文档介绍：该【空气分离精馏装置培训资料 】是由【不忘初心】上传分享，文档一共【9】页，该文档可以免费在线阅读，需要了解更多关于【空气分离精馏装置培训资料 】的内容，可以使用淘豆网的站内搜索功能，选择自己适合的文档，以下文字是截取该文章内的部分文字，如需要获得完整电子版，请下载此文档到您的设备，方便您编辑和打印。空气分离精馏装置培训资料
精馏设备与操作
空分精馏塔按塔内件结构分为板式塔和填料塔。
精馏过程是在空分塔内的塔板上或填料中进行的,要求每块塔板能有效的进行传热和传质。为此在设计塔板的结构时应力求使气相和液相能充分的混合,造成最大的接触表面,并且有一定的接触时间。
在板式塔中,塔内装有一定数量的塔盘,气体以鼓泡或喷射的形式穿过塔盘上的液层使两相密切接触进行传质。两相的组分浓度沿塔高呈阶梯式变化。
在填料塔中,塔内装填一定高度的填料层,液体沿填料表面呈膜状向下沉动,作为连续相的气体自下而上流动,与液体逆流传质。两相的组分浓度沿塔高呈连续变化。
人们又按板式塔的塔盘结构和填料塔所用的填料,细分为多种塔型。
常用板式塔类型
筛板塔
泡罩塔
浮阀塔
筛板塔也是很早出现的一种板式塔。五十年代起对筛板塔进行了大量工业规模的研究,逐步掌握了筛板塔的性能,并形成了较完善的设计方法。与泡罩塔相比,筛板塔具有下列优点:产能力大20~40%,塔板效率高10~15%,压力降低30~50%,而且结构简单,塔盘造价减少40%左右,安装、维修都较容易。
液体从上—层塔盘的降液管(斗)流下,横向流过塔盘,经溢流堰进入降液管(斗),流入下—层塔盘。依靠溢流取来保持塔盘上的液层高度。蒸汽自下而上穿过筛孔时,分散成气泡,穿过板上液层。在此过程中进行相际的传热和传质。
筛板塔盘的特点如下:
结构简单,制造维修方便。
生产能力大,比浮阀塔还高。
塔板压力降较低,适置于真空蒸馏。
塔板效率高,但比浮阀塔盘稍低。
合理设计的筛板塔可具有较高的操作弹性,仅稍低于泡罩塔。
小孔径筛板易堵塞,故不可处理脏的、粘性大的和带有固体粒子的料液。
在筛板塔中,气体由下部穿过各层筛板的小孔,鼓泡通过筛板上的液体,液体经过溢流斗逐渐往下流动,由于穿过小孔的气流的托持,液体不会从筛孔中漏下。气、液二相在筛板上接触,进行传热和传质。
筛板塔的工作主要决定于上升蒸汽和回流液体的流动情况。一般可分为以下几种:
不均匀鼓泡:蒸汽上升的速度较小,只能在塔板上的局部地区以链状气池的状态穿过液层,鼓池地区也是不固定的,在不鼓泡地区液体将从小孔中漏下。不均匀鼓泡义称液漏现象。在不均匀鼓泡时气、液相的接触很差,是设汁和操作时不允许出现的。
正常鼓泡:蒸汽上升的速度达到一定数值后,塔板上就会出现全面均匀的鼓泡,气体激烈的搅动着液体,使液体呈薄膜状半悬浮地运动着,气、液相接触最好。同时有少量的液体被喷成雾沫分散在气相中。
雾沫夹带:蒸汽速度进一步增大,或板间距太小,没有足够的使气、液分离的空间时,蒸汽将夹带着液体上升到另一块塔板上,使塔板效率降低,这种情况称雾沫夹带,在筛板塔设计中是不允许的。
液泛:蒸汽速度过大,使塔板阻力过大,液体不能从上—块培板流到下一块塔板,气、液相间的对流停止,精馏工况被破坏,这种情况称为液泛。液泛是塔板设计及操作时绝对不允许的。
塔板流型
液相在塔板上横向流过时分程的型式称之为流型。筛板塔按溢流方式分:单溢流、双溢流、三溢流、四溢流、五溢流。将液相从受液盘直接流向降液的型式为单流型,如图1所示。当液体流量增大至一定程度时,液体流动阻力增大。当流道较长时,则在液体流动方向形成较大液面落差,使得塔板上阻力分布不均,从而影响气相通过塔板的分布不均。亦将引起液相倾向性漏液,不利于传质。
当液体流量大,塔径也随之增大时,则可采用双流型,如图图1所示。设两个降液管,使液相从两侧流向中心降液管,或从中心流向两侧的降液管,这样减少了单程液相流量,缩短了流道长度,增大流通截面,从而使阻力减少,塔板液面落差减小,使塔板压降分布比较均匀。
同理,可采用、三溢流、四溢流、五溢流。
图1筛板流型
弓形降液管溢流装置
图2弓形降液管溢流装置
溢流装置含降液管、溢流堰、底隙等几部分。降液管是塔板间的液体通道及液相夹带气泡的分离场所,如图2所示。
降液管有弓形、圆形或矩形几种型式,如图3所示。液相流量较大时一般采用弓形降液管,小流量采用圆形或矩形降液管,故工业上一般采用弓形降液管,如图3中(a)(b)(c)所示。其他型式(d)(e)(f)用于实验装置。
降液盘顶部设有溢流堰hw,以维持塔板上一定液层高度。降液管底部留有底隙hb,为液体进入下层塔板的通道。
(a)(b)(c)
(d)(e)(f)
图3降液管型式
填料塔结构
填料塔以填料作为气液接触元件,气液两相在填料曾中逆向连续接触。它具有结构简单、压力降小、易于用耐腐蚀非金属材料制造等优点,对于体吸收、真空蒸馏以及处理腐蚀性流体的操作,颇为适用。当塔径增大时,引起气液分布不均,接触不良等,造成效率下降,即称为放大效应。同时,填料塔还有重量大、造价高、清理检修麻烦、填料损耗大等缺点,以致使填料塔在很长时期来使用得不及板式塔广泛。,填料塔的效率有所提高,放大地应也在逐步得以解决。到了六十年代,直径超过3m的填料塔已十分普遍,目前大型填料塔不仅已经出现,而且在某些方面已超过了板式塔的规模。
填料
实体填料
网体填料
拉西环
θ环
十字环
螺旋环
短拉西环
鲍尔环-阶梯环
鞍形填料
弧鞍形(马鞍)填料
矩鞍形(槽鞍)填料
波纹板填料
栅条填料
θ网环
双层θ网环
压延孔环
网鞍填料
波纹网填料
填料是填料塔中传质元件,它可以有各种不向的分类:如按性能分为通用填料和高效填料;按形状分为颗粒型填料和规整填抖。按填料的结构分为实体填料和网体填料两大类。
波纹填料属于规整料,它分为波纹板填料与波纹网填料。
波纹板填料的单片是具有波纹的薄片,波纹方向与水乎成45°。组装时单片竖直安放,且相邻单片的波纹方向互相垂直交低如此叠合组成圆盘或其分块。填料装入塔内时,上下填料盘的板片方位互相垂直。波纹板填料的优点为:
压力降小,生产能力大。由于它是规整结构,故压力降较—般乱堆填料低,因而空塔速度可以提高。
由于其结构紧凑,具有很大的比表面,且填料的结构能促进气液分布均匀化,使传质效毕提高。
操作弹性大。
波纹板填料的缺点是不适合用于易结垢、析出固体、发生聚合,以及液体粘度较大的物系;对于大塔则填料重量大、造价高、装卸清理困难。
空分设备中使用的规整填料及内件:
填料(见图4)
图4波纹板填料
填料支撑(图5)
图5填料支撑
填料压圈
结构与填料压圈类似。
液体收集器(见图6)
图6液体收集器
分布器(图7)
图7液体分布器
空分设备中精馏塔:
上塔、下塔、粗氩塔Ⅰ、粗氩塔Ⅱ、纯氩塔。
精馏塔是制氧机中重要设备之一。低温饱和空气在精馏塔中分离成氧和氮。在低压制氧机中,精馏塔的好坏直接影响到氧、氮的生产量,氧、氮的纯度及生产氧气的能耗。
冷凝器与蒸发器
冷凝器、蒸发器在精馏系统中是提供冷量或热量,即在精馏塔顶部提供回流液,精馏塔底部提供上升气的设备。精馏系统有主冷凝蒸发器、粗氩冷凝器、纯氩冷凝器、纯氩蒸发器。这些设备均由板式换热器单元及外壳等构成。板式单元个数可一只或多只,板式单元的布置可单层布置,也可双层布置。例如3万以上的主冷凝蒸发器的板式单元为双层布置。
双层主冷凝蒸发器结构介绍(图8):
主冷液氧蒸发侧分隔为上下两层,每层布置4只板式。下层与上层之间用降液管、升气管相连通。下塔氮气由中心管进入各板式换热器,液氮出从中心管夹层引出。
图8双层主冷凝蒸发器
故障及维护
在精馏实际生产中,无论是精馏塔正常运行,还是由操作条件的变化和塔性能改变等原因,出现非正常现象,均需对塔的操作进行分析。一方面为塔的合理操作提供适宜操作条件的范围,以提高塔的生产能力,降低生产成本;另一方面针对不同工况进行分析,为出现故障及时、准确的诊断提必要的信息,以便排除故障恢复正常生产。
操作过程的分析的方法、手段,通常是调查研究、现场测试以及严格的模拟计算,并且主要从以下几方面开展工作:
应用物料衡算的关系检验精馏塔采出量的合理性。如果采出不合理,就不可能使塔两端产品同时达到要求。
应用热力学原理,如相平衡关系,分析塔内温度、压力、组成等分布的合理性。
应用理论级及塔板效率的基本概念,分析影响分离能力的主要原因。
考查塔板的水力学性能,分析影响塔生产能力和分离能力的原因。
此外,塔在系统中的环境、辅助设备性能对塔分离均会产生影响。
精馏过程诊断
(1)塔的一端产品不合格
尽管导致塔产品不合格的原因很多,而且比较复杂,但在诸多原因中,优先考虑塔的物料衡算,因物料衡算对过程起到控制作用。当进料流量、组成以及分离要求一旦给定,则采出量即将唯一确定,而不可随意改变。
(2)塔两端产品不合格
如果新投产的或改造后开始投运塔,出现塔两端产品不合格,与塔在正常运行中出现异常有所不同。前者问题较后者严重。故障的发生通常有两方面的原因,其一是塔结构,其二是操作条件。对于新塔或改造后的塔的投运出现此现象,则存在上述两方面的原因。而正常运行中的塔应主要是操作原因或操作不当造成设备的损坏等,进行分析诊断。具体诊断步骤如下:
精馏塔投运应从小负荷开始调试,达到要求后,逐渐提高负荷。亦对塔进行严格模拟计算。
核算采出量是否合理。如果核算结果采出量大于合理采出量。首先应在全回流条件或采出量减小条件下操作,使塔顶达到分离指标。
在塔顶产品达标的前提下,逐渐加大采出,同时提高回流比,以保证塔两端的分离要求。
当塔两端均达到要求后,可逐渐提高进料量,使之达到设计能力。如果当塔顶采出提高到适宜采出量时,两端产品不达标。若提高回流比两端仍不能达标,同时发现塔压差有明显升高,说明塔板水力学性能受到限制。应逐渐减少进料量,才能稳定操作,使塔两端达标。
如果在操作中,提高操作回流比,塔两端的分离效果变化不大,而塔压差也无明显变化,说明塔理论板数不足,或是塔板的效率太低。
对于长期正常运行的塔出现分离效果不理想,有可能堵塞了塔板或填料,或该操作损坏了塔板,说明该检修了。
在提高负荷过程中,塔压差明显上升,使塔釜及回流液液面失控,说明塔内可能发生液泛。其原因是降液管太小或液体发泡严重等原因所致。