精馏塔-正太压力容器-精馏塔的工作原理

   1、板式塔介绍

板式塔为逐级接触式气液传质设备，它主要由圆柱形壳体、塔板、溢流堰、降液管及受液盘等部件构成。

操作时，塔内液体依靠重力作用，由上层塔板的降液管流到下层塔板的受液盘，然后横向流过塔板，从另一侧的降液管流至下一层塔板。溢流堰的作用是使塔板上保持一定厚度的液层。

气体则在压力差的推动下，自下而上穿过各层塔板的气体通道(泡罩)、筛孔或浮阀等，分散成小股气流，鼓泡通过各层塔板的液层。在塔板上，精馏塔设备，气液两相密切接触，进行热量和质量的交换。在板式塔中，精馏塔，气液两相逐级接触，两相的组成沿塔高呈阶梯式变化，在正常操作下，液相为连续相，气相为分散相。

2、板式塔的塔板

板式塔的塔板可分为有降液管及无降液管两大类。有降液管的一般液体呈错流式，无降液管的液体呈逆流式。

错流式(左)和逆流式(右)

板式塔由塔板不同可以分为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、舌型板和斜孔板等等。其中以泡罩塔，浮阀塔和筛板塔在工业生产中使用为广泛。

工业生产对塔板的要求主要是：

①通过能力要大，即单位塔截面能处理的气液流量大。

②塔板效率要高。

③塔板压力降要低。

④操作弹性要大。

⑤结构简单，易于制造。在这些要求中，对于要求产品纯度高的分离操作，首先应考虑率;对于处理量大的一般性分离(如蒸馏等)，主要是考虑通过能力大。

3、板式塔内部原理

液体靠重力作用由顶部逐板流向塔底排出，并在各层塔板的板面上形成流动的液层;气体则在压力差推动下，由塔底向上经过均布在塔板上的开孔依次传播各层塔板由塔顶排出。

塔板上气液两相的接触状态是决定板上两相流流体力学及传质和传热规律的重要因素。当液体流量一定时，随着气速的增加，精馏塔，可以出现一下几种接触状态：

①鼓泡接触状态

②蜂窝状接触状态

③泡沫接触状态

④喷射接触状态

精馏塔理论塔板计算是精馏塔设计的重要环节，用于确定达到规定分离要求所需的理论塔板数，常见的计算方法有逐板计算法、图解法和简捷法。

逐板计算法：基于精馏段和提馏段的操作线方程以及相平衡方程，从塔顶或塔底开始，逐板计算气液相组成，直到达到规定的分离要求，每经过一次气液平衡计算，相当于经过一块理论塔板。该方法计算结果准确，但计算过程繁琐，适用于计算机编程计算。

图解法：在x -

y相图上绘制出相平衡曲线和操作线，通过在两条曲线之间作梯级来确定理论塔板数。图解法直观形象，精馏塔的工作原理，能清晰地展示精馏过程中气液相组成的变化，但精度相对较低，适用于初步设计和定性分析。

简捷法：利用吉利兰关联图或经验公式进行计算。先根据进料组成、分离要求等参数计算，再结合实际回流比，通过关联图或公式估算出所需的理论塔板数。简捷法计算简便快捷，但准确性稍差，常用于初步设计和方案比较。

在实际应用中，可根据具体情况选择合适的计算方法，必要时可将多种方法结合使用，以提高计算结果的准确性和可靠性。

判断精馏塔运行是否正常可从以下几个方面入手：

温度方面：精馏塔不同位置的温度是重要指标。塔顶温度应相对稳定且符合产品的沸点范围，若塔顶温度过高，可能是回流比过小，导致轻组分中重组分含量增加;温度过低则可能是回流比过大或塔顶冷却效果过强。塔釜温度也需稳定在一定范围，若塔釜温度过高，可能是加热量过大，易造成物料分解或结焦;温度过低则会使塔底产品中轻组分含量增加，影响分离效果。

压力方面：正常运行时，精馏塔内压力应保持稳定。压力波动可能由多种原因引起，如进料量、加热量的突然变化，或者塔顶冷凝器冷却效果不佳等。压力升高可能导致组分沸点升高，分离难度加大;压力降低则可能使轻组分过早汽化，影响产品质量。

液位方面：塔釜和塔顶的液位需保持在合适范围内。塔釜液位过高，会淹没再沸器，影响加热效果;液位过低则可能导致再沸器干烧，引发安全事故。塔顶回流罐液位过高，会使回流液流量不稳定;液位过低则可能无法提供足够的回流，影响精馏效果。

产品质量方面：定期对塔顶和塔釜产品进行质量分析，如通过气相色谱等手段检测产品的纯度和组分含量。若产品质量不符合要求，说明精馏塔的分离效果不佳，可能需要调整操作参数或检查设备是否存在故障。