甲醇精餾塔新型塔板及填料簡介

精餾是甲醇生產的重要后處理工序 ,在甲醇生產中占據重要位置。甲醇精餾塔是精餾的核心設備 ,它與產品質量、收率、消耗定額“、三廢”排放及處理等密切相關。甲醇精餾塔既可采用板式塔 ,也可采用填料塔。近年來 ,我國精餾塔內件技術有了長足發展 ,如導向篩板、新型垂直篩板、新型導向浮閥塔板及新型規整填料等技術開始被廣泛采用。以下是幾種新型精餾塔內件的介紹。

1     導向篩板

1 . 1       塔板結構

該技術由北京化工大學開發 ,發揮篩板塔板結構簡單、造價低廉的特點 ,在篩板上開設了大量篩孔及少部分導向孔 ,以克服普通篩板漏液點高、效率較低的缺點 ,并結合了塔板上流體力學與傳質學的研究成果 ,是一種新型塔板。

1 . 2       導向篩板的工作原理^{[ 1 ]}

導向篩板工作原理見圖 1 。由于在篩板上開設了大量篩孔及少部分導向孔 ,氣體通過篩孔時 ,在塔板上與液體錯流 ,穿過液層垂直上升;而通過導向孔的氣體 ,沿塔板水平前進 ,將動量傳遞給塔板上水平流動的液體。這樣的雙向流動 ,能夠推動液體在塔板上均勻穩定前進 ,克服了普通塔板上的液面落差和液相返混 ,提高了生產能力和板效率 ,解決了堵塔、液泛等問題。另外 ,在傳統塔板上 ,由于存在液面梯度 ,在塔板的上游總存著一個非活化區 ,在此區域內氣流無法穿過液層而上升鼓泡 ,如對浮閥塔板 ,上游的幾排浮閥無法打開 ,而對篩板塔板 ,上游的一個區域內無氣泡鼓出。根據實驗測定 ,非活化區的面積往往占塔截面積的 1/ 3 左右。導向篩板在液流入口處增加了向上凸成斜臺狀的鼓泡促進器 ,促使液體一進入塔板就能鼓泡 ,改善氣液接觸與傳質狀況。

圖 1   導向篩板工作原理示意圖

1 . 3       導向篩板的特點^{[ 2 ]}

1 . 3 . 1  生產能力大、效率高

該塔板克服了液流上游的非活化區、液相返混 ,提高了塔板效率; 消除了液面梯度 ,使得氣速均勻;減小了霧沫夾帶 ,提高了氣速和生產能力。由于導向篩板效率高、回流比低 ,因而塔的負荷與生產能力可比傳統塔板高出 50 %以上。

1 . 3 . 2  壓降低

由于結構簡單 ,氣流通道順暢 ,阻力降、壓降比普通篩孔板分別低 20 %和 10 %左右。

1 . 3 . 3  結構簡單 ,造價低廉

由于導向篩板只是在鋼板上開些篩孔和導向孔 ,而無其他組件 ,結構簡單 ,拆裝方便 ,而造價只相當于泡罩塔板的 40 %～50 % ,浮閥塔板的 60 %～70%。

2     新型垂直篩板^{[ 2 ]}

2 . 1 塔板結構新型垂直篩板是在塔板上開設直徑較大的升氣孔 ,孔上設置圓筒形罩體 ,其側壁上部開有篩孔 ,下端與塔板保持一定距離。該技術由河北工業大學研

制開發 ,是一種液相為分散相和氣相為連續相的分離塔板。

2 . 2       新型垂直篩板的工作原理^{[ 3 ]}

傳統的板式塔大多是以鼓泡狀態完成氣液傳質和傳熱的 ,而新型垂直篩板是在高速噴射狀態下進行氣液接觸 ,從帽罩噴射出來的液體分散成大量的小液滴 ,為氣液接觸提供了非常大的比表面積 ,傳質效率大大提高。操作時 ,液體從底隙進入罩體 ,氣體經升氣孔進入罩體 ,其動能將液體拉成液膜并破碎成液滴 ,兩相在罩體內進行傳熱傳質 ,然后從篩孔噴出 ,氣體上升 ,液體落回板面 ,液相在塔板上前進過程中 ,重復上述過程 , zui后由降液管流至下一層塔板。與一般鼓泡型板式塔相比 ,新垂直篩板塔的關鍵是連續相和分散相發生了相轉變 ,即氣相轉為連續相 ,液相轉為分散相 ,使相際面積明顯增加 ,從而強化傳質。

2 . 3       新型垂直篩板的主要特點^{[ 4 ]}

新型垂直篩板工作原理見圖 2 。

圖 2   新型垂直篩板工作原理示意圖

1) 傳質效率高、處理能力大。新型垂直篩板板孔氣速高 ,氣液接觸是在氣液劇烈碰撞、混合、噴射狀況下進行的 ,罩內與罩外都是重要的氣液傳質區域 ,使塔板立體空間形成有效的傳質區 , 塔板效率高 ,處理能力大。

2)  操作彈性高。該塔板的操作上限為霧沫夾帶 ,操作下限為塔板漏液 ,操作彈性很大 ,與浮閥塔板相當。

3)  設備投資小 ( 低于規整填料) ,使用壽命長、易于檢修。

3     新型組合導向浮閥塔板

新型導向浮閥塔板示意圖見圖 3 。

圖 3   新型導向浮閥塔板示意圖

3 . 1       塔板結構

組合導向浮閥塔板是一種新型浮閥塔板 ,是由華東理工大學開發的技術。其結構特征是: 塔板上配有矩形導向浮閥和梯形導向浮閥 ,并按一定比例組合而成;浮閥上設有導向孔 ,導向孔的開口方向與塔板上的液流方向一致。

3 . 2       工作原理^{[ 5 ]}

組合導向浮閥塔板的基本工作原理與常用的

F1 (V1) 型塔板類似 ,也是在塔板開孔上設有浮動的浮閥 ,浮閥可根據氣體流量上下浮動 ,自行調節 ,使氣縫速度穩定在某一數值。不同的是: 由于設有與

塔板上液流方向一致的導向孔 ,噴出的氣體可以推動塔板液流動 ,從而可以消除液面梯度; 此外 ,由于梯形導向浮閥適當排布在塔板兩側的弓形區內 ,從梯形導向浮閥兩側流出的氣體有向前的推力 ,可以加速該區域的液體流動 ,從而消除塔板上的液體滯止區。

3 . 3       新型組合導向浮閥塔板的主要特點^{[ 6 ]}

1)  塔板效率高。由于可消除塔板上的液面梯度、液體滯止區和液面梯度且液體返混很小 ,使塔板效率大大提高。

2)  浮閥不易脫落。由于矩形和梯形導向浮閥在操作中不轉動 ,因而浮閥無磨損 ,不脫落 ,使塔板長期處于良好的工作狀況。

3)  具有處理能力大、壓降小、塔板效率高、操作彈性大等突出優點 ,與 F1 型浮閥塔板相比 ,塔板效率、處理能力可分別提高 15 %和 30 %以上 ,塔板壓

降減少 20 %～30 %。

4     幾種金屬波紋規整填料

傳統填料塔存在填料造價高、液體負荷小、傳質效率低等缺點。隨著新型規整填料的不斷開發 ,具有生產能力大、分離效率高、壓降小、持液量小、操作彈性大等優點的新型填料塔開始在甲醇精餾裝置上廣泛采用。

4 . 1       結構及工作原理

規整填料是一種在塔內按均勻幾何圖形排布 ,整齊堆砌的填料 ,它規定了氣液流路 ,改善了溝流和壁流現象 ,壓降可以很小 ,同時可以提供更大的比表

面積 ,從而達到更好的傳質、傳熱效果。目前甲醇精餾中使用的規整填料絕大部分為波紋填料。

4 . 2       金屬絲網波紋填料^{[ 7～9 ]}

金屬絲網波紋填料是網波紋填料的主要形式 ,由金屬絲網制成。其主要特點是: 理論板數高。理論板數隨氣體負荷的降低而增加 ,幾乎沒有低負荷極限 ,放大效應不明顯;流通量大、塔體阻力小、壓力降低;比表面積大 ,液體均布能力強 ,傳質、傳熱效率高 ,操作彈性大 ,安裝檢修方便。與同等規模的板式塔相比 ,能使主精餾塔、預塔的塔高降低約三分之一。盡管其造價高 ,但因其性能優良仍得到了廣泛的應用。

4 . 3       金屬孔板波紋填料

該填料是板波紋填料的一種主要形式 ,又稱麥勒派克填料 ,是在金屬薄板表面打孔、軋制小紋、大波紋 ,zui后組裝而成。波紋板片上沖壓的小孔 ,可起到粗分配板片上的液體、加強橫向混合的作用;而軋成的細小溝紋 ,可起到細分配板片上的液體、增強表面潤濕性能的作用 ,特別適用于大塔徑及氣液負荷較大的場合。該填料保持了金屬絲網波紋填料壓降低、通量高、持液量低和幾乎無放大效應等優點 ,增加了液體的均布和填料潤濕性能 ,提高了傳質效率和抗堵能力 ,造價卻比絲網波紋填料低很多。

4 . 4       峰谷搭片式波紋填料

該填料是在常見波紋填料的基礎上 ,在波紋填料的每一完整波紋棱線上分段間隔、反向進行切割和沖壓 ,產生多個凹坑和切口 ,成為不完整的斷續波紋。該填料每一周期的波峰上規則間斷地開設截面積形狀呈三角形的谷段 ,構成谷段的兩個谷面為上小下大的梯形或平行四邊形 ,谷段的深度小于 1/ 2波峰高度;而在每一周期波紋的波谷上規則間斷地開設截面積形狀呈三角形的峰段 ,構成峰段的兩個峰面為上大下小的梯形或平行四邊形 ,峰段的高度小于 1/ 2 波谷深度。該填料壓降小、通量大、橫向透氣性好、分離能力較大、綜合性能優良且易于制造 ,填料片之間不存在“互咬”現象 , 組盤安裝 , 使用方

便 ,與常見波紋填料相比 , 效率高約 10 % , 通量大20 % ,壓降小 30 % ,壁流減少 30 % ,綜合性能更為優良。目前 ,國內一些大型甲醇項目的精餾塔已開始

采用這種填料。

4 . 5       組片式波紋填料和雙向曲波填料

這兩種填料均由天津大學開發。組片式波紋填料能使氣液路流動*化 ,解決了效率與通量的矛盾。該填料的每一周期波紋由位于四個平面上的四個以上薄片相交所組成 ,其側向投影形狀為兩條互相交錯的波紋狀折線。填料上均勻分布的平行四邊形通道*取代了常見規整填料上的圓形通孔 ,不僅能節約材料 ,同時增加了比表面積。與普通波紋填料相比 ,分離效率約提高 10 % ,通量增大 20 % ,壓

降降低 30 %以上。雙向曲波填料是金屬孔板波填料的進展 ,

其結構特點是: 通量更高 , 壓降更低 , 與麥勒派克50 Y 填料相比 , 通量提高 25 %～50 % , 壓降降低30 %～60 % ,顯示出廣闊的應用前景。