甲醇精馏塔新型塔板及填料简介

精馏是甲醇生产的重要后处理工序 ,在甲醇生产中占据重要位置。甲醇精馏塔是精馏的核心设备 ,它与产品质量、收率、消耗定额“、三废”排放及处理等密切相关。甲醇精馏塔既可采用板式塔 ,也可采用填料塔。近年来 ,我国精馏塔内件技术有了长足发展 ,如导向筛板、新型垂直筛板、新型导向浮阀塔板及新型规整填料等技术开始被广泛采用。以下是几种新型精馏塔内件的介绍。

1     导向筛板

1 . 1       塔板结构

该技术由北京化工大学开发 ,发挥筛板塔板结构简单、造价低廉的特点 ,在筛板上开设了大量筛孔及少部分导向孔 ,以克服普通筛板漏液点高、效率较低的缺点 ,并结合了塔板上流体力学与传质学的研究成果 ,是一种新型塔板。

1 . 2       导向筛板的工作原理^{[ 1 ]}

导向筛板工作原理见图 1 。由于在筛板上开设了大量筛孔及少部分导向孔 ,气体通过筛孔时 ,在塔板上与液体错流 ,穿过液层垂直上升;而通过导向孔的气体 ,沿塔板水平前进 ,将动量传递给塔板上水平流动的液体。这样的双向流动 ,能够推动液体在塔板上均匀稳定前进 ,克服了普通塔板上的液面落差和液相返混 ,提高了生产能力和板效率 ,解决了堵塔、液泛等问题。另外 ,在传统塔板上 ,由于存在液面梯度 ,在塔板的上游总存着一个非活化区 ,在此区域内气流无法穿过液层而上升鼓泡 ,如对浮阀塔板 ,上游的几排浮阀无法打开 ,而对筛板塔板 ,上游的一个区域内无气泡鼓出。根据实验测定 ,非活化区的面积往往占塔截面积的 1/ 3 左右。导向筛板在液流入口处增加了向上凸成斜台状的鼓泡促进器 ,促使液体一进入塔板就能鼓泡 ,改善气液接触与传质状况。

图 1   导向筛板工作原理示意图

1 . 3       导向筛板的特点^{[ 2 ]}

1 . 3 . 1  生产能力大、效率高

该塔板克服了液流上游的非活化区、液相返混 ,提高了塔板效率; 消除了液面梯度 ,使得气速均匀;减小了雾沫夹带 ,提高了气速和生产能力。由于导向筛板效率高、回流比低 ,因而塔的负荷与生产能力可比传统塔板高出 50 %以上。

1 . 3 . 2  压降低

由于结构简单 ,气流通道顺畅 ,阻力降、压降比普通筛孔板分别低 20 %和 10 %左右。

1 . 3 . 3  结构简单 ,造价低廉

由于导向筛板只是在钢板上开些筛孔和导向孔 ,而无其他组件 ,结构简单 ,拆装方便 ,而造价只相当于泡罩塔板的 40 %～50 % ,浮阀塔板的 60 %～70%。

2     新型垂直筛板^{[ 2 ]}

2 . 1 塔板结构新型垂直筛板是在塔板上开设直径较大的升气孔 ,孔上设置圆筒形罩体 ,其侧壁上部开有筛孔 ,下端与塔板保持一定距离。该技术由河北工业大学研

制开发 ,是一种液相为分散相和气相为连续相的分离塔板。

2 . 2       新型垂直筛板的工作原理^{[ 3 ]}

传统的板式塔大多是以鼓泡状态完成气液传质和传热的 ,而新型垂直筛板是在高速喷射状态下进行气液接触 ,从帽罩喷射出来的液体分散成大量的小液滴 ,为气液接触提供了非常大的比表面积 ,传质效率大大提高。操作时 ,液体从底隙进入罩体 ,气体经升气孔进入罩体 ,其动能将液体拉成液膜并破碎成液滴 ,两相在罩体内进行传热传质 ,然后从筛孔喷出 ,气体上升 ,液体落回板面 ,液相在塔板上前进过程中 ,重复上述过程 , zui后由降液管流至下一层塔板。与一般鼓泡型板式塔相比 ,新垂直筛板塔的关键是连续相和分散相发生了相转变 ,即气相转为连续相 ,液相转为分散相 ,使相际面积明显增加 ,从而强化传质。

2 . 3       新型垂直筛板的主要特点^{[ 4 ]}

新型垂直筛板工作原理见图 2 。

图 2   新型垂直筛板工作原理示意图

1) 传质效率高、处理能力大。新型垂直筛板板孔气速高 ,气液接触是在气液剧烈碰撞、混合、喷射状况下进行的 ,罩内与罩外都是重要的气液传质区域 ,使塔板立体空间形成有效的传质区 , 塔板效率高 ,处理能力大。

2)  操作弹性高。该塔板的操作上限为雾沫夹带 ,操作下限为塔板漏液 ,操作弹性很大 ,与浮阀塔板相当。

3)  设备投资小 ( 低于规整填料) ,使用寿命长、易于检修。

3     新型组合导向浮阀塔板

新型导向浮阀塔板示意图见图 3 。

图 3   新型导向浮阀塔板示意图

3 . 1       塔板结构

组合导向浮阀塔板是一种新型浮阀塔板 ,是由华东理工大学开发的技术。其结构特征是: 塔板上配有矩形导向浮阀和梯形导向浮阀 ,并按一定比例组合而成;浮阀上设有导向孔 ,导向孔的开口方向与塔板上的液流方向一致。

3 . 2       工作原理^{[ 5 ]}

组合导向浮阀塔板的基本工作原理与常用的

F1 (V1) 型塔板类似 ,也是在塔板开孔上设有浮动的浮阀 ,浮阀可根据气体流量上下浮动 ,自行调节 ,使气缝速度稳定在某一数值。不同的是: 由于设有与

塔板上液流方向一致的导向孔 ,喷出的气体可以推动塔板液流动 ,从而可以消除液面梯度; 此外 ,由于梯形导向浮阀适当排布在塔板两侧的弓形区内 ,从梯形导向浮阀两侧流出的气体有向前的推力 ,可以加速该区域的液体流动 ,从而消除塔板上的液体滞止区。

3 . 3       新型组合导向浮阀塔板的主要特点^{[ 6 ]}

1)  塔板效率高。由于可消除塔板上的液面梯度、液体滞止区和液面梯度且液体返混很小 ,使塔板效率大大提高。

2)  浮阀不易脱落。由于矩形和梯形导向浮阀在操作中不转动 ,因而浮阀无磨损 ,不脱落 ,使塔板长期处于良好的工作状况。

3)  具有处理能力大、压降小、塔板效率高、操作弹性大等突出优点 ,与 F1 型浮阀塔板相比 ,塔板效率、处理能力可分别提高 15 %和 30 %以上 ,塔板压

降减少 20 %～30 %。

4     几种金属波纹规整填料

传统填料塔存在填料造价高、液体负荷小、传质效率低等缺点。随着新型规整填料的不断开发 ,具有生产能力大、分离效率高、压降小、持液量小、操作弹性大等优点的新型填料塔开始在甲醇精馏装置上广泛采用。

4 . 1       结构及工作原理

规整填料是一种在塔内按均匀几何图形排布 ,整齐堆砌的填料 ,它规定了气液流路 ,改善了沟流和壁流现象 ,压降可以很小 ,同时可以提供更大的比表

面积 ,从而达到更好的传质、传热效果。目前甲醇精馏中使用的规整填料绝大部分为波纹填料。

4 . 2       金属丝网波纹填料^{[ 7～9 ]}

金属丝网波纹填料是网波纹填料的主要形式 ,由金属丝网制成。其主要特点是: 理论板数高。理论板数随气体负荷的降低而增加 ,几乎没有低负荷极限 ,放大效应不明显;流通量大、塔体阻力小、压力降低;比表面积大 ,液体均布能力强 ,传质、传热效率高 ,操作弹性大 ,安装检修方便。与同等规模的板式塔相比 ,能使主精馏塔、预塔的塔高降低约三分之一。尽管其造价高 ,但因其性能优良仍得到了广泛的应用。

4 . 3       金属孔板波纹填料

该填料是板波纹填料的一种主要形式 ,又称麦勒派克填料 ,是在金属薄板表面打孔、轧制小纹、大波纹 ,zui后组装而成。波纹板片上冲压的小孔 ,可起到粗分配板片上的液体、加强横向混合的作用;而轧成的细小沟纹 ,可起到细分配板片上的液体、增强表面润湿性能的作用 ,特别适用于大塔径及气液负荷较大的场合。该填料保持了金属丝网波纹填料压降低、通量高、持液量低和几乎无放大效应等优点 ,增加了液体的均布和填料润湿性能 ,提高了传质效率和抗堵能力 ,造价却比丝网波纹填料低很多。

4 . 4       峰谷搭片式波纹填料

该填料是在常见波纹填料的基础上 ,在波纹填料的每一完整波纹棱线上分段间隔、反向进行切割和冲压 ,产生多个凹坑和切口 ,成为不完整的断续波纹。该填料每一周期的波峰上规则间断地开设截面积形状呈三角形的谷段 ,构成谷段的两个谷面为上小下大的梯形或平行四边形 ,谷段的深度小于 1/ 2波峰高度;而在每一周期波纹的波谷上规则间断地开设截面积形状呈三角形的峰段 ,构成峰段的两个峰面为上大下小的梯形或平行四边形 ,峰段的高度小于 1/ 2 波谷深度。该填料压降小、通量大、横向透气性好、分离能力较大、综合性能优良且易于制造 ,填料片之间不存在“互咬”现象 , 组盘安装 , 使用方

便 ,与常见波纹填料相比 , 效率高约 10 % , 通量大20 % ,压降小 30 % ,壁流减少 30 % ,综合性能更为优良。目前 ,国内一些大型甲醇项目的精馏塔已开始

采用这种填料。

4 . 5       组片式波纹填料和双向曲波填料

这两种填料均由天津大学开发。组片式波纹填料能使气液路流动*化 ,解决了效率与通量的矛盾。该填料的每一周期波纹由位于四个平面上的四个以上薄片相交所组成 ,其侧向投影形状为两条互相交错的波纹状折线。填料上均匀分布的平行四边形通道*取代了常见规整填料上的圆形通孔 ,不仅能节约材料 ,同时增加了比表面积。与普通波纹填料相比 ,分离效率约提高 10 % ,通量增大 20 % ,压

降降低 30 %以上。双向曲波填料是金属孔板波填料的进展 ,

其结构特点是: 通量更高 , 压降更低 , 与麦勒派克50 Y 填料相比 , 通量提高 25 %～50 % , 压降降低30 %～60 % ,显示出广阔的应用前景。