精餾中填料塔和塔板塔優(yōu)缺點比較 |
精餾行業(yè)的從業(yè)者，對于填料塔的認(rèn)識可能遠遠高于塔板塔，填料塔的高理論塔板數(shù)、高分離精度以及制作的簡單被眾多蒸餾行業(yè)普遍使用，也因此得到大規(guī)模的推廣和應(yīng)用。而對于塔板塔的認(rèn)識和應(yīng)用就相對欠缺，希望我的文章能夠多少給予耐心讀完的朋友一點認(rèn)識和啟發(fā)。 本人有幸結(jié)識原南京塔器研究所所長、高級研究員許開天前輩，對于許前輩的研究成果得以全方位的學(xué)習(xí)和應(yīng)用，收益頗豐，以下本人粗淺地談?wù)勗趯嶋H應(yīng)用中設(shè)備選型的優(yōu)劣對比，以供對塔設(shè)備選型的使用單位做個參考。 朋友們或許知道也并聽說過塔板塔的大致情況，但是可能很多朋友不知道塔板塔中塔板的結(jié)構(gòu)有許多種，而更讓許多朋友不解的是，既然有填料塔的存在，為什么還需要研究塔板塔！而塔板塔的存在，有什么必然的意義呢？以下對比是用填料塔的常規(guī)填料和塔板塔W型板型進行比對，只談共通之處。 首先，討論分離范圍。試問待蒸餾的物料是有懸浮顆粒物的，或者是比較臟的物料，填料塔能夠蒸餾嗎？短時間可以，長時間必然堵塞填料層（提餾段），最終導(dǎo)致的結(jié)果是需要繁重的煮塔或者是拆洗填料，中斷生產(chǎn)不說，投入的人力物力是無法估算的，想必許多企業(yè)的朋友幾乎都遇到過如此麻煩的結(jié)果。而塔板塔，每塊塔板是焊接而成，有足夠的通氣率，氣體的沖刷使得臟物質(zhì)不容易在某處集聚而致使產(chǎn)生堵塔，大大地增加生產(chǎn)的可持續(xù)性。即使是未分離干凈的酒糟類的大顆粒物質(zhì)，也從未形成踏板塔的堵塔現(xiàn)象。而塔板塔可以根據(jù)實際的應(yīng)用，選型抗鈣鎂離子沉淀的板型，使得在無機鹽的水料中分離有機物料得到可能。 其二，使用可靠性角度。試問化工物料都是有一定的酸堿性，在相對高腐蝕物料的蒸餾中，填料塔即使使用316L的不銹鋼規(guī)整填料，使用依然年限不長。因為規(guī)整填料是不銹鋼絲網(wǎng)的，為了填料的通氣率，不銹鋼絲網(wǎng)必然做的很細（大約0.1-0.2mm)，編制成網(wǎng)后折疊成填料結(jié)構(gòu)。在使用中，越是細小的越是容易腐蝕，也就是不具備腐蝕余量。而塔板塔，定制的時候可以選用2-3mm的薄板焊接而成，邊緣連接的是4mm以上的托圈，材料可以是316L，那么耐腐蝕的能力大大高于填料。因此，塔板塔在使用中的可靠性遠遠優(yōu)于填料塔。 其三，能耗角度。在使用過填料塔的用戶都知道，填料塔在生產(chǎn)的時候，為了達到高的產(chǎn)品純凈度，在現(xiàn)有的塔的基礎(chǔ)上，都是很大的回流比。回流比的概念就是回流泵打上去回流的量和采出之間的比值，一般1：1,或2:1，甚至有的會是4:1,。也就是回流進去的大大高于采出的量，這樣采出的物料才能夠得到相對的純凈度。為什么那么大的回流比呢？這個跟填料塔的分離機理有關(guān)，這里不詳細闡述了。而塔板塔的回流比一般控制在0.5:1或0.3:1，最高也達不到1:1。從這個角度理解，回流進去的物料越多，也就是意味著冷態(tài)液體在塔內(nèi)吸收熱量汽化量越大，能耗就越高。從而，我們在實際的應(yīng)用中多次測算，同樣蒸餾出一噸合格產(chǎn)品，塔板塔使用的熱能耗大約是填料塔的80%左右，長年累月，塔板塔的經(jīng)濟性不言而喻。 其四，分離精度角度。填料塔的組成是填料段加分布器，這樣分成若干段。為了防止氣體在填料層分布的不均勻或減少壁流（這個在所有的填料塔中都真實存在），所以每隔開3米左右填料段必須安裝一個分布器，而分布器的上下個400-500mm,均是空段這樣使得有效分離段只有實際塔高的80%，為了達到較高分離效率，所以填料塔的高度往往都是25米以上。而同等效率的塔板塔，高度21米足夠。（當(dāng)然，塔效是沒有可比性的，填料效果有好有壞，塔板的效果也有好有壞，這里只作平衡對比。）而塔板塔不具備空段，踏板塔沒有壁流，因為塔板都是每一塊四周焊接在塔體上的。如果，兩種塔高度一樣，回流比一樣，塔板塔的分離精度將完全勝過填料塔。 其五，可操作性對比。填料塔的填料層不具備一定的滯液性，所以一旦停止回流，頂溫迅速攀升，控制頂溫也就是控制精餾段的溫度是調(diào)整回流來控制，而塔底加熱蒸汽的波動，直接影響整體塔溫的波動，這個在操作使用過填料塔的朋友深有感觸。換句話說對于填料塔的操作，外圍的影響因數(shù)越小越好，反之則很難控制整塔的穩(wěn)定性，使得出料得不到很好地保障。而塔板塔由于每一塊塔板上都有滯留液體（斜孔塔板塔除外），加熱溫度的輕微波動幾乎不影響整塔的溫度變化，回流改變一點，頂溫基本上變化不大。這些給設(shè)定工藝的時候?qū)τ谕鈬绊懸驍?shù)要求不是很高。在開、停車的時候，由于塔板塔每板上有滯液的特點，再開車生產(chǎn)很快就能夠出合格產(chǎn)品，而填料塔需要一個漫長的回流過程。在自動化應(yīng)用上，實際操作塔板塔由于自身的穩(wěn)定性，更能夠很快投入全自動操作。即使不投用自動化，對于踏板塔的操作，有的企業(yè)生產(chǎn)兩到三個塔只使用一個操作員工，可想而知該塔操作的穩(wěn)定和便捷性。 其六，雙塔或多塔連續(xù)精餾應(yīng)用中的區(qū)別。有A/B/C三種混合物，其中沸點差為A<B<C,且都大于15度，不共沸，那么使用塔板塔完全可以雙塔出99%以上的A和B,剩余C物質(zhì)和高沸混合物。塔板塔的特點是每一塊板上的物料濃度是不一樣的也是相對是穩(wěn)定的，分離界面很明顯，塔釜內(nèi)的物質(zhì)控制得相對穩(wěn)定，在操作過程中就很容易就能夠穩(wěn)定出合格產(chǎn)品。在不考慮外圍影響因數(shù)的基礎(chǔ)上，填料塔也可以做到分離，但是，由于大回流比的因數(shù)，導(dǎo)致回流進塔的輕組分物質(zhì)和汽化上來的較重組分的物質(zhì)界面不清晰，很容易上下波動（A物料直接跑到BC物料中），直接影響到塔釜內(nèi)物料的不穩(wěn)定。再加上蒸汽壓力的波動啊，機泵的可靠穩(wěn)定等外圍影響因數(shù)必然存在，單塔操作姑且可以人為能夠控制好，但是一旦波動，多塔就沒辦法保證后續(xù)產(chǎn)品的合格了。 有的企業(yè)，將物料直接在30立方蒸餾釜中，分段用高填料塔進行分離，逐步取出A,B,C,事實上這的確是個辦法。但是，分離效率太低，一釜料蒸餾個三天三夜是很正常的事情，出料的時候很快，主要是兩相物質(zhì)交替段需要切掉很大一部分回到原料槽中，且產(chǎn)品的質(zhì)量保障程度不大。假如使用直徑800、600 的雙塔分離，24小時足夠完全分離，大大地增加了產(chǎn)能，保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。同等產(chǎn)能的話，設(shè)備投入省了很大一筆。 第七，設(shè)備投入成本比較。在同等塔徑1000mm、同等高度20米，填料塔和塔板塔的外筒幾乎是一樣的，成本區(qū)別是填料層、分布器、格柵和塔板的比較。我們都知道，普通的304不銹鋼規(guī)整絲網(wǎng)填料現(xiàn)在的市場價格是6000-8000每個立方，填料花費的價格應(yīng)該在6-7萬，分布器不小于4個，每個2500-3000，加格柵的價格，應(yīng)該內(nèi)部材料在8-9萬左右。而現(xiàn)在304薄板2-4mm價格應(yīng)該在17000元/噸，里面的薄板兩噸頂了天了，安裝半工半料的價格的話，里面安裝到好7-8萬元。因此，在制作成本上，塔板塔成本并不比填料塔高。而填料塔為了達到較高的分離效率，一般設(shè)計上都比塔板塔要高，那么填料的使用將更大，外筒的投入也將更大。因而，塔板塔的投入應(yīng)用經(jīng)濟性也應(yīng)該很明顯了。 原先，不銹鋼在3-4萬一噸的時候，塔板塔的投入成本是較填料塔略高的。由于我前面談到了填料塔的回流比較塔板塔的大，那么汽化循環(huán)量應(yīng)該是填料塔大，迫使冷凝量也應(yīng)該是大于塔板塔，冷凝器在面積上又必須大于塔板塔的使用，增加了投資成本。 說到這里，我把我理解和掌握的塔板塔的優(yōu)勢基本表明，然而一個事物的存在不可能只有優(yōu)勢而沒有劣勢，這個就需要我們使用者去定奪適合自己使用的方向了。唯一的不足，是塔板塔較填料塔在系統(tǒng)阻力上有所增加。這個是設(shè)備分離方式不同所造成的必然結(jié)果，在常壓蒸餾和帶壓蒸餾中，塔板塔所產(chǎn)生的阻力基本是沒有任何影響的，但是在負壓蒸餾中，特別是高真空分離中，阻力會加大分離的難度，也會略微增加能耗的損失。塔板塔中有一款板型是低阻力的，叫斜孔板塔板。該板型分離效果很好，制作成本相對不高。而它的缺點是和填料塔幾乎一樣，操作穩(wěn)定性不及其他塔板，停車后塔板上無滯留液體，停車開車時間相對久一些，一般只在客戶要求低成本上應(yīng)用。而關(guān)于塔板塔的板型有哪些，這里我大致說一下新型通用的塔板型號：WD-型塔板，NWD-型塔板，SD-型塔板，SDJ-型塔板，JJ-型塔板，還有組合型的塔板等等。這些都是許開天前輩在原有的泡罩塔板等比較單一的板型上發(fā)展出來的新型高效塔板。許老先生一直是從事蒸餾塔的研究，主攻技術(shù)強項為塔器中的板型的研究，共獲得20多項塔板發(fā)明以及實用新型專利，并根據(jù)實際應(yīng)用書寫并出版多本蒸餾專著，特別是酒精蒸餾類的書籍一直被行業(yè)內(nèi)視為參照模本。 粗略地已經(jīng)說了很多，想必各位看客也很少有能夠詳細品味我所提出的諸多觀點。從學(xué)以致用上，我感謝許開天前輩帶給我的知識大餐，自己也相對毫無保留地貢獻自己的理解。我僅僅是拋磚引玉，說個皮毛，更希望各位專家朋友多提寶貴批評意見，也可以共同探討更深層次的分離問題。 已閱：4735次
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