近年來(lái)，常減壓蒸餾在塔器內(nèi)部構(gòu)件、抽真空設(shè)各等方面取得了新的進(jìn)展。其中塔器內(nèi)部構(gòu)件的主要開發(fā)方向是首先實(shí)現(xiàn)汽液充分混合，然后用輔助設(shè)施實(shí)現(xiàn)汽液相分離。各種新型塔板開發(fā)的很多，但由于許多用戶都不太愿意冒險(xiǎn)使用，因此，全球高效塔板的處理能力不到全球原油蒸餾能力的10％。雖然應(yīng)用較少，但技術(shù)的蓬勃發(fā)展，已為煉化企業(yè)提效改造打下了深厚技術(shù)積累，本文簡(jiǎn)要介紹一下高效的塔板技術(shù)。
國(guó)外新型塔板
1、VORTEX TRAY
VORTEX TRAY是SULZER CHEMTECH公司開發(fā)與生產(chǎn)的專利產(chǎn)品,能夠在不降低傳質(zhì)效率的前提下,顯著提高塔內(nèi)氣液負(fù)荷的通過(guò)能力這種塔板在結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)了一種獨(dú)特的懸掛式防旋渦降液管,塔板上的傳質(zhì)元件可以為篩孔、浮閥和固定閥等。VORTEX TRAY具有以下所列四大特點(diǎn):
(1)由于采用了形狀如同旋風(fēng)分離器的降液管,這有利于對(duì)進(jìn)入降液管的氣液混合物進(jìn)行分離,因?yàn)闅怏w是通過(guò)升氣管上升的,所以能夠避免降液管液泛的發(fā)生;
(2)懸掛式降液管結(jié)構(gòu)可以最大限度地提高塔板上的有效鼓泡區(qū)面積;
(3)增加了降液管的堰長(zhǎng),使液流強(qiáng)度、塔板壓降、降液管持液量都降低,提高了塔設(shè)備的處理能力和操作彈性;
(4)由于對(duì)降液管的位置進(jìn)行了優(yōu)化,最大可能地改善了兩相流動(dòng)的均勻性,從而提高了傳質(zhì)效率。
VORTEX TRAY的主要缺點(diǎn)是要求進(jìn)料量相對(duì)穩(wěn)定,塔板結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。
2、Sulzer化學(xué)公司和shell公司新型塔板
Sulzer化學(xué)公司和殼牌公司組成聯(lián)盟，推出shell傳質(zhì)技術(shù)工藝包。該技術(shù)涉及高性能塔板、內(nèi)件、相分離設(shè)備，這些新型塔板可應(yīng)用于常減壓蒸餾塔。
高性能塔板組合了兩種塔板：shell公司Calming Section塔板和HiFi Calming Section塔板。與常規(guī)塔板相比，可提高汽液負(fù)荷能力。Calming Section塔板可最大量地提高氣體處理能力，最大量地提高噴射液泛能力和最大量城小霧沫夾帶，HiFi Calming Section塔板可最大量提高液體負(fù)荷處理能力，設(shè)計(jì)處理大的液體負(fù)荷，這種塔板比常規(guī)塔板的處理能力提高20％-30％。這種設(shè)計(jì)可以最大量提高降液管能力而又能保持大的有效面積；可用于減小塔板間距，塔板間距可小到304mm。
3、Jaeger產(chǎn)品公司的CoFlo塔板
每塊CoFlo塔板由液體分配器、接觸區(qū)以及液體收集器三部分組成。操作原理是使所有的液體被向上流動(dòng)的氣體災(zāi)帶。在接觸區(qū)發(fā)生分散過(guò)程，與該區(qū)相接的是汽液分離器，收集的液體通過(guò)側(cè)面的降液管回到下一個(gè)塔板。該塔板已經(jīng)在得克薩斯州立大學(xué)的分離研究計(jì)劃組織進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果表明該塔板在效率不降低的情況下處理量比篩板塔板處理量提高100％。
該塔板的高能力是通過(guò)塔板內(nèi)的并流獲得的。從降液管流下來(lái)的液體通過(guò)打孔的槽型分散裝置均勻地分布在塔板上，氣體通過(guò)槽間的縫隙通道向上流動(dòng)?？p隙面積一船為塔板有效面積的15％-25％。通過(guò)縫隙導(dǎo)致的高氣速將液體霧化井將其攜帶至夾帶收集器，在此液體被分離并送人下一塔板的降液管，該液體為清液。降液管高度大于塔板問(wèn)距，因此，降液管能力不會(huì)限制塔板的負(fù)荷。
4、Gesip公司的Highspeed塔板
Gesip公司的新型Highspeed塔板允許氣速高達(dá)30m/s，且不產(chǎn)生液體夾帶，而浮閥和泡罩塔板允許氣速為3m/s。該塔板上設(shè)置許多立式圓筒混合元件，元件下部為渦旋器（靜態(tài)混合器），可使高速流動(dòng)氣體形成強(qiáng)烈渦流并與液體快速混合，在汽液間達(dá)到非常高的接觸表面積。在元件上部，兩相通過(guò)旋風(fēng)分離器分離。由于該塔板效率非常高，因此對(duì)于相同處理量，采用該塔板的塔徑僅為采用常規(guī)泡罩塔板的1/2。其重量和總成本均為標(biāo)準(zhǔn)塔的1/5。
5、SuperFrac塔板
SuperFrac塔板是GLITSCH公司開發(fā)的系列專利產(chǎn)品，目前已有SuperFracⅠ~Ⅳ型、SuperFrac+型產(chǎn)品可供選用。塔板上的傳質(zhì)元件包括 2 種結(jié)構(gòu)的小圓形浮閥、降液管出口鼓泡裝置，降液管可以根據(jù)負(fù)荷的高低設(shè)計(jì)為扇形降液管、主降液管+輔降液管， 塔板搭接處設(shè)計(jì)有工藝篩孔，其中的Ⅳ型塔板包括5項(xiàng)專利技術(shù)。
SuperFrac塔板的兩相通過(guò)能力比常規(guī)篩板塔板和浮閥塔板的高20~40%，操作彈性可以達(dá)到4:1，具有高通量、低壓降、傳質(zhì)效率高等優(yōu)點(diǎn)，但該類塔板的開孔率較小。
另外，Nutter公司的MVG塔板工業(yè)規(guī)模和工業(yè)應(yīng)用表明，MVG塔板在不損失傳質(zhì)效率的情況下，比常規(guī)篩板塔板和浮閥塔板處理能力提筒15％-30％。其操作彈性比達(dá)到4：1，尤其適合于負(fù)荷變化較大的情況。MVG塔板一般可用于現(xiàn)有降液管和支撐設(shè)施，從而大幅減少停工改造時(shí)間。UOP公司在其MD塔板的基礎(chǔ)上改進(jìn)降液管設(shè)計(jì)，縮短塔板間距開發(fā)了ECMD塔板；UOP公司和Nutter公司MVG聯(lián)合開發(fā)的新型塔板ECMD-MVG塔板，使用UOP公司的降液管和Nutter公司的MVG鼓泡器。
國(guó)內(nèi)新型塔板
1、組合導(dǎo)向浮閥塔板
組合導(dǎo)向浮閥塔板是華東理工大學(xué)在1996年開發(fā)的專利技術(shù)，該閥吸取了條閥和導(dǎo)向篩板的各自特點(diǎn)，形成一種創(chuàng)新的組合條閥。它由矩形導(dǎo)向浮閥和梯形導(dǎo)向浮閥按適當(dāng)?shù)呐浔冉M合而成。
組合導(dǎo)向浮閥塔板的主要特點(diǎn)為：
①塔板上配有矩形和梯形導(dǎo)向浮閥，浮閥上設(shè)有導(dǎo)向孔，導(dǎo)向孔的開口方向與塔板上的液流方向一致。
②根據(jù)液流強(qiáng)度的大小或液體流路長(zhǎng)短適當(dāng)調(diào)節(jié)梯型浮閥和矩型浮閥的配比。
③浮閥在操作中不轉(zhuǎn)動(dòng)，浮閥無(wú)磨損，不脫落。
④塔板效率與F1型浮閥塔板效率相比提高 10%-20%；生產(chǎn)能力可提高20%-30%。
2、Super V型浮閥塔板
石油大學(xué)與北京設(shè)計(jì)院一起，在原來(lái)的HTV船型浮閥塔板的基礎(chǔ)上，獨(dú)家提出了浮閥填料化的開發(fā)思路，開發(fā)了Super V型系列浮閥塔板，試驗(yàn)室研究和初步工業(yè)應(yīng)用表現(xiàn)出了極為優(yōu)良的操作特性，具有廣泛的應(yīng)用前景。
浮閥采用 U 型帶翼結(jié)構(gòu)、閥體側(cè)翼開孔和開縫，提高塔板氣液接觸均勻性，防止浮閥結(jié)焦和結(jié)垢沉積。設(shè)計(jì)了側(cè)翼開孔的浮閥構(gòu)型，以適用于低等結(jié)焦、結(jié)垢體系，稱為Super V-1浮閥；設(shè)計(jì)了側(cè)翼開縫的浮閥構(gòu)型，以適應(yīng)于中等以上易結(jié)焦、結(jié)垢體系，稱為Super V-2浮閥。同時(shí)該塔板采用同抹斜式降液管出入口堰技術(shù)想結(jié)合，大大提高了降液管的液相通過(guò)能力。該類浮閥塔板效率較高，操作彈性較大，為4:1左右，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，并且制造成本較高。
3、ADV微分浮閥塔盤
ADV微分浮閥塔板是清華澤華公司與美國(guó)AMT公司共同開發(fā)的新一代浮閥塔板，它是在F1浮閥塔板的基礎(chǔ)上開發(fā)的。與傳統(tǒng)的F1浮閥塔板相比，塔從浮閥結(jié)構(gòu)、降液管結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行了一系列的改進(jìn)：
① 微分浮閥在閥頂開小閥孔，充分利用浮閥上部的傳質(zhì)空間，使氣體分散更加細(xì)密均勻，汽液接觸更加充分。
② 局部采用帶有導(dǎo)向作用的 ADV微分浮閥，消除塔板上的液體滯留現(xiàn)象，提高汽液分布的均勻度。
③ 采用鼓泡促進(jìn)器使整個(gè)塔板鼓泡均勻并降低液面梯度，從而提高傳質(zhì)效率。
④ 適當(dāng)改進(jìn)降液管，增加鼓泡區(qū)的面積。
⑤ 閥腿采用新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使浮閥安裝快捷方便，操作不易轉(zhuǎn)動(dòng)或脫落。
該類塔盤從傳質(zhì)效率、泄漏等方面得到了改進(jìn)，與導(dǎo)向浮閥塔板相當(dāng)；霧沫夾帶在中低速的空塔氣速下與F1相差不多；操作彈性不是很高，略低于SuperV 型塔板，但壓降與F1相當(dāng)。
4、DJ塔板
DJ塔板是浙江工業(yè)大學(xué)在八十年代末開發(fā)形成的一種新型塔板。DJ塔板繼承了MD塔板降液管的特色，并在結(jié)構(gòu)型式、通量和效率等方面有所創(chuàng)新、有所突破，形成了具有我國(guó)特色的新型塔板系列。
DJ-1型塔板是為了適應(yīng)特大液氣比的吸收操作而開發(fā)的。主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是采用寬型降液管。對(duì)降液管的根數(shù)和排列作改進(jìn)和優(yōu)化。隨著塔徑的增大和溢流量的增加，調(diào)整降液管的寬度和長(zhǎng)寬比，按等溢流強(qiáng)度原則來(lái)排列降液管；同時(shí)，兼顧各個(gè)溢流區(qū)的鼓泡面積分配合理。
DJ-2型塔板上設(shè)置了導(dǎo)流裝置，在相應(yīng)位置上開設(shè)導(dǎo)流孔，安裝導(dǎo)流板，改善液流的初始分布，使塔板上的液流接近于活塞流。
該類塔盤具有大通量和大處理能力的優(yōu)點(diǎn)，但不適用于液相負(fù)荷較小的體系；它的傳質(zhì)效率相對(duì)較低，與 F1 浮閥塔板相當(dāng)或略低。
5、噴射態(tài)塔板
噴射態(tài)塔板是在新型垂直篩板的基礎(chǔ)上開發(fā)的新型塔板，其以氣相為連續(xù)相，液相為分散相。新型垂直篩板是由日本三井造船株式會(huì)社于1968年前后開發(fā)成功的，自1980年始河北工業(yè)大學(xué)大學(xué)對(duì)其性能與結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入研究，并在天津大沽化工廠工業(yè)化應(yīng)用成功。
其原理如下：下層塔板上升的氣體由板孔縮流進(jìn)入罩內(nèi)，液體由帽罩底隙進(jìn)入罩內(nèi)，氣體將進(jìn)入罩內(nèi)的液體提拉，進(jìn)行拉膜、破碎、向罩頂撞擊，氣液混合物折返從帽罩側(cè)孔水平噴出，靠重力在塔板上部空間分離。該塔板汽液接觸劇烈，液體被破碎成很小的液滴，混合充分，傳質(zhì)表面巨大，傳質(zhì)效率高，且處理量大，操作范圍寬。
天津市創(chuàng)舉科技股份有限公司前身是河北工業(yè)大學(xué)的化工實(shí)驗(yàn)廠，繼承發(fā)展了垂直篩板塔的技術(shù)，經(jīng)過(guò)數(shù)十年的研究開發(fā)，形成了能夠適用于各種工況的系列化噴射態(tài)塔板技術(shù)：
（1） 新型垂直篩板
傳質(zhì)效率高，比F1浮閥高5%以上；處理能力大，可高出F1浮閥一倍以上；由于帽罩內(nèi)氣相和液相并流，不是穿過(guò)液層的，阻力降低，低于F1浮閥20%以上；抗堵塞能力強(qiáng)，高氣速下對(duì)固體顆粒、易自聚物料沖洗能力強(qiáng)；抗發(fā)泡消泡：鼓泡態(tài)易形成造泡，噴射態(tài)易撕碎液泡；幾乎無(wú)液泛。
（2） 徑向側(cè)導(dǎo)噴射塔板
部分液體順著流動(dòng)方向被噴射，降低液相返混，處理能力大、效率高。
（3） 低阻力膜噴射塔板
與徑向側(cè)導(dǎo)噴射塔板相比，具有更低的單板壓降。塔板上可設(shè)置冷卻盤管，以移除系統(tǒng)多余熱量?？苟氯芰?qiáng)，常用于污水汽提等易堵工況，可顯著延長(zhǎng)檢修周期。
（4）膜噴射無(wú)返混塔板
液相不返混，傳質(zhì)后液體被導(dǎo)流至下層塔板，塔板上液體無(wú)濃度梯度，整層塔板具有統(tǒng)一的傳質(zhì)推動(dòng)力。
（5）分隔流無(wú)返混噴射塔板技術(shù)
液相不返混，氣液兩相逆流接觸，消除塔板上的液面梯度、濃度梯度、溫度梯度，多降液管，適用于大液量、易發(fā)泡、難分離物系，如碳四深加工行業(yè)。
（6）全逆流無(wú)返混噴射塔板技術(shù)
全逆流無(wú)返混噴射態(tài)塔板是我公司經(jīng)過(guò)多年的不懈努力，在噴射態(tài)塔板基礎(chǔ)上成功研發(fā)出的新一代塔板分離技術(shù)。對(duì)板式塔的技術(shù)進(jìn)步具有里程碑的意義。
該術(shù)利用逆流接觸改變了板式塔百年以來(lái)一直沿用的錯(cuò)流接觸形式，逆流接觸極大提升了塔板上氣液傳質(zhì)、傳熱推動(dòng)力。
目前該技術(shù)已成功應(yīng)用于碳四分離、甲醇精餾、脫苯等裝置中，與傳統(tǒng)塔板相比凸顯了其優(yōu)異性能。去年三月份在美國(guó)石油城舉辦的國(guó)際精餾會(huì)議，該項(xiàng)技術(shù)得到了大會(huì)主席和FRI精餾中心專家的高度認(rèn)可。
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