塔板类型	生产能力	塔板效率	操作弹性	压降	结构	成本
泡罩板	1.0	1.0	5	1	复杂	1
浮阀板	1.2-1.3	1.1~1.2	9	0.6	一般	0.7-0.9
筛板	1.2-1.4	1.1	3	0.5	保护膜印刷简单	0.4-0.5
舌型板	1.3-1.5	1.1	3 收缩薄膜	0.8	简单	0.5-0.6

填料塔填料的选择

塔填料是填料塔的核心构件，它为气液两相间热、质传递提供了有效的相界面，只有性能优良的塔填料再辅以理想的塔内件，才有望构成技术上先进的填料塔。因此，人们对塔填料的研究十分活跃。对塔填料的发展、改进与更新，其目的在于改善流体的均匀分布，提高传递效率，减少流动阻力，增大流体的流动通量以满足降耗、节能、设备放大、高纯产品制备等各种需要。

背板制作

填料的几何特性数据主要包括比表面积、空隙率、填料因子等，是评价填料性能的基本参

数。

1）比表面积单位体积填料的填料表面积称为比表面积，以a表示，其单位为m2/m3。填料的比表面积愈大，所提供的气液传质面积愈大。因此，比表面积是评价填料性能优劣的一个重要指标。

2）空隙率单位体积填料中的空隙体积称为空隙率，以表示，其单位为m3/m3，或以%表示。填料的空隙率越大，气体通过的能力越大且压降低。因此，空隙率是评价填料性能优劣的又一重要指标。

3）填料因子填料的比表面积与空隙率三次方的比值，即3，称为填料因子，以表示，其单位为1/m。它表示填料的流体力学性能，值越小，表明流动阻力越小。

填料性能的优劣通常根据效率、通量及压降三要素衡量。在相同的操作条件下，填料的比表面积越大，气液分布越均匀，表面的润湿性能越好，则传质效率越高；填料的空隙率越大，结构越开敞，则通量越大，压降亦越低。国内学者采用模糊数学方法对九种常用填料的性能进行了评价如表所示：

表8-5 九种常用填料的性能对比

填料名称	评估值	评价	排序
丝网波纹填料	0.86	很好	1
孔板波纹填料金属Intalox 金属鞍形环	0.61	相当好	2
	0.59	相当好	3
	0.57	相当好	4
金属阶梯环金属鲍尔环	0.53	一般好	5
金属阶梯环金属鲍尔环	0.51	一般好	6
瓷Intalox	0.41	较好	7
瓷鞍形环	0.38	略好	8
瓷拉西环	0.36	略好	9

本文发布于:2024-09-21 17:36:20，感谢您对本站的认可！

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