化工行业塔设备的基础知识

DYH211 "填料吸收塔实验（NH3体系）/填料塔分离效率测定设备"

DYH216Ⅱ "数字型填料吸收塔实验装置（CO2体系）/数字型二氧化碳吸收与解吸实验装置"

DYH251 筛板塔精馏实验装置

DYH251Ⅱ 数字型筛板塔精馏实验装置

DYH256 填料塔精馏实验装置

DYH266 "板式塔演示实验装置/板式塔流体力学演示实验装置"

DYH271 转盘萃取塔实验装置

DYH276 振动筛板萃取塔实验装置

概述

一、塔设备在炼油厂中的作用

在炼油、化工及轻工业生产中，气、液两相直接接触进行传质传热的过程是很多的，如精馏、吸收、解吸、萃取等。这些过程都是在一定的压力、温度、流量等工艺条件下，在一定的设备内完成的。由于其过程中两种介质主要发生的是质的交换，所以也将实现这些过程的设备叫传质设备；从外形上看这些设备都是竖直安装的圆桶形容器，形如“塔”，故习惯上称其为塔设备。

塔设备能够为气、液或液、液两相进行充分接触提供适宜的条件，即充分的接触时间、分离空间和传质传热的面积，从而起到相际间质量和热量交换的目的，实现工艺

所要求的生产过程，生产出合格产品。所以塔设备的性能对整个装置的产品产量、质量、生产能力和消耗定额，以及三废处理和环境保护等方面都有重大的影响。

塔设备的投资费用及钢材消耗仅次于换热设备。据统计，在化工和石油化工生产装置中，塔设备的投资费用占全部工艺设备总投资的25.39％，在炼油和煤化生产装置中占34.85％；其所消耗的钢材重量在各类设备中所占比例也是比较高的，如年产250万吨常减压蒸馏装置中，塔设备耗用钢材重量占45.5％，年产120万吨催化裂化装置中占48.9％，年产30万吨乙烯装置中占25～28.3％。可见塔设备是炼油、化工生产中重要的工艺设备之一，它的设计、研究、使用对化工、炼油等工艺的发展起着重大的作用。

二、塔设备的分类及一般构造

随着炼油、化工生产工艺的不断改进和发展，与之相适应的塔设备也形成了形式繁多的结构和类型，以满足各种特定的工艺要求。为了便于研究和比较，人们从不同的角度对塔设备进行分类。如按工艺用途分类，按操作压力分类，也可按其内部结构进行分类。

（一）按用途分类

1.精馏塔 利用液体混和物中各组分挥发度的不同来分离其各液体组分的l 操作称为蒸馏，反复多次蒸馏的过程称为精馏，实现精馏操作的塔设备称为精馏塔。如常减压装置中的常压塔、减压塔，可将原油分离为汽油、煤油、柴油以及润滑油等。

2.吸收塔、解吸塔 利用混合气中各组分在溶液中溶解度的不同，通过吸收液体来分离气体的工艺操作称为吸收；将吸收液通过加热等方法使溶解于其中的气体释放出

来的过程称为解吸。实现吸收和解吸操作过程的塔设备称为吸收塔、解吸塔。如催化裂化装置中的吸收、解吸塔，从炼厂气中回收汽油、从裂解气中回收乙烯和丙烯，以及气体净化等都需要吸收、解吸塔。

3.萃取塔 对于各组分间沸点相差很小的液体混和物，利用一般的分离方法难以奏效，这时可在液体混和物

加入某种沸点较高的溶剂（称为萃取剂）；利用混合液中各组分在萃取剂中溶解度的不同，将它们分离，这种方法称为萃取（也称为抽提）。实现萃取操作的塔设备称为萃取塔。如丙烷脱沥青装置中的抽提塔等。

4.洗涤塔 用水除去气体中无用的成分或固体尘粒的过程称为水洗，所用的塔设备称为洗涤塔。

（二）按操作压力分类

塔设备根据其完成的工艺操作不同，其压力和温度也

不相同。但当达到相平衡时，压力、温度、气相组成和液相组成之间存在着一定的函数关系。在实际生产中，原料和产品的成分和要求是工艺确定的，不能随意改变，压力和温度有选择的余地，但二者之间是相互关联的，如一项先确定了，另一项则只能由相平衡关系求出。从操作方便和设备简单的角度来说，选常压操作，从冷却剂的来源角度看，一般宜将塔顶冷凝温度控制在30～40℃以便采用廉价的水或空气作为冷却剂。所以塔设备根据具体工艺要求，设备及操作成本综合考虑，有时可以在常压下操作、有时需要在加压下操作,有时还需要减压操作。相应的塔设备分别称为常压塔、加压塔和减压塔。

（三）按结构形式分类

塔设备尽管其用途各异，操作条件也各不相同，但就其构造而言都大同小异，主要由塔体、支座、内部构件及附件组成。根据塔内部构件的结构可以将其分为板式塔和填料塔两大类。具体结构如图5-1、5-2所示。塔体是塔设备的外壳，由圆筒和两封头组成，封头可以是半球形、椭圆形、碟形等。支座是将塔体安装在基础上的连接部分，一般采用裙式支座，有圆筒形和圆锥形两种，常采用圆筒形。裙座与塔体采用对接銲接或搭接焊接连接，裙座的高度由工艺要求的附属设备（如再沸器、泵）及管线的布置情况而定。由图中可知，板式塔中装有一定数量的塔盘，液体借自身的重量自上而下流向塔底（在塔盘板上沿塔径横向流动），气体靠压差自下而上以鼓泡的形式穿过塔盘上的液层升向塔顶。在每层塔盘上气、液两相密切接触，进行传质，使两相的组分浓度沿塔高呈阶梯式变化。填料塔中则装填一定高度的填料，液体自塔顶沿填料表面向下流动，作为连续相的气体自塔底向上流动，与液体进行逆流传质，两相组分浓度沿塔高呈连续变化.

三、对塔设备的基本要求

塔设备除了应满足工艺条件，如压力、温度及耐腐蚀性等外，还应满足如下基本要求。

（1）生产能力要大。即单位塔截面上单位时间内物料的处理量要大。

（2）分离效率高。即气、液相能充分接触且分离效果好。

（3）操作弹性大。即有较强的适应性和宽的操作范围。能适应不同性质的物料且在负荷波动时能维持操作稳定，仍有较高的分离效率。

（4）压降小。即流体通过时阻力小，这样可大大节约生产的动力消耗，降低成本。

（5）结构简单、耗材少，易于制造和安装，这样可以减少基建投资，降低成本。

（6）耐腐蚀不易堵塞，便于操作、调节和检修。

注：一个塔设备要同时满足以上各项要求是困难的，而且实际生产中各项指标的重要性因具体情况而异，不可一概而论。所以应从生产需要及经济合理性考虑，正确处理以上各项要求。