精馏塔设备的设计与节能研究进展

郭娟娟

滨化集团股份有限公司 山东滨州 256600

1 精馏原理概述及精馏塔设计

1.1 精馏原理概述

由于混合物中各组分的挥发性能不一样，通过回流液体和气相逆转多级接触，热能驱动和相平衡对其进行了约束，容易挥发的组分就会从液相转移到气相中，但是难挥发组分是从气相转移到液相，这样就可以分离混合物，这个过程就是精馏过程。原料进入精馏塔后，塔身上部为精馏段，下部为精馏段[1]。

1.2 精馏塔设计

（1）塔板设计。由于塔板具有显著的导向作用，有助于传质效率的提升，因此在设计精馏塔中的塔板部分时，需根据工艺需要选择具有较高的组合设计效率，可在一定程度上提升生产效率的塔板形式。塔板按塔板结构分泡罩板、筛板、浮阀板、网孔板、舌形板等，常用的各种塔板性能比较见表1。

表1 常见塔板的性能比较

各种塔板优缺点及适用范围比较见表2：

表2 各种塔板优缺点及使用范围

（2）填料处理和设计。填料塔的核心组成是填料，其为气液两相的接触形成了传质相界面，对填料塔性能起到决定性的作用。

①乱堆填料具有几何形状和尺寸，它是一种颗粒体。在塔内，将它用散装的方式堆积起来。常见的散装填料有环形填料[2]、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料，这些填料是按照期结构进行分类的。经常使用的散装填料主要有：拉两环填料，鲍尔环填料，阶梯环填料，弧鞍填料，陶瓷拉西环填料，具有大通量、小压降等优点，被广泛的应用。

②规整填料是一种按均匀几何形状排列在塔内的填料。填料的特点是规定了气液两相的流径，使得填料层内的气液分布得到了改善。

格栅填料是由条状单元体按一定的规则构成，其结构由于条状单元体的形式和组合规则的不同而不同，因此其结构的种类多。木格栅填料是工业上应用最早的格栅填料。这种填料中，使用做广泛的有格里奇格栅填料、网孔格栅填料等，这些填料中最有代表性的是格里奇格栅填料，这种填料有较低的比表面积，主要用于低压降、大负荷和堵塞。

通用型规整填料中常见的是波纹填料，大多数工业中用到的规整填料都属于这种类型。波纹填料是一种圆盘状填料，由很多的波纹薄板构成。波纹与塔轴可以形成30。和45。的倾角，相邻两波纹板在组装时，其反向靠叠，在塔内将每个盘填料进行垂直安装，相邻两盘填料进行90 度交错的排列。这样排列可以使得其结构变得紧凑，具有较大的比表面积，比表面积可根据瓦楞结构的形状进行调整。相邻的两个填料盘相互垂直，使得上升气流不断改变方向，下沉液不断重新分布，增大了传质的效率。规则的填料布局减少了流动阻力，提高了处理能力。

脉冲填料是一种由缩颈单空心棱镜按一定方式组装而成的规整填料。脉冲填料组装完成后，将形成具有收缩颈的多孔棱形通道，其纵向流动通道将交替收缩和扩张。在颈段，气速较快，湍流较剧烈，使得传质得到强化。在放大段中，通过减小气速实现两相分离。“脉冲”的传质过程是通过交替重复的通道收缩和扩张来实现的。

2 精馏塔设备节能设计要点

2.1 分壁精馏工艺

分壁精馏属于一种新型精馏设备。分壁精馏能够有效提升能源应用效率，在具体运行期间，设备不会出现太多的热损失，能够显著提升工作效率[3]。

2.2 反应精馏与分隔壁精馏塔耦合设计

反应精馏隔壁塔大幅度减少了流程，将能耗降低，投资减少，选择性更高。国外有学者基于反应速率展开反应精馏隔壁塔内模拟，该反应系统具有低选择性、高转化率，通过隔壁塔技术的应用，可使选择性、分离能力得到有效提升。

3 结语

精馏塔设计的优劣能在极大程度上决定能源损耗，因此要对其的设计给予足够的重视。当前时代下，信息技术得到了快速发展，精馏塔设计由以往的手工设计与计算，逐渐被计算机信息技术所取代，因而精馏塔节能设计也得到了优化。