產(chǎn)品介紹

填料塔是一種常見(jiàn)的化工設(shè)備，用于進(jìn)行氣體和液體的傳質(zhì)和反應(yīng)。它由一個(gè)塔身和內(nèi)部填料組成，通過(guò)氣液分布器將氣體和液體均勻地分布在填料上，以增加氣液接觸面積，提高傳質(zhì)效果。

填料塔的設(shè)計(jì)和選擇填料種類非常重要，它們直接影響塔的傳質(zhì)效率和能耗。常見(jiàn)的填料種類有環(huán)形填料、波紋填料和球狀填料等。填料的選擇要考慮氣液流量、粘度、表面張力等因素，以及填料間的堵塞和液體振蕩等問(wèn)題。

在填料塔中，氣液分布器起著至關(guān)重要的作用。它能夠?qū)⑦M(jìn)入塔的氣體和液體均勻地分布到填料上，以使氣體和液體充分接觸。常見(jiàn)的氣液分布器有噴嘴式、槽式和盤式等。噴嘴式氣液分布器通過(guò)噴嘴將氣體和液體噴射到填料上，槽式氣液分布器通過(guò)槽和孔將氣體和液體均勻分布在填料上，而盤式氣液分布器則通過(guò)盤和孔將氣體和液體分布在填料上。選擇適合的氣液分布器可以提高填料塔的傳質(zhì)效率和穩(wěn)定性。

此外，填料塔還需要考慮液體收集和排除的問(wèn)題。在塔頂部設(shè)置液體收集器和排液管道，可以將頂部液體收集并排除，以保持塔內(nèi)液位的穩(wěn)定。

填料塔在化工生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用，如石油煉制、化學(xué)品生產(chǎn)等領(lǐng)域。它的設(shè)計(jì)和優(yōu)化可以提高生產(chǎn)效率和降低能耗，對(duì)于實(shí)現(xiàn)工藝優(yōu)化和節(jié)能減排具有重要意義。隨著科技的不斷進(jìn)步，填料塔的設(shè)計(jì)和運(yùn)行也在不斷改進(jìn)，以滿足不同工藝和生產(chǎn)需求。

填料塔作為一種重要的化工設(shè)備，其設(shè)計(jì)和運(yùn)行對(duì)于化工生產(chǎn)具有重要的意義。通過(guò)合理選擇填料和氣液分布器，并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和操作，可以提高填料塔的傳質(zhì)效率和穩(wěn)定性，進(jìn)而提高生產(chǎn)效率和降低能耗，為化工行業(yè)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

填料塔氣液分布器優(yōu)化設(shè)計(jì)

1 填料塔氣液分布器優(yōu)化設(shè)計(jì)原則

目前，填料塔中常用的氣液分布器有數(shù)十種，隨著填料塔技術(shù)的發(fā)展，它們也在不斷改進(jìn)和發(fā)展。其中，槽式、管式、噴嘴式和盤式是在填料塔中應(yīng)用較廣泛的氣液分布器類型。然而，目前國(guó)內(nèi)外尚未形成一個(gè)完善的氣液分布器優(yōu)化設(shè)計(jì)指導(dǎo)原則，導(dǎo)致填料塔硬件優(yōu)化效率相對(duì)較低。造成這種情況的主要原因可以歸結(jié)為以下兩點(diǎn)：，由于需要保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)和經(jīng)濟(jì)利益，各個(gè)公司通常不愿意公開(kāi)其高水平的專利氣液分布器設(shè)計(jì)；第二，國(guó)際上還沒(méi)有一個(gè)具有足夠權(quán)威的機(jī)構(gòu)來(lái)領(lǐng)導(dǎo)制定一個(gè)優(yōu)化硬件模型。因此，目前需要在填料塔氣液分布器的設(shè)計(jì)和優(yōu)化方面加強(qiáng)研究，以提高填料塔的效率和性能。

2 填料塔氣液分布器優(yōu)化設(shè)計(jì)原則詳解

2.1 塔頂回流槽優(yōu)先、抗堵槽盤或噴嘴
為了避免堵塞和液沫挾帶，填料塔塔頂回流分布器應(yīng)優(yōu)選帶有管式預(yù)分布器的二級(jí)槽式液體分布器。這種設(shè)計(jì)可以方便安裝和檢修，并有效防止液沫挾帶。其他類型的液體分布器不適合此方式，例如槽盤式和篩孔盤式液體分布器需要更高的安裝空間和額外的人孔，而管式液體分布器的液體均勻性較差，噴嘴式液體分布器容易產(chǎn)生液沫挾帶，增設(shè)捕沫器會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)復(fù)雜化。

2.2 抗堵槽盤或噴嘴
如果某一段填料的液體分布器容易堵塞，優(yōu)選槽盤式氣液分布器或螺旋噴嘴式液體分布器。槽盤式氣液分布器是一種重力式液體分布器，它解決了空間高度不足和堵塞的問(wèn)題。由于噴淋孔位于升氣管的上部，設(shè)計(jì)液位只能在小孔上方，因此重臟物沉積在盤底，小孔以下的空間可存放大量重臟物，而輕臟物漂浮在液層表面，小孔很難被堵塞。螺旋式液體分布器是一種壓力式液體分布器，快速流動(dòng)的液體使其具有抗堵塞的能力。

需要注意的是，如果液體經(jīng)常發(fā)生聚合或縮聚，槽盤式氣液分布器的噴淋孔也容易堵塞，此時(shí)需要改用噴嘴式液體分布器。

2.3 集液布液出側(cè)線，優(yōu)選槽盤是關(guān)鍵
在常減壓蒸餾裝置中的減壓塔和常壓塔都是多側(cè)線塔。以往，多側(cè)線塔通常使用集油箱來(lái)收集液體和采出側(cè)線，液體分布采用二級(jí)槽式液體分布器。

我們之所以選擇槽盤式氣液分布器，是因?yàn)樗瑫r(shí)具備槽式液體分布器和集油箱的功能。它可以實(shí)現(xiàn)液體收集、液體分布、氣體分布和側(cè)線采出四種功能，并且占用空間較少，投資成本較低，因此具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
2.4 液位太低難以控制，外流盤槽換槽盤
對(duì)于常減壓蒸餾裝置中的減壓塔來(lái)說(shuō)，減壓塔的分餾段噴淋液體通常具有較低的密度，甚至低至0.3～1.2m3/(m2·h)，噴淋孔上的液位高度只有20～40mm。在這種情況下，槽盤式氣液分布器的側(cè)線采出量會(huì)稍微增加，噴淋孔上的液位會(huì)迅速下降。這會(huì)導(dǎo)致噴淋密度減小，容易出現(xiàn)填料“干板”的現(xiàn)象，較終導(dǎo)致堵塞。因此，如果槽盤式氣液分布器的液位高度不足，將給控制帶來(lái)很多困難。

為了確?；亓髁康姆€(wěn)定，可以將槽盤式氣液分布器改為盤槽式氣液分布器，并將已采出的液體分離一部分，以外回流的方式定量地送回盤槽式氣液分布器，然后均勻分布到下部填料上。這樣可以進(jìn)一步提高回流量的穩(wěn)定性。
2.5 集液分布無(wú)側(cè)線，篩盤和槽盤的選擇
乙苯/苯乙烯分餾塔采用的是中部進(jìn)料的方式，產(chǎn)品通過(guò)塔頂和塔底放出。整個(gè)過(guò)程中沒(méi)有采用側(cè)線采出，填料塔共有六七段填料層，是典型的多段填料塔。在塔頂設(shè)置了槽式液體分布器作為回流分布器，其他部分的集液-再分布器采用槽盤式或篩孔盤式液體分布器。這兩種分布器在液體收集效果上比采用"二級(jí)槽式液體分布器和斜板式收集器"更好，同時(shí)在氣體分布方面更均勻，所占用的空間高度更低，成本也更少。
2.6 循環(huán)優(yōu)先選熱段，優(yōu)選盤槽以及噴嘴盤槽管
在填料塔中，常常使用循環(huán)選熱段。例如，在煉油裝置中的常減壓蒸餾塔中有減一中循環(huán)段、減二中循環(huán)段、常一中循環(huán)段、常二中循環(huán)段；在乙烯汽油分餾塔中有急冷油循環(huán)段、中質(zhì)油循環(huán)段等。在過(guò)去，這些循環(huán)段通常采用集油箱加上二級(jí)槽式液體分布器的方式。然而，這種形式存在一些問(wèn)題，例如占用空間高度過(guò)高且未能充分發(fā)揮淋降傳熱作用。

隨著科技的發(fā)展和技術(shù)水平的提高，出現(xiàn)了盤槽式和盤槽管式氣液分布器，完全取代了傳統(tǒng)的集液盤加二級(jí)槽式液體分布器的模式。盤槽式和盤槽管式氣液分布器具有占用空間高度低且能充分發(fā)揮淋降傳熱作用的優(yōu)勢(shì)。例如，在大港準(zhǔn)8200燃料油型減壓塔的生產(chǎn)過(guò)程中，1米高的淋降空間就能產(chǎn)生約10℃的傳熱溫差。

因此，盤槽式和盤槽管式氣液分布器的應(yīng)用使得填料塔中的循環(huán)選熱段能夠更加高效地運(yùn)行。
2.7 小采下邊設(shè)循環(huán)，新薦環(huán)槽共槽盤
在填料塔的下部需要設(shè)置集液器，從中采出一部分液體（約5~10%）。如果還需要在集液器下方增設(shè)循環(huán)取熱段，較好選擇槽盤和環(huán)槽相結(jié)合的方式。例如，在乙烯裝置汽油分餾塔的分餾段下方需要采出一定量的柴油，這時(shí)就需要設(shè)計(jì)集液器。在該集液器的下方有中質(zhì)油循環(huán)段的液體分布器，根據(jù)相關(guān)原則需要選擇盤槽式氣液分布器。這種分布器既可以全集液而只采出其中一部分，又可以進(jìn)行液體的混合和再分布。由于側(cè)線采出量很小（約5%左右），所以不需要采用全集液型的液體收集器，只需要設(shè)計(jì)一個(gè)占集液量約20%的環(huán)槽即可滿足采出的需求。然后只需在下方增設(shè)一個(gè)槽盤式氣液分布器，這樣能大大簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。
2.8 填料上面是塔盤，優(yōu)選盤槽、盤槽管
塔盤/填料的復(fù)合塔在應(yīng)用中非常廣泛。在過(guò)去，較常用的是二級(jí)槽式液體分布器，直到盤槽式氣液分布器和盤槽管式氣液分布器相繼出現(xiàn)后，才取代了二級(jí)槽式液體分布器，成為這種情況下的較佳選擇。
2.9 填料下面是塔盤，梁掛一盤挺圓滿
對(duì)于填料/塔盤復(fù)合塔，在全塔理論板數(shù)不足時(shí)，較佳的方式是在支撐填料的工字鋼梁的下橫翅上添加一層塔盤，并且添加的塔盤要與下面的塔盤相匹配。
2.10 常規(guī)盤下穿流板，連創(chuàng)盤槽、盤槽管

在某些情況下，在板式塔中可能會(huì)出現(xiàn)常規(guī)塔盤/穿流塔盤的復(fù)合塔盤。當(dāng)全塔的設(shè)計(jì)理論板數(shù)不足時(shí)，可以考慮在兩塊塔盤之間增設(shè)一個(gè)液體分布器。例如，在設(shè)計(jì)汽油分餾塔時(shí)，為了確保常規(guī)塔盤板及降液管不被分餾段下部的聚合物堵塞，將下面的幾層塔盤換成了穿流篩板，從而形成了穿流篩板與浮閥塔盤的復(fù)合塔盤。在這種情況下，盤槽式氣液分布器和盤槽管式氣液分布器這兩種技術(shù)相繼出現(xiàn)，其中，盤槽式氣液分布器目前已廣泛應(yīng)用于減壓塔的循環(huán)段中。
2.11 設(shè)計(jì)改造節(jié)空間，新連通槽有新效
長(zhǎng)久以來(lái)，針對(duì)理論板數(shù)較高的精餾塔，一直追求節(jié)省空間高度的集液再分布器，以降低塔高為目標(biāo)。新連通槽式液體分布器應(yīng)運(yùn)而生，正是在這種要求下誕生的。

傳統(tǒng)的連通槽式液體分布器雖然具有占用空間高度不高的優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)是它不能收集液體。

新連通槽式液體分布器在保留傳統(tǒng)連通槽式液體分布器功能的同時(shí)，增加了收集液體的功能。它主要用于液體的收集和再分布、側(cè)線采出以及液體進(jìn)料等。
2.12 閃蒸進(jìn)料屬高難，管式、槽式麻煩多
在填料塔的閃蒸進(jìn)料中，常常會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)問(wèn)題：①液沫挾帶現(xiàn)象嚴(yán)重；②液體難以均勻分布。

如果選擇排管式液體分布器，其存在較大的壓力下降，并且液體分布不均勻。即使改用帶有閃蒸室的槽式液體分布器，在槽的上部設(shè)置多孔閃蒸室，仍然難以有效阻止液體飛濺，液體位置不穩(wěn)定，難以均勻分布。在嚴(yán)重情況下，甚至可能將槽沖翻。這種現(xiàn)象在工程實(shí)踐中經(jīng)常發(fā)生。

目前常用的解決方法是在液體分布器的下部設(shè)置槽盤式氣液分布器或篩孔盤式液體分布器，并在上部添加用于氣液初始分布的分布器。如果條件允許，還可以在塔的外部設(shè)置一個(gè)閃蒸罐，使氣液分別閃蒸后再進(jìn)入塔內(nèi)，可以發(fā)揮更好的效果。

3 填料塔氣液分布器優(yōu)化設(shè)計(jì)原則的工業(yè)應(yīng)用

如果一項(xiàng)新發(fā)明具有良好的實(shí)用效果，那么它必定會(huì)得到廣泛應(yīng)用。在現(xiàn)代社會(huì)高度重視創(chuàng)新科技的背景下，填料塔氣液分布器優(yōu)化設(shè)計(jì)原則的推廣無(wú)疑將為我國(guó)的科技發(fā)展做出巨大貢獻(xiàn)。

在1990年之前，減壓塔中的液體分布器基本上只有兩種形式：噴嘴和二級(jí)槽式液體分布器。然而，1990年后，槽盤式氣液分布器成功應(yīng)用于減壓塔中。

自2004年盤槽式氣液分布器成功應(yīng)用于減壓塔之后，減壓塔的氣液分布器開(kāi)始按照優(yōu)化設(shè)計(jì)原則進(jìn)行改進(jìn)。減壓塔的液體分布器可以分為三種形式：二級(jí)槽式液體分布器（頂循環(huán)段）、槽盤式氣液分布器（各分餾段、凈洗段、氣提段）、盤槽式氣液分布器（減一中、減二中）。

為了進(jìn)一步發(fā)展和提升塔器技術(shù)，迫切需要進(jìn)行塔器硬件系列優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究工作。填料塔氣液分布器優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要目的是為塔器硬件的優(yōu)化提供基礎(chǔ)，并在一定程度上促進(jìn)氣液分布器行業(yè)的發(fā)展。它與工藝模擬軟件有很多相似之處，都能對(duì)塔器工程技術(shù)的現(xiàn)代化發(fā)展起到積很作用。