精馏塔压降的计算

任苗苗

山东豪迈化工技术

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引言

精馏塔是进行精馏操作的一种塔式汽液接触装置。有板式塔与填料塔两种类型。根据操作方式又可分为连续精馏塔与间歇精馏塔。精馏塔的压降是精馏塔操作过程中的一项重要参数，直接反映塔的操作是否处于正常状态，关系精馏塔的分离效率及产品质量。因此，塔压降的计算是精馏塔设计过程中的重要环节。

图1 精馏塔工作原理

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压降的构成

精馏塔的压降主要是指塔顶与塔底的压力差。在精馏塔操作中，上升的气流通过塔板时需要克服以下几种阻力：塔板本身的干板阻力、板上充气液层的静压强，以及液体的表面张力。 气体通过塔板时克服这三部分的阻力就形成了该板的总压强降。对于固定的塔来说，在正常操作中，塔压力降主要随上升气体的流速大小而变化，有经验表明，塔压力降与气体流速的平方成正比。

1.1

干板压降

干板压力与填料类型、填料尺寸、装填方式、塔内件结构尺寸有关，与操作无关。因此，这部分的压力在选定塔板类型、填料类型及塔内件的结构之后，就已经确定了。

对于浮阀塔板，其干板压降随空塔气速的提高而增大。

如图，在区域Ⅰ，全部浮阀处于静止状态，气体由阀片与塔板之间由定距片隔开的缝隙通过。缝隙处的气速与压降随气体流量的增大而上升。随后，气速增至A点，阀片开始升起。浮阀开启的个数及开启度随气体流量不断增加，直至所有浮阀全开 (B点)，气体通过阀孔的气速变化很小，压降上升缓慢。在区域Ⅲ中，气体通过浮阀的流通面积固定不变，阀孔气速随气体流量增加而增加，且压降以阀孔气速的平方快速增加。

图2 干板压降与空塔气速的关系

1.2

液层阻力压降

气体通过液层的阻力损失由以下三个方面构成：

(1) 克服板上充气液层的静压；

(2) 气体在液相分散形成气液界面的能量消耗；

(3) 通过液层的摩擦阻力损失。

其中克服板上泡沫层静压所造成的阻力损失占主要部分。

板上液层的静压降与液层的厚度有关。而液层厚度，主要受上升的气流量及下降的液流量控制。具体到塔的操作，与塔的进料量及回流量有关。

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压降对塔分离

效果的影响

塔压降是塔设计中的重要参数，气体通过塔板压强降的大小决定了塔的动力消耗。

对于已经设计好结构的精馏塔，压降主要与气相负荷及液相负荷有关。压降大，表明气液相传质时间较长，气液混合比较好，能提高分离效率，但容易造成液泛，加大了塔的能量消耗。压降小，气液相传质时间短，气液混合不好，容易造成漏液，达不到分离效果。所以，在精馏塔操作中，压降过大或过小都意味着塔的不正常操作，从而降低塔分离效率，严重时还会导致生产事故。

压降过大或过小对应的不正常操作主要有两种情况：液泛和漏液。

填料塔的压降一般小于板式塔的压降。填料层压降主要由内件压降和填料压降构成。塔内件除大塔的气体分布装置必须有一定阻力外，其它塔内件设计时尽量考虑低阻力，这些内件的压降往往可以忽略。对于结构复杂、阻力大的塔内件，在真空精馏时，也必须考虑其压降。填料层的压降，与选用填料的类型、尺寸及材质有关。填料制造厂家，应根据填料性能的实测数据及性能曲线。填料层压降可从有关填料的性能曲线得出，然后根据操作条件作必要的修正。

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浮阀塔板压降

计算方法

F1型重阀的塔板压降计算过程如下：

浮阀的操作性能以板上所有浮阀处于刚刚全开时候的情况为最好。这时候，塔板的压降较小，操作弹性较大。根据工业生产装置的数据，对于F1型重阀而言，当板上所有浮阀刚刚全开时，F₀的数值通常在9~12之间。

图3 浮阀塔板

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结论

化工精馏装置的压降是精馏生产过程的重要控制指标，对于装置的平稳运行有重要的作用。在进行精馏塔设计时，在完成工艺设计及塔板设计的基础上，应该对压降进行严格的验算，确保塔压降在合理范围内，从而保证整个塔设计的可靠性。

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参考文献

[1] 管国锋，化工原理（第三版）.北京：化学工业出版社，2008

[2] 黄少烈，邹华生. 化工原理. 北京：高等教育出版社，2002

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