基本介紹
- 中文名：分餾塔
- 外文名：fractionating tower
- 類型：冶金設備
- 工作原理：增大液相混合物的熱交換面積
- 布置原則：大部分為室外布置
- 套用學科：冶金術語
布置注意事項,分餾塔的布置,本體布置,其他設備布置,工作原理,操作指南,
布置注意事項
分餾塔系統包括分餾塔本體(一般稱保冷箱)，氨水預冷器組，加溫解凍系統及液氧系統等。該系統的設備大部分是室外布置。
分餾塔系統的布置一般注意事項如下所示：
（1）要考慮安全防火距離與安裝檢修場地。
（2）一些經常操作的室外設備須有安全可靠的梯子平台，例如加溫解凍系統的設備及閥門，空氣冷卻塔、水冷卻塔的窺視鏡，中壓貯氣器的進出口閥門處等部位。
（3）對一些室外設備的某些部位，如一次儀表元件，電機及其傳動部分，空氣冷卻塔、水冷卻塔的液面控制裝置，分餾塔主操作面及其主要閥門等處要有防止雨雪風沙侵襲的措施或行之有效的保溫防凍措施。
分餾塔的布置
本體布置
（1）根據操作實踐證明，小型空分設備的分餾塔不宜採取室外布置。因這些小型分餾塔的操作閥門、控制儀表等製造廠原設計都是就地工作的，冷箱結構也按室內安裝設計；若布置到室外時，反而要增加一系列措施而操作維護又不方便。
（2）室外安裝的分餾塔，其保冷箱與主控室之間的過道寬度可根據具體情況而定，一般不小於兩米。寬度太小時，將影響分餾塔基礎周圍排液管地溝及架空的氧、氮和空氣管道的布置，同時也影響分餾塔平台上一次儀表櫃的布置與人行暢通。兩套分餾塔之間的距離與車間內部設備布置方式有關，當為同類型設備集中布置時，分餾塔之間距離不宜過大。此外在分餾塔周圍布置設備時，仍應遵守在分餾塔四周至少在一側留有較大的空地的原則。
（3）分餾塔的立面布置，實際上決定於分餾塔基礎的作法。為了防止分餾塔正常或事故狀態下的冷損量通過基礎傳至下部土壤，使土壤凍結造成基礎的破壞事故。目前一般採用三種基礎形式，即地上帶通風孔式，地下集中通風孔式和地下實體式。
地上帶通風孔基礎的優點是操作靈活，正常情況下可借環境空氣在通風管內自然對流散冷而使基礎處於正溫或近似正溫中，如有需要時也可借強制循環的氣體輸入熱量。其缺點是由於基礎抬高造成機器間平台與主控室地坪之間的高差。一般要求基礎高出地面的高度不大於一米。
地下集中通風孔式基礎是利用氮氣或制動風機的空氣在通風孔內強制循環達到輸入熱量的目的。該型基礎的適應性強，強制循環的傳熱效果較好，但它也有不易檢查及冷損較大的缺點。
地下實體式基礎全部依靠隔冷層隔絕保冷箱內冷量的下傳。由於絕熱材料的導熱係數及隔冷層的施工情況等都不易達到理論上的要求，故某些廠的隔冷層雖厚達1.5米但仍不能使基礎下部土壤處於正溫；除了非凍脹性土壤外，一般不採用此種型式。
其他設備布置
（1）氮水預冷器組布置時應注意水冷卻塔排出的污氮已被水蒸氣所飽和，故排氣時水滴常隨污氮排出滴下或隨鳳飄揚，使分餾塔周圍經常處於淋雨和潮濕狀態，造成設備和管道鏽蝕。為避免此現象，應使水冷卻塔的污氮排出口處於下風方向。
（2）加溫系統配管複雜，風機運轉噪聲較大。一般情況下，風機宜與該系統的其他設備(如乾燥器、加熱器等)就地布置或布置在靠近該系統設備的付跨中，但不希望將風機置於主控室的樓下，以免運轉噪聲傳入主控室。當加溫系統採用羅茨風機時，應在風機吸入側及排出側裝設消音器，減少噪聲，此種消音器，國內已有系列產品可供選用。當兩套分餾塔合用一套加溫解凍系統時，宜把該系統布置在兩套分餾塔的中間。
（3）液氧系統應布置在靠近分餾塔的附近，以使管道的冷損最小。液氧管道應有良好的補償能力及隔冷層，隔冷材料不應採用可燃材料如瀝青礦渣棉之類。
液氧、液空排放坑宜設在分餾塔附近不影響空分基礎的一側，排放坑上應有密閉的蓋，並有一定高度的排放液氧蒸氣的引出管。
工作原理
（1）空氣分離的基本原理
低溫精餾是氣體分離的主要方法。它是先將氣體混合物冷凝為液體，然後再按各組分沸點的不同將它們分離。
（2）空氣的蒸發和冷凝過程
液化空氣的蒸發可以得到比液體原含氮量高的氣體，也可以得到比液體原含氧量高的富氧液體。
液化空氣的蒸發右有兩種情況：①蒸發的蒸氣在整個過程中小從容器中取出(簡單蒸發)，而是同原液體同時存在及相接觸；②蒸發的蒸氣從容器中部分地放出(分部蒸發)，放出的量可以是無限小。而空氣在街閉容器中等壓下的簡單冷凝過程，是上述蒸發過程的逆過程。
分析這種方式可知：採用簡單蒸發(冷凝)的方法是不能實現氧、氮分離的。
（3）空氣的分部蒸發(冷凝)過程
所謂分部蒸發是指液化空氣在蒸發過程中不斷地將蒸發的蒸氣引出，最後可獲得含氧量較高的液氧，實現空氣分離。而分部冷凝是分部蒸發的逆過程。採用這種方法可獲得數量極少濃度較高的液氧(氣氮)產品。
（4）分凝過程
如上如述，分部蒸發(冷凝)過程可以獲得數量很少濃度較高的液氧(氣氮)產品。分部蒸發是一個吸熱過程。而分部冷凝是一個放熱過程。如果把這兩個過程結合起來在同一個設備中進行，就可獲得高純度的氧和氮產品，這就是分凝過程。從理論上講，使用這種方法，氮氣產品的純度接近100%。但在實際過程中，僅用這種方法生產氮氣，其產品質量是不高的，這是因為，由於設備和時間、速度的影響，導致容器內液體空氣與氣體的質交換不能無限充分。
（5）空氣的精餾
①空氣的精餾過程
為了克服分凝過程的缺點，提高產品的純度，就必須增加氣液間進行質量和熱量交換的時間，這就提出了精餾的方法。所謂精餾就是把液體混合物同時並多次地部分汽化和部分冷凝的過程。使低沸點組分(氮)不斷地從液相蒸發到氣相中去，同時使高沸點組分(氧)不斷地從氣相冷凝到液相中，最後實現兩種組分的分離。這一過程可按如右圖所示的精餾過程簡圖來說明。
精餾過程示意圖
精餾過程示意圖②精餾塔的作用
右圖所示過程僅僅說明了精餾過程的基本概念，實際過程還要複雜些。為了使氣、液接觸後能接近平衡狀態，就必須要增大氣液接觸面積和增長接觸時間。為此，精餾過程一般是通過專門的設備即精餾塔來實現的。精餾塔為圓柱形簡體，其中設定許多層相互平行的塔板。目前在制氧機中所用的精餾塔主要是篩板塔。篩板塔的主要作用是使不平衡的蒸氣與液體在板卜進行熱質交換，並趨向平衡；使趨向平衡的蒸氣繼續L升，液體繼續下流，即把趨向平衡的兩相流分開，然後在相鄰的塔板上再進行新的接觸。
操作指南
如果將蒸氣凝成的液體重新蒸餾，即又進行一次氣液平衡，再度產生的蒸氣中，所含的易揮發物質組分又有增高，同樣，將此蒸氣再經冷凝而得到的液體中，易揮發物質的組成當然更高，這樣我們可以利用一連串的有系統的重複蒸餾，最後能得到接近純組分的兩種液體。 套用這樣反覆多次的簡單蒸餾，雖然可以得到接近純組分的兩種液體，但是這樣做既浪費時間，且在重複多次蒸餾操作中的損失又很大，設備複雜，所以，通常是利用分餾柱進行多次氣化和冷凝，這就是分餾。而分餾塔就是對混合揮發液體（例如石油）進行分餾的一種化工設備。
