蒸餾塔

蒸餾塔是稀有金屬鈦等材料及其合金材料製造的化工設備具有強度高、韌性大、耐高溫、耐腐蝕、比重輕等特性；因此被廣泛套用與化工、石油化工、冶金、輕工、紡織、制鹼、製藥、農藥、電鍍、電子等領域。

基本介紹

• 中文名：蒸餾塔
• 外文名：Distillation tower
• 性質：化工設備
• 具有：強度高、韌性大
• 套用：化工、石油化工、冶金

原理及分類

塔設備種類繁多，蒸餾塔是進行蒸餾的一種塔式氣液接觸裝置。有板式塔與填料塔兩種主要類型。板式塔與填料塔的比較是個複雜的問題，涉及的因素很多，選型時應考慮物料性質、操作條件、塔設備的性能，以及塔
設備的製造、安裝、運轉和維修等。蒸餾塔蒸餾原理是將液體混合物部分氣化，利用其中各組分揮發度不同的特性，實現分離。塔釜為液體，塔頂餾出氣體。

蒸餾塔的工作原理並非只局限於提純酒精。蒸餾塔的功能主要是為了分離混合液體，利用不同液體在不同條件下，如溫度不同，揮發性（沸點）不同的原理進行液體分離，從而達到提純效果。蒸餾塔主要分為板式塔與薄膜式塔。板式塔比較常見，其構造可分為板、重沸器、冷凝器三個部分。

板式蒸餾塔設計

一、塔高

板式塔的塔高由主體高度、頂部空間高度、底部空間高度以及裙座高度等部分組成。

蒸餾塔

1、主體高度

板式塔主體高度為從塔頂第一層塔盤至塔底最後一層塔盤之間的垂直距離。蒸餾操作常用理論塔板數的多少來表述塔的高低。確定塔板效率，從理論塔板數求得實際塔板數，再乘以塔板間距，即可求得板式塔的主體高度。

2、頂部空間高度

板式塔頂部空間高度是指塔頂第一層塔盤至塔頂封頭切線的距離。為了減少塔頂出口氣體中夾帶的液體量，頂部空間一般取 1.2—1.5m。有時為了提高產品質量，必須更多地除去氣體中夾帶的霧沫，則可在塔頂設定除
沫器。如用金屬除沫器，則網底到塔盤的距離一般不小於塔板間距。

3、底部空間高度

板式塔的底部空間高度是指塔底最末一層塔盤到塔底下封頭切線處的距離。當進料系統有 15min 的緩衝餘量時，釜液的停留時間可取3~5min，否則須取15min。但對釜液流量大的塔，停留時間一般也取3~5min；對於易結焦的物料，在塔底的停留時間應縮短，一般取1~1.5min。據此，根據釜液流量、塔徑即可求出底部空間高度。塔釜底部空間提供氣液分離和緩衝的空間。

4、裙座高度

塔體常由裙座支承，有時也放在框架上用支耳支承。裙座高度是指從塔底封頭切線到基礎環之間的高度，由工藝條件確定。

(1)泵需要的淨正吸入壓頭按塔釜的低液面進行計算。立式熱虹吸式再沸器真空操作，需要塔裙座的高度較高。

(2)再沸器安裝高度、長度等。

二、 立式熱虹吸再沸器入塔口

1、管口方位

(1)再沸器入塔口最好與最下一層塔盤的降液板平行安裝。若因塔的布置及配管等原因不能平行安裝時，必須考慮安裝擋板。

(2)再沸器入塔口要注意人塔物流不得妨礙底部受液盤內的液體流出。

(3)如果是過熱蒸汽入塔，為防止降液管內的液體受熱而部分汽化，過熱蒸汽入口管不宜放在降液管的旁邊。

2、管口高度

管口高度應考慮：

(1)熱虹吸再沸器入塔口連線在塔底部最下一層塔板下一定的距離。這個距離應能提供熱虹吸再沸器氣液相混合物(一般其氣相質量分率占百分之五到百分之而是)氣液相分離、氣相在最下一層塔板再分布的氣相空間即可。根據經驗，通常熱虹吸再沸器入塔口距離上部塔盤的距離是一個多板間距，500mm左右，一般不超過800mm。

(2)高於塔釜液位上限。熱虹吸再沸器的推動力是密度差，通常熱虹吸再沸器入口與熱虹吸再沸器人塔口的密度差並不很大，推動力較小，如果返回口在液相區，就會加大阻力，使再沸器的流動性變差，影響到換熱效果。另外，也造成液位不穩定，並且再沸器出口氣液混合物衝破液層，有時會產生很大力量，損壞塔板和內件。

(3)立式熱虹吸再沸器的布置及配管要求。立式熱虹吸再沸器安裝時其列管束上端管板位置與塔釜正常液面相
平，立式熱虹吸再沸器至塔釜的連線管道應儘量短，不允許有袋形，一般不設閥門。

三、液位計口

(1)液位計上方接管擋板

為了監視、調整釜內液量，塔釜上一定要設定一對液位計接口。其中上方接管口直接接在塔壁時，由於再沸器返回物料及沿塔壁下降液體等流入液面計的影響，會造成讀數不準。須在上方接管處設定擋板，以使液面顯示
準確、穩定。

(2)操作液位

塔操作時塔釜液位通常有正常液位、最低液位和最高液位。在有聯鎖控制時，還設有高高液位和低低液位。液位需要根據底部空間高度確定原則來確定。正常液位一般在最高液位的百分之五十到百分之六十。

(3)液位計長度

塔釜液位計長度應涵蓋操作過程中各種工況的液位範圍 (正常液位、最低液位和最高液位)，以對液位進行監視、調整。

四、塔釜系統整合設計

塔釜管口有時由塔內件廠家進行設計，設計單位審查圖紙時，需要結合塔及再沸器的布置進行審核，關注各管口的高度設定是否合理；底部空間高度是否合理。

蒸餾塔系統

一、蒸餾塔系統組成及布置

蒸餾塔系統由簡單蒸餾塔、再沸器、冷凝器、回流罐等設備組成，一般按流程順序，在符合規範的要求下，儘可能靠近布置，形成獨立的作業系統。同類設備集中布置，如冷凝器一般布置在三層樓面上，回流罐布置在二
層樓面上，再沸器安裝在蒸餾塔底部，泵布置在一層樓面上。這樣不但整齊，美觀，而且操作也方便。由於再沸器的特殊性，與其相關的設備及管路需精心設計。

二、蒸餾塔系統操作

通過再沸器加熱塔底的液體，使其部分氣化，由塔底再沸器入塔口進入塔，與下降液進行逆流兩相接觸，下降液中易揮發(低沸點)組分不斷向蒸氣中轉移，蒸氣中的難揮發(高沸點)組分不斷地向下降液中轉移，蒸氣愈接
近塔頂，其易揮發組分濃度愈高，而下降液愈接近塔底，其難揮發組分則愈富集，達到組分分離的目的。塔頂上升的蒸氣進入冷凝器，冷凝液體的一部分作為回流液返回塔頂，其餘部分則作為餾出液送出。塔底流出的液體，其中一部分送入再沸器加熱返回塔中，另一部分液體作為釜殘液采出。

三、熱虹吸再沸器

1、熱虹吸再沸器原理

蒸餾塔

熱虹吸再沸器利用蒸餾塔的液面和再沸器液面的壓頭差作為動力驅動液體重力循環流動，使蒸餾塔底部的液體流向再沸器。液體一部分在再沸器內被氣化，回到塔內，達到蒸氣和液體分離。為了保證再沸器的正常工作，必須保證有一定的壓差來克服管道、再沸器內壓降和兩相的靜壓。

2、熱虹吸再沸器安裝高度要求

蒸餾塔底部的液體流入管道，越往上壓力就越低。如果液體上升的管子很高，壓力會降低到使管內產生氣泡(由空氣或其他成分的氣體構成)。虹吸作用高度就是由氣泡的生成而決定的。因為氣泡會使液體斷開，氣泡兩
端的氣體分子之間的作用力減至0，從而破壞了虹吸作用。熱虹吸再沸器安裝位置不是越低越好。

3、立式熱虹吸再沸器特殊要求

立式熱虹吸式再沸器如為真空操作，則不適宜黏性較大的液體和帶固體的物料，同時還要求塔裙的高度較高。臥式熱虹吸式再沸器則對塔釜液位和壓降要求不高，比較適用於真空精餾。蒸餾塔是一個高效的、節能的蒸餾塔型，根據所設計參數可設計多種規格，滿足不同生產能力的要求。

石油化工中的套用

流程

第一，確定方案。確定具體的裝置流程時需注意整個流程均使用的三段汽化方式，實現初餾塔以及常壓塔、減壓塔的合理化設定。

第二，確定汽化段數。綜合參考該企業原油所具備的相應特徵，建議選擇使用初餾塔設備，旨在能夠更好地適應各類型條件情況變化。在原油材料中，溫度在三百五十攝氏度餾分之上高沸點餾分能夠被看作是催化裂化、餾分潤滑油以及加氫裂化等對應設備裝置所需運用的主要原料。經過對上述原因的分析，有必要實施減壓塔設備的有效設定。
第三，擇取換熱策略。結合該企業煉油實際情況以及相關經驗，綜合各方面因素，大致可得出相應流程內容。將四十至五十攝氏度的原油採取脫水以及脫鹽措施，而後分兩路完成換熱；常頂塔頂汽油組分冷凝冷卻，其中一部分會進入到塔頂並起到良好的回流作用，另一部分繼續實施冷卻後由裝置輸出。在此需要注意的是，常壓蒸餾是否要採用兩段汽化流程應根據具體條件對有關因素進行綜合分析，如果原油所含的輕餾分多，則原油經過一系列熱交換後溫度升高，輕餾分汽化，會造成管路壓力下降，其結果是原油泵的出口壓力升高，換熱器的耐壓能力也應增加。

節能措施

一般來說，煉油廠可謂是擁有著巨大能耗的生產實體，常減壓蒸餾裝置是其中最為突出運用的一種設備。所以說，充分實現能源的最佳化運用，將裝置能耗儘可能降至最低已然成為生產設計進程當中關鍵要點問題，為此需採用較為合理的節能措施。第一，最佳化改進工藝進程，常減壓蒸餾設備建議使用初餾塔流程，旨在實現加熱爐負荷的有效減少；為充分減少冷卻負荷，要求常壓塔頂運用二段冷凝回流流程；增加常壓塔的循環回流可實現熱流換熱溫度的最佳化提高，儘可能將塔頂的冷凝冷卻負荷減少，進而提升設備對應的熱回收率。第二，最佳化操作加熱爐設備，儘可能提高使用效率；針對所產生的低溫餘熱實施回收利用；選用新型的換熱設備，充分提升實際的換熱效率；儘可能實現用汽狀況的最佳化改善，降低整體性消耗。