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1、规整填料塔的设计及精馏节能技术 主讲人：天津大学化工学院主讲人：天津大学化工学院 李凭力李凭力联系方式：联系方式：18602627238一、板式塔和填料塔的选型原则一、板式塔和填料塔的选型原则填料塔板式塔1、小塔用填料，大塔用塔盘、小塔用填料，大塔用塔盘 1000万吨/年炼油厂的减压塔采用规整填料，直径13700mm；100万吨/年乙烯装置油冷塔采用塔盘，直径13200mm；50万吨/年大颗粒尿素洗尘塔采用规整填料和塔盘复合，直径10000mm。一、板式塔和填料塔的选型原则一、板式塔和填料塔的选型原则2、高压塔用塔盘，低压和常压塔用塔盘或填、高压塔用塔盘，低压和常压塔用塔盘或填料，减压塔用填料
2、料，减压塔用填料 炼油厂液化气分离操作压力约1.7MPa，全部用塔盘；炼油厂吸收稳定系统操作压力0.9MPa，可以用规整填料，也可以用塔盘；甲醇精馏可以用规整填料，也可以用塔盘；炼油厂减压塔操作压力-0.098MPa，全部用规整填料。一、板式塔和填料塔的选型原则一、板式塔和填料塔的选型原则3、液体高喷淋密度用塔盘或散装填料，低、液体高喷淋密度用塔盘或散装填料，低喷淋密度用规整填料喷淋密度用规整填料 当液体喷淋密度超过20m3/m2时，最好不用规整板波纹填料，当液体喷淋密度超过15m3/m2时，最好不用BX规整丝网波纹填料，当液体喷淋密度超过10m3/m2时，最好不用CY规整丝网波纹填料。一、板
3、式塔和填料塔的选型原则一、板式塔和填料塔的选型原则一、板式塔和填料塔的选型原则一、板式塔和填料塔的选型原则4、要要求求压压降降小小的的用用填填料料，对对压压降降无无要要求求的的用塔盘用塔盘 减压塔、热敏性物料的分离、多效精馏(热耦合)、热泵精馏等要求全塔压降小，最好用填料。加压塔、低沸点热稳定性好的物料等对全塔压降无要求的，可以考虑用塔盘。一、板式塔和填料塔的选型原则一、板式塔和填料塔的选型原则5、要要求求投投资资少少的的用用塔塔盘盘，要要求求分分离离精精度度高高和难分离物系用高效规整填料和难分离物系用高效规整填料 板式塔造价低，填料塔造价高。当理论板数超过60时，板式塔的高度在60m以上，高
4、效规整填料塔高度在30m以下；当理论板数为150时，高效规整填料塔的高度在60m左右。二、填料类型及性能参数二、填料类型及性能参数-散装填料散装填料1、鲍尔环2、矩鞍环二、填料类型及性能参数二、填料类型及性能参数-散装填料散装填料二、填料类型及性能参数二、填料类型及性能参数-散装填料散装填料3、阶梯环阶梯环二、填料类型及性能参数二、填料类型及性能参数-散装填料散装填料4、扁环二、填料类型及性能参数二、填料类型及性能参数-散装填料散装填料5、拉西环拉西环二、填料类型及性能参数二、填料类型及性能参数-散装填料散装填料6、环三、填料类型及性能参数三、填料类型及性能参数-规整填料规整填料波纹填料理论板
5、数的经验估算公式 Y型 n=(a/100)0.8 X型 n=(a/100)0.80.7三、填料类型及性能参数三、填料类型及性能参数-规整填料规整填料三、填料类型及性能参数三、填料类型及性能参数-规整填料规整填料1、125Y(X)板波纹填料三、填料类型及性能参数三、填料类型及性能参数-规整填料规整填料1、125Y(X)板波纹填料三、填料类型及性能参数三、填料类型及性能参数-规整填料规整填料2、250Y(X)板波纹填料三、填料类型及性能参数三、填料类型及性能参数-规整填料规整填料2、250Y(X)板波纹填料三、填料类型及性能参数三、填料类型及性能参数-规整填料规整填料3、zhaopak250Y板波
6、纹填料三、填料类型及性能参数三、填料类型及性能参数-规整填料规整填料Zhaopak 250Y 压降压降-负荷曲线负荷曲线JKB 250Y 压降压降-负荷曲线负荷曲线3、zhaopak250Y板波纹填料 实验证明：zhaopak250Y填料压力降比JKB250Y降 低 了 3060%，通 量 比JKB250Y提高了25%50%通量比Mellapakplus 252Y提高5%以上。三、填料类型及性能参数三、填料类型及性能参数-规整填料规整填料3、zhaopak250Y板波纹填料三、填料类型及性能参数三、填料类型及性能参数-规整填料规整填料4、350Y(X)板波纹填料4、350Y(X)板波纹填料三、
7、填料类型及性能参数三、填料类型及性能参数-规整填料规整填料三、填料类型及性能参数三、填料类型及性能参数-规整填料规整填料5、500Y(X)板波纹填料三、填料类型及性能参数三、填料类型及性能参数-规整填料规整填料5、500Y(X)板波纹填料三、填料类型及性能参数三、填料类型及性能参数-规整填料规整填料6、BX丝网波纹填料三、填料类型及性能参数三、填料类型及性能参数-规整填料规整填料6、BX丝网波纹填料7、CY丝网波纹填料三、填料类型及性能参数三、填料类型及性能参数-规整填料规整填料7、CY丝网波纹填料三、填料类型及性能参数三、填料类型及性能参数-规整填料规整填料四、填料塔内件及作用1、填料支撑
8、栅板支撑：适用于规整填料，加钢板网可以用于散装填料四、填料塔内件及作用1、填料支撑驼峰支撑：适用于散装填料四、填料塔内件及作用2、填料压圈 栅板：适用于规整填料，加钢板网可以用于散装填料。四、填料塔内件及作用四、填料塔内件及作用3、液体分布器槽式液体分布器：优点是喷淋点多，重量轻四、填料塔内件及作用3、液体分布槽盘汽液分布器：槽盘分布器的特点槽盘分布器的特点:1、收集分布二合一，安装需要空间低；2、分布孔距底板有一定距离，抗堵塞；3、加抽出斗可以采出侧线；4、汽体和液体都可以得到均匀分布；5、导液管将液体引到汽体低速区，防雾沫夹带；6、汽体通道所占比例高，压降低。四、填料塔内件及作用四、填料塔
9、内件及作用3、液体分布盘槽分布器结构特点：槽盘/槽式液体分布器复合而成，一级槽兼做二级槽的调梁。一般适用于大塔。四、填料塔内件及作用4、汽体分布器双列叶片四、填料塔内件及作用4、汽体分布器双且向环流四、填料塔内件及作用带伞形导流器的辐射式进气分布器 带捕液吸能器的辐射式进气分布器4、汽体分布器辐射式进气分布器 填料材质主要是：金属(不锈钢、碳钢、钛材、哈氏合金)、陶瓷、石墨、塑料 内件材质主要是：金属(不锈钢、碳钢、钛材、哈氏合金)、玻璃钢、塑料 填料和内件材质主要根据用途和耐腐蚀性选择五、填料、内件的材质及选用原则1、塔高确定：根据理论版数、填料型号、分布器空间以及塔裙座高度等确定塔高。Y型
10、理论板数 n=(a/100)0.8 X型理论板数 n=(a/100)0.80.7 一般每层填料理论板数不超过20，每层填料高度不超过6m，最多不超过8m 填料依据分离精度、堵塞程度、处理能力等选型。六、填料塔的设计六、填料塔的设计六、填料塔的设计2、塔径确定：精馏和解吸板波纹填料喷淋密度不超过20，BX不超过15，CY不超过10，吸收时喷淋密度可以大些。不同型号规整填料的最大F因子如下。适宜操作的F因子应该比最大F因子小。型号125Y125X250Y250X350Y350X500Y500XBXCYFmax33.52.62.822.21.822.41.32.4六、填料塔的设计3、分布器选型原则：
11、要求喷淋点密度高时选用槽式分布器，塔内空间比较紧张并且有侧线抽出时选用槽盘分布器，大塔可以选用盘槽分布器。小塔选槽盘分布器或排管分布器。不同填料要求的喷淋点密度：CY填料要求250点/m2以上；250Y填料要求100点/m2以上。七、精馏节能技术1、热泵技术 热泵精馏是把塔顶蒸汽经压缩提高温度后给塔底再沸器加热或塔底物料经截流膨胀降温后冷却塔顶物料再经压缩升温后返回塔底的精馏过程。热泵精馏可以节省3060%的热量。被分离的物质沸点差较小时可以采用热泵技术。丙烷常压沸点-42.1，丙烯-47.72，炼油厂的丙烷-丙烯分离系统就采用了热泵精馏技术，操作压力在1.4MPa左右。塔顶气体直接压缩式热泵
12、精馏闪蒸再沸式热泵精馏七、精馏节能技术1、热泵技术间接式热泵精馏七、精馏节能技术2、多效精馏技术 多效精馏是以多塔代替单塔，各塔的能位级别不同，能位较高的塔排出的能量用于较低的塔，从而达到节能的目的。多效精馏将前级塔顶冷凝器与次级塔底再沸器合二为一，将前级塔顶蒸汽冷凝所放出的热量用作次级塔液的汽化，操作压力逐效降低，其原理与多效蒸发相同。多效精馏适用于沸点差不大的物系。多效精馏可以节能40%50%。七、精馏节能技术2、多效精馏技术 按进料方向与操作压力梯度划分，多效精馏可分为三类：多效平流(每塔均有进料)、多效顺流(从高压塔进料)和多效逆流(从低压塔进料)。七、精馏节能技术2、多效精馏技术 实
13、际生产中甲醇精馏采用了两效顺流流程，粗苯精制采用了两效逆流流程。甲醇多效精馏流程七、精馏节能技术2、多效精馏技术 粗苯精制多效精馏流程七、精馏节能技术3、中段换热技术 七、精馏节能技术3、中段换热技术 精馏过程设置中间再沸器及中间冷凝器，是顶底温差较大的精馏塔降低系统能耗的有效措施。在精馏段设置中间冷凝器，使塔内上升蒸汽部分冷凝，这样可以减少塔顶低温冷却介质的用量，并且能回收精馏段的热量。七、精馏节能技术3、中段换热技术 在提馏段设置中间再沸器，可利用温度较低的加热介质，使塔内下降液体部分汽化，从而可以减少塔底再沸器中高温加热介质的用量。一般采用中间冷凝器和中间再沸器对沸点差大的精馏操作尤为有
14、利。粗苯精制中采用了中段换热技术。七、精馏节能技术3、中段换热技术 七、精馏节能技术4、隔壁塔技术七、精馏节能技术4、隔壁塔技术七、精馏节能技术4、隔壁塔技术 隔壁塔节能的原因(1)避免了中间组分的返混效应。在常规两塔分离中，塔1提馏段内随着轻组分A浓度的降低，中间组分B的浓度逐渐增加，但在靠近塔釜处，由于重组分C浓度增加，B组分浓度在达到最大值后逐渐减小，即组分B在该塔中发生返混，这也是该塔分离效率较低的重要原因。在隔壁塔中，经预分离段分离后的A、B和B、C两组混合物进入主塔后做进一步分离，其中，B组分在塔中浓度达到最大时采出，这就有效避免了两塔流程中的返混现象。七、精馏节能技术4、隔壁塔技
15、术 (2)减小进料与进料板上物流组成不同引起的混合问题。在预分离段顶部和底部B组分的组成完全和主塔这2股物料进料板上的组成相匹配，符合最佳进料板的要求。研究表明，与两塔流程相比，隔壁精馏塔能耗降低30%左右，总设备投资降低30%左右。七、精馏节能技术 隔壁塔的适用范围：(1)中间组分B的质量分数超过20，特别是进料中B组分含量较高，轻重组分含量相当的物系。进料中B组分的质量分数达到2/3左右时，则是比较理想的物系。(2)由于采用隔壁塔分离3组分混合物是在同一塔设备内完成，故整个分离过程的压力不能改变。4、隔壁塔技术七、精馏节能技术4、隔壁塔技术焦化纯苯或含硫纯苯萃取精馏系统及其精制方法七、精馏
16、节能技术4、隔壁塔技术含硫甲苯的萃取精馏系统及其精制方法七、精馏节能技术5、减压精馏利用低品位热源 减压可以使塔内温度降低，可以利用相对低品位的热源；减压还可以使相对挥发度增大，回流比变小，降低能量消耗。对于共沸体系，通过减压，共沸组成改变，可以得到更高纯度的产品。七、精馏节能技术6、进料预热 用塔底出系统的物料预热进料，使进料达到进料板的温度，从而达到节能的目的。八、研究成果、获奖情况 2005年在高效规整填料精馏塔技术及应用方面获得国家科技进步二等奖；2004年在高效精馏塔技术方面获得天津市科技进步一等奖 2008年在淡液蒸馏方面获得纯碱协会科技进步二等奖八、研究成果八、研究成果、精馏方面
17、的专利萃取精馏粗苯精制7项专利：1、一种焦化粗苯的精制系统及其精制方法2、一种焦化纯苯或含硫纯苯的专用萃取精馏系统及其精制方法3、一种甲苯的精馏方法及设备4、一种焦化二甲苯的精制及从中提取苯乙烯的工艺5、焦化苯及含硫苯萃取精馏系统及其精制方法6、焦化纯苯或含硫纯苯萃取精馏系统及其精制方法7、含硫甲苯的萃取精馏系统及其精制方法八、研究成果八、研究成果、精馏方面的专利耐高温塑料填料专利2项：1、一种湿分解塔波纹填料板2、一种湿分解塔波纹填料板组多管塔专利2项1、填料多管塔的汽液分配锥2、一种填料多管塔的链接装置八、研究成果、精馏方面的专利其它专利：1、一种甲醇双多效精馏系统2、从生产糠醛的废水中回收醋酸的方法3、减压间歇精馏和闪蒸分离橙花醇和香叶醇的工艺4、添加络合剂的减压间歇精馏提纯乙酸芳樟酯的工艺5、采用反应精馏法生产糠醛的技术、精馏方面的论文1、丙烯精馏塔过程模拟2、常减压蒸馏装置减压深拔的研究3、喷射式分布器的设计4、喷射式分布器的冷模试验5、污水汽提装置模拟优化及改造6、常减压蒸馏装置的减压深拔7、反应精馏合成2羟丙基甲醚的研究8、微负压精馏法回收丙酮溶媒八、研究成果谢 谢！