产品介绍

填料塔是一种常见的化工设备，用于进行气体和液体的传质和反应。它由一个塔身和内部填料组成，通过气液分布器将气体和液体均匀地分布在填料上，以增加气液接触面积，提高传质效果。

填料塔的设计和选择填料种类非常重要，它们直接影响塔的传质效率和能耗。常见的填料种类有环形填料、波纹填料和球状填料等。填料的选择要考虑气液流量、粘度、表面张力等因素，以及填料间的堵塞和液体振荡等问题。

在填料塔中，气液分布器起着至关重要的作用。它能够将进入塔的气体和液体均匀地分布到填料上，以使气体和液体充分接触。常见的气液分布器有喷嘴式、槽式和盘式等。喷嘴式气液分布器通过喷嘴将气体和液体喷射到填料上，槽式气液分布器通过槽和孔将气体和液体均匀分布在填料上，而盘式气液分布器则通过盘和孔将气体和液体分布在填料上。选择适合的气液分布器可以提高填料塔的传质效率和稳定性。

此外，填料塔还需要考虑液体收集和排除的问题。在塔顶部设置液体收集器和排液管道，可以将顶部液体收集并排除，以保持塔内液位的稳定。

填料塔在化工生产中有着广泛的应用，如石油炼制、化学品生产等领域。它的设计和优化可以提高生产效率和降低能耗，对于实现工艺优化和节能减排具有重要意义。随着科技的不断进步，填料塔的设计和运行也在不断改进，以满足不同工艺和生产需求。

填料塔作为一种重要的化工设备，其设计和运行对于化工生产具有重要的意义。通过合理选择填料和气液分布器，并进行优化设计和操作，可以提高填料塔的传质效率和稳定性，进而提高生产效率和降低能耗，为化工行业的发展做出贡献。

填料塔气液分布器优化设计

1 填料塔气液分布器优化设计原则

目前，填料塔中常用的气液分布器有数十种，随着填料塔技术的发展，它们也在不断改进和发展。其中，槽式、管式、喷嘴式和盘式是在填料塔中应用较广泛的气液分布器类型。然而，目前国内外尚未形成一个完善的气液分布器优化设计指导原则，导致填料塔硬件优化效率相对较低。造成这种情况的主要原因可以归结为以下两点：，由于需要保护知识产权和经济利益，各个公司通常不愿意公开其高水平的专利气液分布器设计；第二，国际上还没有一个具有足够权威的机构来领导制定一个优化硬件模型。因此，目前需要在填料塔气液分布器的设计和优化方面加强研究，以提高填料塔的效率和性能。

2 填料塔气液分布器优化设计原则详解

2.1 塔顶回流槽优先、抗堵槽盘或喷嘴
为了避免堵塞和液沫挟带，填料塔塔顶回流分布器应优选带有管式预分布器的二级槽式液体分布器。这种设计可以方便安装和检修，并有效防止液沫挟带。其他类型的液体分布器不适合此方式，例如槽盘式和筛孔盘式液体分布器需要更高的安装空间和额外的人孔，而管式液体分布器的液体均匀性较差，喷嘴式液体分布器容易产生液沫挟带，增设捕沫器会导致设计复杂化。

2.2 抗堵槽盘或喷嘴
如果某一段填料的液体分布器容易堵塞，优选槽盘式气液分布器或螺旋喷嘴式液体分布器。槽盘式气液分布器是一种重力式液体分布器，它解决了空间高度不足和堵塞的问题。由于喷淋孔位于升气管的上部，设计液位只能在小孔上方，因此重脏物沉积在盘底，小孔以下的空间可存放大量重脏物，而轻脏物漂浮在液层表面，小孔很难被堵塞。螺旋式液体分布器是一种压力式液体分布器，快速流动的液体使其具有抗堵塞的能力。

需要注意的是，如果液体经常发生聚合或缩聚，槽盘式气液分布器的喷淋孔也容易堵塞，此时需要改用喷嘴式液体分布器。

2.3 集液布液出侧线，优选槽盘是关键
在常减压蒸馏装置中的减压塔和常压塔都是多侧线塔。以往，多侧线塔通常使用集油箱来收集液体和采出侧线，液体分布采用二级槽式液体分布器。

我们之所以选择槽盘式气液分布器，是因为它同时具备槽式液体分布器和集油箱的功能。它可以实现液体收集、液体分布、气体分布和侧线采出四种功能，并且占用空间较少，投资成本较低，因此具有较强的竞争优势。
2.4 液位太低难以控制，外流盘槽换槽盘
对于常减压蒸馏装置中的减压塔来说，减压塔的分馏段喷淋液体通常具有较低的密度，甚至低至0.3～1.2m3/(m2·h)，喷淋孔上的液位高度只有20～40mm。在这种情况下，槽盘式气液分布器的侧线采出量会稍微增加，喷淋孔上的液位会迅速下降。这会导致喷淋密度减小，容易出现填料“干板”的现象，较终导致堵塞。因此，如果槽盘式气液分布器的液位高度不足，将给控制带来很多困难。

为了确保回流量的稳定，可以将槽盘式气液分布器改为盘槽式气液分布器，并将已采出的液体分离一部分，以外回流的方式定量地送回盘槽式气液分布器，然后均匀分布到下部填料上。这样可以进一步提高回流量的稳定性。
2.5 集液分布无侧线，筛盘和槽盘的选择
乙苯/苯乙烯分馏塔采用的是中部进料的方式，产品通过塔顶和塔底放出。整个过程中没有采用侧线采出，填料塔共有六七段填料层，是典型的多段填料塔。在塔顶设置了槽式液体分布器作为回流分布器，其他部分的集液-再分布器采用槽盘式或筛孔盘式液体分布器。这两种分布器在液体收集效果上比采用"二级槽式液体分布器和斜板式收集器"更好，同时在气体分布方面更均匀，所占用的空间高度更低，成本也更少。
2.6 循环优先选热段，优选盘槽以及喷嘴盘槽管
在填料塔中，常常使用循环选热段。例如，在炼油装置中的常减压蒸馏塔中有减一中循环段、减二中循环段、常一中循环段、常二中循环段；在乙烯汽油分馏塔中有急冷油循环段、中质油循环段等。在过去，这些循环段通常采用集油箱加上二级槽式液体分布器的方式。然而，这种形式存在一些问题，例如占用空间高度过高且未能充分发挥淋降传热作用。

随着科技的发展和技术水平的提高，出现了盘槽式和盘槽管式气液分布器，完全取代了传统的集液盘加二级槽式液体分布器的模式。盘槽式和盘槽管式气液分布器具有占用空间高度低且能充分发挥淋降传热作用的优势。例如，在大港准8200燃料油型减压塔的生产过程中，1米高的淋降空间就能产生约10℃的传热温差。

因此，盘槽式和盘槽管式气液分布器的应用使得填料塔中的循环选热段能够更加高效地运行。
2.7 小采下边设循环，新荐环槽共槽盘
在填料塔的下部需要设置集液器，从中采出一部分液体（约5~10%）。如果还需要在集液器下方增设循环取热段，较好选择槽盘和环槽相结合的方式。例如，在乙烯装置汽油分馏塔的分馏段下方需要采出一定量的柴油，这时就需要设计集液器。在该集液器的下方有中质油循环段的液体分布器，根据相关原则需要选择盘槽式气液分布器。这种分布器既可以全集液而只采出其中一部分，又可以进行液体的混合和再分布。由于侧线采出量很小（约5%左右），所以不需要采用全集液型的液体收集器，只需要设计一个占集液量约20%的环槽即可满足采出的需求。然后只需在下方增设一个槽盘式气液分布器，这样能大大简化设计。
2.8 填料上面是塔盘，优选盘槽、盘槽管
塔盘/填料的复合塔在应用中非常广泛。在过去，较常用的是二级槽式液体分布器，直到盘槽式气液分布器和盘槽管式气液分布器相继出现后，才取代了二级槽式液体分布器，成为这种情况下的较佳选择。
2.9 填料下面是塔盘，梁挂一盘挺圆满
对于填料/塔盘复合塔，在全塔理论板数不足时，较佳的方式是在支撑填料的工字钢梁的下横翅上添加一层塔盘，并且添加的塔盘要与下面的塔盘相匹配。
2.10 常规盘下穿流板，连创盘槽、盘槽管

在某些情况下，在板式塔中可能会出现常规塔盘/穿流塔盘的复合塔盘。当全塔的设计理论板数不足时，可以考虑在两块塔盘之间增设一个液体分布器。例如，在设计汽油分馏塔时，为了确保常规塔盘板及降液管不被分馏段下部的聚合物堵塞，将下面的几层塔盘换成了穿流筛板，从而形成了穿流筛板与浮阀塔盘的复合塔盘。在这种情况下，盘槽式气液分布器和盘槽管式气液分布器这两种技术相继出现，其中，盘槽式气液分布器目前已广泛应用于减压塔的循环段中。
2.11 设计改造节空间，新连通槽有新效
长久以来，针对理论板数较高的精馏塔，一直追求节省空间高度的集液再分布器，以降低塔高为目标。新连通槽式液体分布器应运而生，正是在这种要求下诞生的。

传统的连通槽式液体分布器虽然具有占用空间高度不高的优点，但缺点是它不能收集液体。

新连通槽式液体分布器在保留传统连通槽式液体分布器功能的同时，增加了收集液体的功能。它主要用于液体的收集和再分布、侧线采出以及液体进料等。
2.12 闪蒸进料属高难，管式、槽式麻烦多
在填料塔的闪蒸进料中，常常会出现两个问题：①液沫挟带现象严重；②液体难以均匀分布。

如果选择排管式液体分布器，其存在较大的压力下降，并且液体分布不均匀。即使改用带有闪蒸室的槽式液体分布器，在槽的上部设置多孔闪蒸室，仍然难以有效阻止液体飞溅，液体位置不稳定，难以均匀分布。在严重情况下，甚至可能将槽冲翻。这种现象在工程实践中经常发生。

目前常用的解决方法是在液体分布器的下部设置槽盘式气液分布器或筛孔盘式液体分布器，并在上部添加用于气液初始分布的分布器。如果条件允许，还可以在塔的外部设置一个闪蒸罐，使气液分别闪蒸后再进入塔内，可以发挥更好的效果。

3 填料塔气液分布器优化设计原则的工业应用

如果一项新发明具有良好的实用效果，那么它必定会得到广泛应用。在现代社会高度重视创新科技的背景下，填料塔气液分布器优化设计原则的推广无疑将为我国的科技发展做出巨大贡献。

在1990年之前，减压塔中的液体分布器基本上只有两种形式：喷嘴和二级槽式液体分布器。然而，1990年后，槽盘式气液分布器成功应用于减压塔中。

自2004年盘槽式气液分布器成功应用于减压塔之后，减压塔的气液分布器开始按照优化设计原则进行改进。减压塔的液体分布器可以分为三种形式：二级槽式液体分布器（顶循环段）、槽盘式气液分布器（各分馏段、净洗段、气提段）、盘槽式气液分布器（减一中、减二中）。

为了进一步发展和提升塔器技术，迫切需要进行塔器硬件系列优化设计的研究工作。填料塔气液分布器优化设计的主要目的是为塔器硬件的优化提供基础，并在一定程度上促进气液分布器行业的发展。它与工艺模拟软件有很多相似之处，都能对塔器工程技术的现代化发展起到积很作用。