超重力精餾設備包括精餾塔、再沸器和冷凝器等設備。主要設備是精餾塔,其基本功能是為氣液相提供充分接觸的機會(huì ),使傳熱和傳質(zhì)過(guò)程迅速而有效地進(jìn)行;并且使接觸后的氣、液兩相及時(shí)分開(kāi),互不夾帶。根據塔內氣、液接觸部件的結構形式,精餾塔可分為板式塔和填料塔兩大類(lèi)型。
(一) 板式塔的結構
超重力精餾設備板式塔通常是由一個(gè)呈圓柱形殼體及沿塔高按一定的間距水平設置的若干層塔板所組成,如圖10—17所示。在操縱時(shí),液體靠重力作用由頂部逐板向塔底排出,并在各層塔板的板面上形成活動(dòng)的液層;氣體則在壓力差的推動(dòng)下,由塔底向上經(jīng)過(guò)均布在塔板上的開(kāi)孔依次穿過(guò)各層塔板由塔頂排出。塔內以塔板作為氣液兩相接觸傳質(zhì)的基本構件。
產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)中的板式塔,常根據塔板間有無(wú)降液管溝通而分為有降液管及無(wú)降液管兩大類(lèi),用得zui多的是有降液管式的板式塔(如圖10—17所示),它主要由塔體、溢流裝置和塔板構件等組成。
(1)塔體通常為圓柱形,常用鋼板焊接而成,有時(shí)也將其分成若干塔節,塔節間用法蘭聯(lián)接。
(2)溢流裝置包括出口堰、降液管、進(jìn)口堰、受液盤(pán)等部件。
1)出口堰保證氣液兩相在塔板上有充分接觸時(shí)間,塔板上必須貯有一定量的液體。為此,在塔板的出口端設有溢流堰,稱(chēng)出口堰。塔板上的液層厚度或持液量很大程度上由堰高決定。生產(chǎn)中zui常用的是弓形堰,小塔中也有用圓形降液管升出板面一定高度作為出口堰的。
2)降液管降液管是塔板之間液流通道。也是溢流液中所夾帶氣體分離的場(chǎng)所。正常工作時(shí),液體從上層塔板的降液管流出,橫向流過(guò)塔板,翻越溢流堰,進(jìn)進(jìn)該層塔板的降液管,流向下層板。降液管有圓形和弓形兩種,弓形降液管具有較大的降液面積,氣液分離效果好,降液能力大,因此生產(chǎn)上廣泛采用。
為了保證液流能順暢的流人下層塔板,并防止沉淀物堆積和堵塞液流通道,降液管與下層塔板間應有一定的間距。為了保持降液管的液封,防止氣體由下層塔進(jìn)進(jìn)降液管,此間距應小于出口堰高度。
3)受液盤(pán)降液管下方部分的塔板通常又稱(chēng)為常駐液盤(pán)。有凹型及平型兩種,一般較大的塔采用凹型受液盤(pán),平型則就是塔板面本身。
4)進(jìn)口堰在塔徑較大的塔中,為了減少液體自降液管下方流出的水平?jīng)_擊,常設置進(jìn)口堰??捎帽怃摶颛?——10mm的圓鋼直接點(diǎn)焊在降液管四周的塔板上而成。為保證液流暢通,進(jìn)口堰與降液管間的水平間隔不應小于降液管與塔板之間距。
(3)塔板及其構件塔板是板式塔內氣、液接觸的場(chǎng)所,操縱時(shí)氣、液在塔板上接觸的好壞,對傳熱、傳質(zhì)效率影響很大。在長(cháng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中,人們不斷地研究和開(kāi)發(fā)出新型塔板,以改善塔板上的氣、液接觸狀況,進(jìn)步板式塔的效率。目前產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)中使用較為廣泛的塔板類(lèi)型有泡罩塔板、篩孔塔板、浮閥塔板等幾種,但泡罩塔已越來(lái)越少。
(二) 超重力精餾設備板式塔的類(lèi)型
(1)泡罩塔泡罩塔是隨產(chǎn)業(yè)蒸餾的建立而發(fā)展起來(lái)的,是應用zui早的塔型,其結構如圖10—18所示。塔板上的主要元件為泡罩,泡罩尺寸一般為80、100、150三種,可根據塔徑的大小來(lái)選擇,泡罩的底部開(kāi)有齒縫,泡罩安裝在升氣管上,從下一塊塔板上升的氣體經(jīng)升氣管從齒縫中吹出,升氣管的頂部應高于泡罩齒縫的上沿,以防止液體從中漏下,由于有了升氣管,泡罩塔即使在很低的氣速下操縱,也不致于產(chǎn)生嚴重的漏液現象。因此,該種塔運作很穩定并有完整的設計資料和部分標準。不足是結構復雜、壓降大、造價(jià)高,已逐漸被其他的塔型取代,新建塔很少再用此種塔板。
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(2)篩板塔篩板塔出現略遲于泡罩塔,與泡罩塔的差別在于取消了泡罩與升氣管,直接在板上開(kāi)很多的小直徑的篩孔。操縱時(shí),氣體高速通過(guò)小孔上升,板上的液體不能從小孔中落下,只能通過(guò)降液管流到下層板,上升蒸汽或泡點(diǎn)的條件使板上液層成為強烈攪動(dòng)的泡沫層。篩板用不銹鋼板制成,孔的直徑約為Ф8mm。篩板塔結構簡(jiǎn)單、造價(jià)低、生產(chǎn)能力大、板效率高、壓降低,隨著(zhù)對其性質(zhì)的深進(jìn)研究,已成為應用zui廣泛的一種。
(3)浮閥塔 浮閥塔是在第二次世界大戰后開(kāi)始研究。自20世紀50年代起使用的一種新型塔板。其特點(diǎn)是在篩板上每個(gè)篩孔處安裝一個(gè)可以上下浮動(dòng)的閥體,當篩孔氣速高時(shí),閥片被頂起而上升,氣速低時(shí),閥片因自重而下降。閥體可隨上升氣量的變化而自動(dòng)調節開(kāi)度,這樣可使塔板上進(jìn)進(jìn)液層的氣速不至于隨氣體負荷的變化而大幅度變化,同時(shí)氣體從閥體下水平吹出加強了氣液接觸。浮閥的形式很多。其中F—1型研究和推廣較早,如圖10—19所示。分輕閥和重閥兩種,輕閥重25g,由1.5mm薄板沖壓而成;重閥重33g,由2mm薄板沖壓而成。閥孔直徑39mm,閥片有三條帶鉤的腿,插進(jìn)閥孔后將其腿上的鉤扳轉90°,可防止被氣體吹走;此外,浮閥邊沿沖壓出三塊向下微彎的“腳”。當氣速低浮閥降至塔板時(shí),靠這三只“腳”使閥片與塔板間保持2.5mm左右的間隙。