新型精餾塔填料、塔內(nèi)件的開發(fā)應(yīng)用

崔曉慧，趙亞南

（1.山東省醫(yī)藥工業(yè)設(shè)計院，山東濟(jì)南 250100；2.匯智工程科技股份有限公司，山東濟(jì)南 250100)

化工生產(chǎn)是一項復(fù)雜工作，實際生產(chǎn)作業(yè)具有高事故率和獨特性等特點。若在生產(chǎn)期間發(fā)生事故，會造成嚴(yán)重后果。因此，在化工生產(chǎn)期間，要想實現(xiàn)全程合理控制，要采取合理措施進(jìn)行處理，同時，還要從實際情況出發(fā)，加強(qiáng)對新型精餾塔填料、塔內(nèi)件的開發(fā)，通過合理方式對其進(jìn)行應(yīng)用。

1 精餾塔定義

蒸餾塔是一種用于精餾的塔式汽液接觸裝置，分為填料塔和板式塔兩種不同類型。依據(jù)操作方式上的差別，可以分為間歇精餾塔和連續(xù)精餾塔兩種不同類型。一般來說，蒸汽會從塔的底部進(jìn)入到塔內(nèi)，而蒸發(fā)氣相會與下降的液體接觸，兩項接觸中下降液中易揮發(fā)分會不斷朝著氣相方向轉(zhuǎn)移，氣相中難揮發(fā)分會不斷向下降的液相中轉(zhuǎn)移[1]。從實際生產(chǎn)情況來看，越接近塔頂氣相，易揮發(fā)的組分濃度也就越高，而下降液接近塔底，則會富集大量的難以揮發(fā)的組分，進(jìn)而實現(xiàn)分離不同組分的目的。塔頂上升氣相會進(jìn)入到冷凝器中，部分冷凝液體會回流到塔頂，重新進(jìn)入精餾塔中，其余部分將成為餾出液，最終會被采出。從塔底流出的一部分液體會被再送到再沸器中，對其進(jìn)行再次加熱，形成蒸發(fā)相，進(jìn)而返回到塔中，而其余部分液體則被當(dāng)殘液取出[2]。此外，在對簡單蒸餾進(jìn)行分析基礎(chǔ)上，比較和引申了精餾操作原理以及相應(yīng)方法，掌握簡單蒸餾和精餾兩者間的區(qū)別，從而促進(jìn)我國化工行業(yè)的發(fā)展。

2 網(wǎng)孔波紋填料

二十世紀(jì)八十年代，我國具有公司生產(chǎn)了SW型網(wǎng)孔波紋填料，該類型填料在具體應(yīng)用期間的優(yōu)點主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1）提升了精餾塔內(nèi)不同液體之間的分離效率，氣體通量與絲網(wǎng)填料相比，前者要大很多。

2）其強(qiáng)度與絲網(wǎng)填料相比，要高很多，能夠滿足不同工況精餾塔應(yīng)用需求。

3）針對介質(zhì)不同的化工液體來說，可以采取不同類型的抗腐蝕金屬板材，使精餾塔內(nèi)件的使用壽命得到延長，解決精餾塔內(nèi)件在應(yīng)用期間遇到的易損害、易腐蝕、壽命短等各種問題。

大量的實際經(jīng)驗表明，在規(guī)格相同的一層精餾塔中，與壓孔填料和孔板填料相比，采用網(wǎng)孔波紋填料能源消耗量能夠減少約30%，在精餾塔中對網(wǎng)孔波紋填料進(jìn)行應(yīng)用，能夠使精餾塔在運行期間的蒸餾效率提升約30%，而蒸汽能源消耗量減少約30%。此外，在設(shè)計精餾塔時，對塔直徑、塔高都可以依據(jù)網(wǎng)孔填料的性能完成相應(yīng)設(shè)計，依據(jù)實際情況，完成相應(yīng)的計算及設(shè)計，從而減少精餾塔制造時的原材料消耗量，而且也使精餾塔在應(yīng)用期間的分離效率得到了進(jìn)一步提升。

3 精餾塔內(nèi)件再分布器

精餾塔內(nèi)液體再分布器的種類有很多，常的類型有通氣管式、槽式、盤式等。盤式、槽式是通氣量較大的兩種類型，其經(jīng)常被應(yīng)用。從實際情況來看，在精餾塔內(nèi)無論選擇何種類型的分布器，都要解決下列幾項技術(shù)問題：

1）避免精餾塔內(nèi)出現(xiàn)氣體偏流情況。

2）避免精餾塔內(nèi)液體出現(xiàn)塔壁流情況。

3）避免塔內(nèi)出現(xiàn)氣流死角，以及部分區(qū)域不存液情況。

在對精餾塔進(jìn)行應(yīng)用時，為了使上述各項技術(shù)問題得到解決，研發(fā)了托盤式液體收集再分布器，在槽式再分布器的基礎(chǔ)上加以改良和優(yōu)化，其具有槽盤式分布器在應(yīng)用期間的各項優(yōu)點，同時在塔壁周圍設(shè)置了氣體通道，使沿塔壁一圈填料層內(nèi)的氣液得到了充分交換。該方法解決了精餾塔壁流現(xiàn)象，提高了精餾塔在使用期間的分離效率，減少了塔壁溫差，確保了精餾塔內(nèi)溫度平穩(wěn)，不會出現(xiàn)突發(fā)改變，保證了氣液體平衡穩(wěn)定。為了能夠更好地將托盤式再分布器應(yīng)用到具有入口的塔器中，相關(guān)工作人員開發(fā)了分塊托盤式再分布器，該類型的再分布器連接方式獨特、牢固，在高溫環(huán)境下，不會發(fā)生嚴(yán)重變形，而且安裝起來十分簡單。在精餾塔內(nèi)，能夠通過再分布器調(diào)節(jié)塔內(nèi)壓差，通過塔內(nèi)壓差梯度變化，可以使塔內(nèi)氣體的整體分布變得更加均勻，從而獲取最佳狀態(tài)，進(jìn)而確保精餾塔在運行時的高效性、節(jié)能性，使精餾塔能夠滿足應(yīng)用需求，確保化工企業(yè)生產(chǎn)作業(yè)的順利進(jìn)行。

4 精餾塔的分類

4.1 依據(jù)材料類型進(jìn)行精餾塔分類

依據(jù)材料類型的不同，精餾塔可分為不銹鋼精餾塔、石英玻璃精餾塔、不銹鋼聚四氟塑料襯里精餾塔等類型。石英玻璃精餾塔指的是利用石英玻璃材料制造而成的精餾塔，石英玻璃材料在實際應(yīng)用期間具有良好的耐腐蝕性。通過對石英精餾塔精餾提純四氯化硅或三氯氫硅的研究發(fā)現(xiàn)，使用石英材質(zhì)的設(shè)備不會造成嚴(yán)重污染，通過對其進(jìn)行應(yīng)用，可以完成對產(chǎn)品的提純，最終能夠獲取高精純的產(chǎn)品。也正是因為如此，我國在生產(chǎn)電子材料期間，加強(qiáng)了對石英玻璃篩板塔的應(yīng)用，并且從具體應(yīng)用情況來看，也取得了不錯的應(yīng)用效果。

近幾年，我國電子工業(yè)得到了快速發(fā)展，人們對硅材料的需求不斷增多，這也加大了硅材料生產(chǎn)量，這就對精餾塔設(shè)備材料提出了更高的要求，只有性能良好的精餾塔才能滿足生產(chǎn)需求。石英玻璃自身性質(zhì)十分脆弱，這對其應(yīng)用造成了一定限制，主要應(yīng)用在小型精餾塔中，目前無法滿足工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)需求，因此，石英玻璃被高純度不銹鋼取代，而且從具體應(yīng)用情況來看，也取得了不錯效果。為了解決不銹鋼精餾塔在應(yīng)用期間容易污染被提純物這一缺點，研制出了不銹鋼聚四氟塑料襯里精餾塔。從實際情況應(yīng)用來看，聚四氟塑料對三氯氫硅或四氯化硅的沾污與不銹鋼相比更少，能夠大幅度提高產(chǎn)品純度，進(jìn)而使精餾產(chǎn)品質(zhì)量能夠得到進(jìn)一步提升，滿足應(yīng)用需求。

4.2 依據(jù)構(gòu)造不同進(jìn)行分類

4.2.1 填料塔

填料塔指的是將填料放置在塔柱中間的精餾塔。在填料塔中，氣體從塔底進(jìn)入塔內(nèi)，然后氣體向上流動，塔頂回流的液體向下流動，氣液兩相在填料層進(jìn)行傳質(zhì)接觸?？梢?，填料性能和質(zhì)量十分重要。從實際生產(chǎn)情況來看，填料比面積越大越好，對氣體的阻力則是越小越好，同時，填料要具有足夠的化學(xué)穩(wěn)定性和強(qiáng)度。在生產(chǎn)多晶硅時，常用的填料都是由四氟塑料或不銹鋼制造而成的。采用細(xì)薄壁石英玻璃管可以制作更適合多晶硅生產(chǎn)的填料。石英玻璃填料阻力小、表面大、化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)，而且強(qiáng)度能夠滿足應(yīng)用需求。石英玻璃就是硅材料制作而成的，因此，在生產(chǎn)中對其進(jìn)行應(yīng)用，不會沾污三氯氫硅或四氯化硅。

4.2.2 板式塔

板式塔主要分為舌形塔、篩板塔等多種類型，但是，在生產(chǎn)多晶硅中，常用板式塔為篩板塔。在采用篩板塔進(jìn)行生產(chǎn)時，塔內(nèi)回流液體會向下流動，篩板塔會起到一定阻擋作用，此時，在篩板上會形成液體層；從塔底進(jìn)入到塔內(nèi)的氣體，會不斷向上流動，氣體經(jīng)過篩孔進(jìn)入到液體層中鼓泡，在篩板上氣液相會充分接觸。篩板上液層厚度受降液管控制，當(dāng)液層厚度大于降液管高度時，液體會降落到下層塔板，進(jìn)而使液體層厚度能夠保持相對穩(wěn)定狀態(tài)，確保生產(chǎn)作業(yè)順利進(jìn)行。

5 結(jié)語

經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人們提高了對化工業(yè)發(fā)展的重視。新型精餾塔填料、塔內(nèi)件是化工生產(chǎn)中常用的內(nèi)容，因此，要加強(qiáng)對這些內(nèi)容的研究，促進(jìn)化工行業(yè)發(fā)展，提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。