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摘要：经济全球化的日益加深及各生产领域生产装置大型化趋势的不断加剧在给化工塔器带来极大发展机遇的同时，也向其提出了更高的技术要求，就目前而言，虽然化工塔器已逐渐在石油炼制、医药工业以及化学工业等领域得到了较为广泛的应用，并发挥着越来越重要的作用，但是，由于其自身构造的特殊性，因此，其在设计过程中依然存在着若干问题。基于此，本文就乙醇生产所使用的化工塔器的设计问题进行了探究，旨在进一步完善化工塔器设计，使其能够在生产过程中充分发挥自身优势，并为相关人士提供一定的科研参考意见。
关键词：化工塔器；设计；若干问题
1、初馏塔进料层的浓缩效应问题
由于初馏塔进料温度相对较低，因此，在实践工作中，初馏塔板上的醪液酒精浓度普遍存在增高现象，从而在极大程度上影响着初馏塔顶所导出的酒精蒸气浓度（即浓缩效应），进而影响到整个蒸馏与精馏过程，因此，必须采取科学、有效的方法解决初馏塔进料层的浓缩效应问题。
例如：①当进料温度较低时，由于进料板上具有一定的蒸汽凝缩作用可导致酒精浓度有所增加，反之，酒精浓度则会有所下降，因此，可将此现象作为提高初馏塔耗竭性能的依据，根据实际情况，适当采取高温进料的方式，虽然初次将此方法应用于实践生产过程中时，可能会出现一定的异常现象，但是，却可以在极大程度上实现节能目标，因此，要求有关操作人员在进行高温进料时，必须对工况进行及时调整，使其能够与整体机组有机结合一起。②由于以糟液热量进行二次预热时，其排出的糟液温度将由100℃~110℃下降至80℃~85℃，因此，可对热量进行大量回收，以此在一定上消除烟雾弥漫与酸气扑鼻等现象，此外，还可利用回收的热量对锅炉进水进行预热。
2、入塔前的物料状态与条件问题
在进行有关蒸馏设计工作时，必须对物料入塔前的状态与条件问题进行充分考虑，由于此问题涉及的因素较多，不易一一阐述，因此，本文重点从进料温度因素进行阐述。
由于进料温度与节能效果主要呈正相关关系，因此，无论是过冷液体还是过热蒸汽均可作为进料状态，并在一定程度上影响着塔的热平衡，促使冷凝器与加热器的装备状况与负荷平衡程度等产生相应变化。为有效改善此情况，并在一定程度上降低能耗与操作费用等，可根据实际情况，在有效保证整体机组稳定性与产品质量的基础上，通过采用近沸点、全蒸汽以及泡点等进料方式。此外，在酒精蒸馏方面，还可以以汽相进料方式替换传统的液相进料方式，以此有效规避因于塔顶上配备冷凝热交换装置而引起的大量能源消耗问题，并降低设备的资金投入。
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在乙醇蒸馏方面，虽然为了有效实现节能目的，已逐渐将初馏塔的原始进料温度40℃~60℃提升到70℃，但是，却依然无法达到最佳的节能效果，因此，在实践设计过程中，应充分使用近沸点进料方式，该方式的作用机理主要为：在充分利用精塔与醛塔塔顶导出并在一定程度上冷凝了部分酒精蒸汽预热物料后，以套管式热交换器对物料进行二次预热，使其温度达到88℃~94℃的同时，以CO2分离器对已接近沸点的物料进行低沸物超前分离。在进行乙醇蒸馏时，由于在制糖环节中不得不添加一定的石灰，当其与糖蜜中的钾成分产生一定化学反应后，便可生成污垢的主要成分K2SO4?CaSO4?H2O，加上硫酸钙的溶解度特性与温度呈负相关关系，当温度较低时，其溶解度将相应增大并产生大量不易清除的沉降物，此外，当其与乙醇接触时，还会产生化学反应而形成垢，因此，在进行糖蜜发酵醪处理过程中，极易在短时间内产生结垢现象，在极大程度上影响着蒸馏进料量与乙醇产量，严重时，甚至会导致无法正常开展蒸馏工作，所以只有将老式泡罩板塔替换成SD型塔板式初馏塔（即在S型塔板的设计基础上改良而成的具有较好抗污性能与节能效果，且主要应用于装备处理污秽物系的初馏塔塔板），并充分采用于近沸点状态下进料的方式，才能有效改善结垢状况、降低能耗以及提高质量与产量等。
3、塔板上滞缓区与死区问题
3.1常用塔板的流体动力学状况
塔板性能主要以塔板上的流体动力学状况衡量，不同的塔板结构，其流体动力学状况也就不同。通常情况下，可将塔板上矩形区域内的液体视为均匀流动分布，即恒流速区，而其两旁的弓形区域，则可假定其不存在流速或只存在极为缓慢的液体循环，即滞止区。就一般情况而言，由于当滞止区内不存在任何新液体补充时，其只能通过极为有限的涡流进行传质扩散，因此，即使有气体从相互重叠的滞止区进入塔顶时，其浓度也不会发生明显变化，但是，其却会降低塔板与全塔的效率，促进塔操作的恶化性，值得注意的是，塔径与滞止区对塔的影响程度呈正相关关系，即塔径越大，滞止区对塔的影响越重，反之，则越轻。
3.2有效改善塔板滞缓区与死区的方法
为了有效改善塔板滞缓区与死区问题，诸多科研人员均对该问题进行了大量的调查、试验以及研究，本文通过总结多年来的探究经验，得出了以下几点体会。
3.2.1完善S型塔板
最初的S型塔板主要应用于化学工业与石油炼制等生产过程的蒸馏与吸收操作中，而后才被逐渐应用于乙醇生产领域中，虽然通过对其结构的研究，发现除了鳞型塔板具有一定的良好蒸馏效果外，其余塔板等均未能达到预期的蒸馏效果，但是，S型塔板却存在其优势，即汽液可进行单流向并流接触，并不断朝溢流管方向推进物料，而当物料中存在较大固体物时，却会导致塔板堵塞，因此，必须对S型塔板改良与完善。
3.2 SD型塔板
SD型塔板是S型塔板的改良版，其在充分吸收与综合S型板与普通泡罩塔板等优点的基础上，以实现投资少、操作简便、提高抗污性以及降低耗能等目标作为设计总要求，力求打破传统泡罩板设计理念的新型产品。SD型初馏塔设计理念主要为：首先，将统一的S型元件应用于全塔每块塔板上，以此构成只占塔截面积55%～65%的“方阵”形中央主传质区，并于其两侧位置放置D型元件，构成副传质区。其次，加大S型元件的转向弧度，使D型元件两端具有一定弧度，并呈流线形分布，同时还应降低两者的高度，降低D型元件的耗能性。再次，减少物料停留时间的同时，避免出现物料重复加热现象，并分别采用大面积升气方式与弓形降液装置蒸馏处理。最后，根据实际塔径与SD元件高度，适当加大降液管下端到塔板的距离。
结束语
综上所述，在经济全球化不断发展与各生产领域生产装置不断沿着大型化方向发展的当下，要想使化工塔器依然能够得以快速发展与充分利用，就对其设计方面存在的问题，尤其是初馏塔进料层的浓缩效应问题、入塔前的物料状态与条件问题以及塔板上滞缓区与死区问题等进行深入探究，并找出相应的解决方法，使其能够在各生产领域的生产过程中得以充分发挥自身优势，提高生产效率。
参考文献
[1]叶日新.化工塔器设计问题[J].化工设备与管道2011.
[2]《塔器的工程设计及应用》设计手册已出版[J].化学工程.2010.
[3]唐鑫辉.基于UG的化工塔设备参数化CAD/CAM系统研究与开发[D].河北科技大学2010，（12）.
论文作者:王军
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第20期
论文发表时间:2017/12/29
标签：进料论文; 物料论文; 乙醇论文; 温度论文; 死区论文; 化工论文; 板上论文; 《建筑学研究前沿》2017年第20期论文;