李群生，郭　凡，張武龍，崔　僑

(北京化工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，北京100029)

隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)的不斷發(fā)展，各企業(yè)對(duì)氣液傳質(zhì)設(shè)備提出了許多新的要求，效率高、通量大、能耗低的塔器設(shè)備也越來越廣泛地受到了人們的關(guān)注。近些年來，北京化工大學(xué)在塔板改進(jìn)方面做了大量的工作，通過對(duì)包括篩板塔板在內(nèi)的多種類型塔板進(jìn)行深入細(xì)致研究，在發(fā)揚(yáng)傳統(tǒng)篩板塔板結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低廉等特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合塔板上流體力學(xué)與傳質(zhì)學(xué)的一系列研究成果，進(jìn)行塔板結(jié)構(gòu)優(yōu)化，克服其漏液點(diǎn)高、效率較低的缺點(diǎn)，開發(fā)出了一種新型高效導(dǎo)向篩板。高效導(dǎo)向篩板具有生產(chǎn)能力大、塔板效率高、結(jié)構(gòu)簡單、塔板壓降低、造價(jià)低廉、維修方便等特點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用到化工、化纖、石化、輕工等多個(gè)行業(yè)的1 000余座塔器設(shè)備中，所應(yīng)用的物系包括甲醇與水體系、乙醇與水體系、醋酸與醋酸乙烯體系、醋酸甲酯-醋酸乙烯-水混合體系、聚醋酸乙烯-醋酸乙烯-甲醇混合體系、乙炔-乙醛-醋酸乙烯混合體系、三氯氫硅-四氯化硅體系、乙苯-苯乙烯體系以及碳五分離體系等［1］。

1　高效導(dǎo)向篩板的開發(fā)思路

圖1　傳統(tǒng)塔板上的液面梯度Fig．1　Gradient of liquid level of traditional trays and the high efficiency flow-guided sieve tray

液體在傳統(tǒng)的精餾塔板上流動(dòng)時(shí)，在液流的上、下游之間存在著較大液面梯度，如圖1a)所示，它是推動(dòng)液體在塔板上流動(dòng)的動(dòng)力，且液體黏度越高，液面梯度越大。對(duì)于高黏度物料的精餾分離，上游液面易升高達(dá)上層塔板，發(fā)生液泛;對(duì)于易自聚物料，在塔板兩側(cè)弓形區(qū)域存在液相返混、液流停滯，因而易發(fā)生自聚，造成液流不暢、堵塔、液泛等現(xiàn)象;對(duì)于含固體顆粒物料，容易因物料流動(dòng)不暢造成固體在塔板上沉積，進(jìn)而堵塔、液泛，從而導(dǎo)致生產(chǎn)事故的發(fā)生。北京化工大學(xué)在研究開發(fā)過程中，深入研究了上述各類問題的成因，針對(duì)這些特殊物系精餾時(shí)液面梯度大、容易出現(xiàn)堵塔、液泛等現(xiàn)象，對(duì)塔板上氣液兩相進(jìn)行了流體力學(xué)和傳質(zhì)學(xué)兩個(gè)方面的研究與分析。分析結(jié)果如下:高黏度等物料在塔板上流動(dòng)時(shí)，液面梯度較大，在流體力學(xué)方面，由于運(yùn)動(dòng)阻力大，容易形成液泛;在傳質(zhì)學(xué)方面，由于液面不均，上游液層厚而下游液層薄，氣流一般從下游較薄處沖出，而上游液層厚處很少有上升氣體，即氣體在塔板上的分布不均勻，影響了塔的分離效率。從液體在塔板上的分布來看，由于液流在塔板的中間區(qū)域流動(dòng)很快，在兩側(cè)的弓形區(qū)域流動(dòng)遲緩，甚至出現(xiàn)液相返混，因此液體在塔板上的不均勻流動(dòng)也造成了分離效率的低下。上述現(xiàn)象實(shí)際上也減少了氣流、液流的正常流速和流通面積，降低了生產(chǎn)能力。歸結(jié)來看，問題的主要原因即在于傳統(tǒng)塔板上存在著較大的液面梯度，對(duì)于高黏度、易自聚等特殊物料，液面梯度則更大，問題更為突出。

鑒于此，北京化工大學(xué)提出了優(yōu)化設(shè)計(jì)思路和實(shí)施方法，主要設(shè)想是在塔板上設(shè)置一部分結(jié)構(gòu)優(yōu)化、大小適宜、布局合理的導(dǎo)向孔，使從導(dǎo)向孔中水平噴出的氣體推動(dòng)塔板上液流均勻穩(wěn)定地流動(dòng)，消除塔板上的液面梯度、液相返混和液泛，達(dá)到如圖1b)所示的液流的理想效果，有效避免上述安全生產(chǎn)隱患。

2　高效導(dǎo)向篩板的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)

為使塔板不同區(qū)域氣液穩(wěn)定、均勻分布及減少塔板“非活化區(qū)”對(duì)塔板效率的影響，從而提高裝置分離效率、減少生產(chǎn)能耗，北京化工大學(xué)對(duì)導(dǎo)向篩板進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，結(jié)合塔板上流體力學(xué)與傳質(zhì)學(xué)的研究成果，開發(fā)出一種新型高效導(dǎo)向篩板，并逐漸推向了全國。

該高效導(dǎo)向篩板的工作原理如圖2所示，俯視圖見圖3。篩板上開設(shè)有一定數(shù)量的篩孔及部分導(dǎo)向孔，其中通過篩孔的氣體速度方向?yàn)榇怪毕蛏?，在塔板上與液體進(jìn)行錯(cuò)流接觸;通過導(dǎo)向孔的氣體速度方向?yàn)檠厮逅较蚯埃ㄟ^碰撞接觸將動(dòng)量傳遞給在塔板上水平流動(dòng)的液體，從而推動(dòng)液體在塔板上均勻穩(wěn)定地前進(jìn)。該設(shè)計(jì)不僅可以減小或消除原來塔板上的液面落差，克服液相返混，解決了生產(chǎn)中常見的液泛、堵塔等問題，同時(shí)還提高了生產(chǎn)能力和板效率，解決了生產(chǎn)中常見的液泛、堵塔等問題。另外，由于存在著較大的液面梯度，在傳統(tǒng)塔板上游存在一個(gè)“非活化區(qū)”，該區(qū)域內(nèi)的氣流通常無法穿過液層而鼓泡上升，成為了塔板上傳質(zhì)的無效區(qū)。根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果可知，塔板上非活化區(qū)的面積約占塔截面積的1/3左右，嚴(yán)重制約了塔板傳質(zhì)效率的提高。為了解決這一問題，高效導(dǎo)向篩板在液流的入口區(qū)域增設(shè)了向上凸起、呈斜臺(tái)狀的鼓泡促進(jìn)器，該設(shè)計(jì)使得此區(qū)域內(nèi)液層厚度減薄、開孔數(shù)增多，促使液體一進(jìn)入塔板后即可鼓泡，從而改善氣液接觸與傳質(zhì)狀況。改進(jìn)后的高效導(dǎo)向篩板具有幾大特點(diǎn)［2］。1)生產(chǎn)能力大。①鼓泡促進(jìn)器的設(shè)置減小了液流上游存在的非活化區(qū)面積，使得氣相通道面積增加了1/3以上。②在傳統(tǒng)塔板上液層厚度不均勻，上游較厚而下游較薄，當(dāng)下游較薄液層被氣體吹開時(shí)即達(dá)到了該塔板的限制氣速，也就是生產(chǎn)能力的最大值，故較薄液層厚度及塔板下游氣速限制了傳統(tǒng)塔板的生產(chǎn)能力。導(dǎo)向孔的設(shè)置消除了液面梯度，使得塔板上液層厚度接近一致，兩相接觸更加穩(wěn)定，整個(gè)塔截面上氣速均勻，即全塔平均氣速達(dá)到最大時(shí)，才是生產(chǎn)能力的最大值。③從篩孔中上升的氣體速度方向?yàn)榇怪毕蛏希瑥膶?dǎo)向孔中上升的氣體速度方向?yàn)樗较蚯?，故氣體的合成速度為斜向上方，這樣既在有限空間內(nèi)延長了氣體夾帶霧滴的運(yùn)動(dòng)軌跡，有效減小了霧沫夾帶量，又提高了極限氣速與裝置生產(chǎn)能力。④在相同的分離要求下，塔板數(shù)可較普通塔板少，或在塔板數(shù)一定的情況下可有效降低操作回流比，從而提高塔的負(fù)荷與生產(chǎn)能力。綜上，高效導(dǎo)向篩板相比于傳統(tǒng)塔板，其生產(chǎn)能力可提高50%～100%。

圖2　高效導(dǎo)向篩板工作原理圖Fig．2　The schematic diagram of the high efficiency flow-guided sieve tray

圖3　高效導(dǎo)向篩板俯視圖Fig．3　Top view of the high efficiency flow-guided sieve tray

2)分離效率高。①由于設(shè)置導(dǎo)向孔減小了“非活化區(qū)”面積，使得塔板上鼓泡區(qū)域增大，增加了氣液兩相接觸傳質(zhì)的機(jī)會(huì)，從而提高了塔板傳質(zhì)效率。②因很好地克服了液相返混現(xiàn)象，大大提高了塔板傳質(zhì)性能。③有效消除了液面梯度，均勻流動(dòng)降低了塔板漏液量和霧沫夾帶量，提高了板效率。其分離效率相比于傳統(tǒng)塔板提高了約20%～40%。

3)塔板壓降低。與浮閥、泡罩等傳統(tǒng)塔板相比，篩板塔板壓降相對(duì)較低。而大量實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)表明，與普通篩孔的阻力降相比，導(dǎo)向孔的阻力降還要低20%左右，故一般來說，實(shí)際生產(chǎn)中高效導(dǎo)向篩板的壓降比篩板塔板的還低10%～20%。

4)抗堵能力強(qiáng)。由于導(dǎo)向孔的增設(shè)，從孔中噴出的氣體可水平推動(dòng)物料在塔板上前進(jìn)，強(qiáng)化液體在塔面上的流動(dòng)，有利于消除死角，防止堵塔、液泛現(xiàn)象的發(fā)生。對(duì)黏性較大的物料可適當(dāng)多增設(shè)導(dǎo)向孔，尤其適用于對(duì)發(fā)酵醪、易自聚物系的蒸餾或聚合物脫單體分離等。

5)結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低廉。高效導(dǎo)向篩板的結(jié)構(gòu)簡單，只需在鋼板上開設(shè)一定數(shù)量的篩孔和導(dǎo)向孔，無其他復(fù)雜組件，因此加工簡易，質(zhì)量較輕，且便于拆裝。一般來說，高效導(dǎo)向篩板的造價(jià)僅為泡罩塔板的40%～50%，為浮閥塔板的60%～70%。

3　高效導(dǎo)向篩板的工業(yè)應(yīng)用

3.1　高效導(dǎo)向篩板在聚氯乙烯高低沸塔中的應(yīng)用

在聚氯乙烯(簡稱PVC)生產(chǎn)過程中，精餾工段的核心目標(biāo)是將中間產(chǎn)品進(jìn)行分離、提純。低沸塔和高沸塔在原設(shè)計(jì)中使用的是傳統(tǒng)的浮閥塔板，低沸塔塔頂、塔釜的性能長期達(dá)不到要求指標(biāo)，隨乙炔排放的氯乙烯含量嚴(yán)重超標(biāo)，增加了原料消耗，同時(shí)也嚴(yán)重影響了PVC產(chǎn)品的質(zhì)量。

采用高效導(dǎo)向篩板進(jìn)行新塔技改設(shè)計(jì)后在生產(chǎn)中一次試車成功，開車2 h后塔頂、塔釜即達(dá)到了要求指標(biāo)，生產(chǎn)能力增大40%。表1和表2列出了采用高效導(dǎo)向篩板對(duì)高、低沸塔進(jìn)行技改前后的技術(shù)指標(biāo)對(duì)比，技改后塔的生產(chǎn)能力有所提高，回流比和塔壓降均降低，分離指標(biāo)較好，很好地提高了塔的技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)性能［3］。

通過采用高效導(dǎo)向篩板代替原塔板進(jìn)行技術(shù)改造后，給企業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，主要包括4個(gè)方面。

1)降低回流比，實(shí)現(xiàn)節(jié)省能耗。低沸塔回流比由6.0左右降至4.0，減少能耗29%;高沸塔回流比由1.0左右降至0.6，減少能耗20%。折合經(jīng)濟(jì)效益約150萬元/a。

表1　低沸塔技改前后的技術(shù)指標(biāo)Table 1　Technical indexes of low-boiling tower before and after the technology reform

表2　高沸塔技改前后的技術(shù)指標(biāo)Table 2　Technical indexes of high-boiling tower before and after the technology reform

2)提高產(chǎn)品質(zhì)量。產(chǎn)品中乙炔等低沸物質(zhì)量分?jǐn)?shù)由 20×10－6降至 0～2×10－6，二氯乙烷等高沸物質(zhì)量分?jǐn)?shù)由 200×10－6降至 0～3×10－6以下，水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于 100×10－6，單體氯乙烯總質(zhì)量分?jǐn)?shù)由99.952%提高到99.999%(干基)，產(chǎn)品質(zhì)量更高。折合經(jīng)濟(jì)效益約150萬元/a。

3)防止自聚。技改前，原塔因自聚堵塔，每4～6個(gè)月需中途停車處理1次，自2004年技改后，至今無需檢修。

4)產(chǎn)量增加。產(chǎn)量增加，折合經(jīng)濟(jì)效益約200萬元/a。

3.2　高效導(dǎo)向篩板在醋酸乙烯精餾中的應(yīng)用

在聚乙烯醇(簡稱PVA)生產(chǎn)過程中，中間產(chǎn)品醋酸乙烯由乙炔與醋酸反應(yīng)生成后送入到精餾一塔中，脫除其中的輕組分，精餾一塔釜液送至精餾二塔中，脫除醋酸等重組分，在精餾二塔塔頂可得到純度較高的精醋酸乙烯，供后續(xù)聚合工段使用。該過程的難點(diǎn)在于精餾二塔分離醋酸乙烯與重組分醋酸的同時(shí)，需要將影響醋酸乙烯活度的雜質(zhì)做到嚴(yán)格分離，同時(shí)還要求該塔的設(shè)計(jì)點(diǎn)生產(chǎn)能力提高80%左右，以滿足原廠擴(kuò)產(chǎn)的要求。采用高效導(dǎo)向篩板替代原塔傳統(tǒng)篩板進(jìn)行技改，開車以后生產(chǎn)持續(xù)穩(wěn)定，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足要求。該廠技改前后具體技術(shù)指標(biāo)對(duì)比見表3和表4［4］。

采用高效導(dǎo)向篩板進(jìn)行技改后:1)擴(kuò)大了產(chǎn)量。塔的進(jìn)料處理量增大至19 000 kg/h，相比于原來的16 000 kg/h提高了約20%。2)提高了分離效率。塔頂、塔釜指標(biāo)均有較大程度提高，每年多回收的醋酸乙烯產(chǎn)品約220 t，由此可帶來經(jīng)濟(jì)效益約175萬元。3)降低了能耗。操作回流比由原來的1.7～2.0下降為1.2～1.4，節(jié)能65%左右。由此可節(jié)省蒸汽消耗約7 800 t/a，節(jié)省冷卻水用量約520 kt，兩者合計(jì)每年可節(jié)省經(jīng)濟(jì)投入65萬元/a。4)生產(chǎn)操作穩(wěn)定。在增大進(jìn)料負(fù)荷約20%后，采用高效導(dǎo)向篩板的壓力降與改造前相近，未有明顯增高，且未出現(xiàn)過較大的生產(chǎn)波動(dòng)。

表3　塔頂技術(shù)指標(biāo)實(shí)測(cè)值對(duì)比表Table 3　Comparison of technical index for top of tower II

表4　塔釜技術(shù)指標(biāo)實(shí)測(cè)值對(duì)比表Table 4　Comparison of technical indexes for bottom of tower II

3.3　高效導(dǎo)向篩板在PVA聚合一塔中的應(yīng)用

PVA聚合工段主要是進(jìn)行聚醋酸乙烯(PVAC)以及混合物的分離。醋酸乙烯(VAC)在聚合釜中反應(yīng)生成聚醋酸乙烯，在聚合工段第一精餾塔(聚合一塔)中將聚合物與未聚合的單體進(jìn)行分離，聚合物送往下一工段，醋酸乙烯單體進(jìn)一步精制，循環(huán)使用。從聚合釜出來的反應(yīng)液聚醋酸乙烯含量很高，物料黏度大(6 000～50 000 cp，而一般有機(jī)液體的黏度僅為幾厘泊)。該塔原來采用泡罩塔板，物料在板上流動(dòng)阻力大，造成液泛、堵塔等生產(chǎn)事故，平均每月出現(xiàn)1～2次，嚴(yán)重時(shí)使前序的聚合釜爆聚甚至爆炸。

采用高效導(dǎo)向篩板對(duì)聚合一塔進(jìn)行技術(shù)改造，塔徑2 000 mm，塔板數(shù)40層，板間距285 mm。僅用高效導(dǎo)向篩板替換原泡罩塔板，塔體、塔內(nèi)支承件均不動(dòng)，自1997年3月投入運(yùn)行以來，操作一直穩(wěn)定正常，狀態(tài)良好，達(dá)到了很高的技術(shù)指標(biāo)。表5和表6為改造前后聚合一塔指標(biāo)對(duì)比［5-6］。

從表5和表6中可以看出，技改后塔的操作達(dá)到和超過了要求指標(biāo)，尤其塔釜VAC含量由原來的0.26%降低為0.02%～0.03%，比要求值(≤0.08%)低很多，使得VAC吹出率高達(dá)99.85%～99.90%，這不僅大大提高了VAC的回收率，還有效避免了醋酸乙烯含量超標(biāo)，致使產(chǎn)品聚乙烯醇發(fā)黃、發(fā)脆、質(zhì)量不合格的問題。塔頂VAC含量由50%提高到60%，減少了后續(xù)工段的處理負(fù)荷與能耗。

表5　聚合一塔塔頂技術(shù)指標(biāo)實(shí)測(cè)值對(duì)比表Table 5　Comparison of technical indexes on top of tower I

表6　聚合一塔塔底技術(shù)指標(biāo)實(shí)測(cè)值對(duì)比表Table 6　Comparison of technical indexes on bottom of tower I

由于塔板效率高，在完成分離任務(wù)的前提下，新設(shè)計(jì)的高效導(dǎo)向篩板聚合一塔的回流比由原來泡罩塔板的1.3降為0.7，降低了45%，節(jié)能36%，超過了技改的要求指標(biāo)。并且技改后徹底解決了生產(chǎn)中堵塔、液泛等問題。聚合一塔為直徑2 000 mm、塔板數(shù)40層的大塔，技改的設(shè)備投資約為22萬元，而僅計(jì)節(jié)能、節(jié)水、提高VAC回收率和提高產(chǎn)品質(zhì)量幾項(xiàng)，增加效益約321萬元/a，改造的投資回收期不到一個(gè)月。另外，技術(shù)改造還將聚合工段VAC產(chǎn)能增大了50%。

3.4　高效導(dǎo)向篩板在甲醇精餾中的應(yīng)用

在PVA聚合工段，聚合三塔的主要作用是將甲醇與水以及其他雜質(zhì)進(jìn)行分離，得到可作為溶劑循環(huán)使用的甲醇產(chǎn)品。該塔原來采用的是孔徑為4 mm的篩板塔板，但由于進(jìn)料中含有高黏性的聚醋酸乙烯，在生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)堵塔、液泛等現(xiàn)象。為了解決該問題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)整體工藝的簡化與節(jié)能，技改要求將原來投入到回收三塔中的物料也送入聚合三塔中，相當(dāng)于擴(kuò)產(chǎn)170%。本項(xiàng)技改采用新型高效導(dǎo)向篩板替代原塔篩板塔板，塔體及其他部分均不做改動(dòng)，成功解決了這一難題，提高了塔的生產(chǎn)能力和分離效率，很好地滿足了技改要求。此項(xiàng)技術(shù)改造改動(dòng)范圍少、投資節(jié)省、周期短見效快，同時(shí)還大大提高了聚合三塔的抗堵能力［7］。具體見表7。

表7　甲醇精餾塔技術(shù)指標(biāo)實(shí)測(cè)值對(duì)比表Table 7　Comparison of technical indexes before and after the technical reform in methanol tower

由于導(dǎo)向篩板塔板效率高，聚合三塔回流比由原來的4.25降為了1.80，節(jié)能約47%，由此可節(jié)省蒸汽1.22萬t/a，節(jié)約費(fèi)用約73.2萬元/a;同時(shí)技改后可節(jié)省冷卻水88萬t/a，折合人民幣約8.8萬元;另外，因塔釜甲醇含量由原來的0.05%降到了0.01%，顯著提高了甲醇產(chǎn)品回收率，多回收的甲醇量約計(jì)12.5萬元/a;由于兩塔操作改為一塔操作，節(jié)省原回收三塔的維修費(fèi)和部分操作費(fèi)用，由此可節(jié)省支出約8萬元/a;甲醇的比活度由570 s降至530～550 s，甲醇質(zhì)量有明顯提高，使得聚合反應(yīng)能夠順利進(jìn)行，帶來綜合經(jīng)濟(jì)效益50萬元/a;此外因提高了聚合三塔的生產(chǎn)能力和產(chǎn)品產(chǎn)量，可帶來綜合經(jīng)濟(jì)效益120萬元/a。

由上可知，技改后由擴(kuò)產(chǎn)、節(jié)能、降耗等帶來經(jīng)濟(jì)效益為272.5萬元/a，技改的設(shè)備投資僅需5萬元，在技術(shù)及經(jīng)濟(jì)上均十分合理。

3.5　高效導(dǎo)向篩板在PVA回收一塔中的應(yīng)用

在聚乙烯醇生產(chǎn)過程中，回收工段的主要作用是將醇解工段產(chǎn)生的大量廢液進(jìn)行回收精制。其中回收一塔的進(jìn)料主要由甲醇、醋酸甲酯、水、醋酸鈉和其他雜質(zhì)組成。其中醋酸鈉為易發(fā)泡物質(zhì)，易發(fā)生霧沫夾帶和液泛，導(dǎo)致精餾塔效率降低。該塔原來采用浮閥塔板，生產(chǎn)中存在易液泛、效率低、生產(chǎn)能力小等問題，成為了制約生產(chǎn)的瓶頸。技改中選用高效導(dǎo)向篩板替代原來回收一塔的浮閥塔板，新塔設(shè)計(jì)后一次試車成功，開車2 h后塔頂、塔釜指標(biāo)即達(dá)到正常值，且生產(chǎn)能力擴(kuò)大50%左右。

技改后回流比由原來的2.5左右降至1.5左右，節(jié)能約40%，每小時(shí)可節(jié)省蒸汽20 t，同時(shí)每小時(shí)可節(jié)水130 t;塔壓降由原來的0.03 MPa降為0.015～0.020 MPa，塔的操作更加平穩(wěn);塔頂 w(醋酸甲酯)要求76.0%，實(shí)際達(dá)到76.5%，塔釜w(醋酸甲酯)要求≤0.28%，實(shí)際運(yùn)行達(dá)到0.05%，比要求指標(biāo)低了75%以上，可多回收醋酸甲酯162 t/a，并減輕了后續(xù)工段甲醇精餾的壓力。而該塔投資回收期僅不足1個(gè)月。由于高效導(dǎo)向篩板有較強(qiáng)的破泡作用，解決了發(fā)泡物質(zhì)的精餾難題。開車以來，生產(chǎn)一直保持穩(wěn)定，未發(fā)生過堵塔、泛塔、霧沫夾帶等異常現(xiàn)象。

3.6　高效導(dǎo)向篩板在碳五分離中的應(yīng)用

在碳五分離過程中，因含有雙烯的異戊二烯在精餾時(shí)極易自聚，產(chǎn)生黏性微團(tuán)，在實(shí)際生產(chǎn)中經(jīng)常堵塔、液泛，使裝置不能正常發(fā)揮其經(jīng)濟(jì)效益。而異戊二烯在其泡點(diǎn)溫度下的自聚又難以避免，因此該問題長期以來未能得到解決。

針對(duì)這一具體情況，采用了特大孔徑(Φ25 mm)高效導(dǎo)向篩板進(jìn)行技改，孔徑增大后有效地避免了堵塔等現(xiàn)象，同時(shí)采取合理開設(shè)導(dǎo)向孔、優(yōu)化導(dǎo)向孔配置、合理設(shè)計(jì)孔動(dòng)能因子的方式避免了大孔徑篩板容易漏液的問題。工業(yè)應(yīng)用證明本技術(shù)不僅解決了堵塔、液泛等問題，而且分離效率也提高近20%。表8列出了該公司T-301A/B塔的實(shí)施本項(xiàng)成果前后的技術(shù)指標(biāo)對(duì)比［8］。

表8　技改前后T-301A/B塔的操作數(shù)據(jù)和質(zhì)量指標(biāo)Table 8　The operation data and quality indicators before and after the technical reform of the T-301A/B

經(jīng)過改造后帶來的效益有如下4點(diǎn):1)生產(chǎn)操作穩(wěn)定。原塔中因含有易自聚物料，液體流動(dòng)不暢極易出現(xiàn)液泛與堵塔，開車周期僅15～25 d。應(yīng)用高效導(dǎo)向篩板后將生產(chǎn)周期延長至120 d以上，并且從開車第二年開始，則全年無需因自聚堵塔而檢修。2)提高異戊二烯產(chǎn)品質(zhì)量。原來塔頂產(chǎn)品中環(huán)戊二烯含量經(jīng)常超標(biāo)，使異戊二烯產(chǎn)品不合格。應(yīng)用本技術(shù)后，塔頂環(huán)戊二烯含量由原來的0.5×10－6～1.5×10－6降至0.6×10－6以下，提高了異戊二烯的產(chǎn)品質(zhì)量。3)降低了能耗。由于原塔效率低，萃取劑用量較高，處理能力為650 kg/h時(shí)萃取劑用量為5.0 m3/h。采用本技術(shù)后，塔板效率明顯提高，改造完成后實(shí)際生產(chǎn)能力可達(dá)1 050 kg/h，而萃取劑用量僅5.5 m3/h。僅此一項(xiàng)，可節(jié)省約5 000 t/a蒸汽和大量的冷卻水，同時(shí)還減少了萃取劑消耗。4)擴(kuò)大了產(chǎn)量。應(yīng)用本項(xiàng)成果后，生產(chǎn)能力從原設(shè)計(jì)的不足2.5萬t/a(實(shí)際上由于開工不足，遠(yuǎn)未達(dá)到)，提高到3萬t/a。

3.7　高效導(dǎo)向篩板在食用酒精蒸餾中的應(yīng)用

采用糧食發(fā)酵法生產(chǎn)食用酒精過程中，玉米、薯干等糧食經(jīng)發(fā)酵轉(zhuǎn)換為酒精后，需要通過蒸餾得到食用酒精。蒸餾塔的進(jìn)料中含有約10%的固體物質(zhì)，在塔板上流動(dòng)困難，常造成堵塔現(xiàn)象。通過應(yīng)用高效導(dǎo)向篩板替代原塔板后，成功地解決了這一問題，同時(shí)生產(chǎn)能力提高了60%，并降低了殘液中的酒精含量。具體指標(biāo)見表9。

表9　食用酒精蒸餾塔技改前后技術(shù)指標(biāo)對(duì)比Table 9　Comparison of technical indexes before and after the technical reform in ethanol tower

技改后，加料量由22 400 kg/h增加到了35 700 kg/h，生產(chǎn)能力提高了60%;由于進(jìn)料中含有固體物質(zhì)，平均每4～6個(gè)月就因堵塔停車1次，技改后生產(chǎn)周期延長至18個(gè)月;塔頂w(酒精)由50%上升到了55%，釜液中殘存w(酒精)由0.08%降至0.01%，大大提高了酒精的回收率。

3.8　高效導(dǎo)向篩板在丙烯酸酯物系分離中的應(yīng)用

北京某化工廠T5011塔，處理物系為丙烯酸酯類物質(zhì)，該類物質(zhì)易發(fā)生自聚反應(yīng)，產(chǎn)生黏性微團(tuán)。原塔采用的是普通篩板，分離效果和運(yùn)轉(zhuǎn)能力達(dá)不到要求，并且經(jīng)常發(fā)生堵塔、液泛等生產(chǎn)事故。技改中采用高效導(dǎo)向篩板，滿足了生產(chǎn)要求，成功地解決了原塔霧沫夾帶量大、塔板阻力過高的難題，使該塔的分離效率提高了30%以上，提高了塔的生產(chǎn)能力，降低了回流比，大大節(jié)省了水蒸氣及冷凝水的用量，為該公司帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。該塔自技改以來，從未發(fā)生過堵塔、泛塔等異?，F(xiàn)象。

3.9　高效導(dǎo)向篩板在汽油穩(wěn)定塔中的應(yīng)用

輕烴芳構(gòu)化是將諸如油田凝析油、直餾汽油、焦化汽油、重整抽余油、重整拔頭油、熱裂解汽油、熱裂解碳五餾分和液化石油氣等輕烴轉(zhuǎn)化為芳烴的過程，該過程的汽油穩(wěn)定系統(tǒng)由多個(gè)塔組合而成。華北石化久久工貿(mào)有限公司在該過程汽油穩(wěn)定系統(tǒng)的吸收塔、解吸塔、穩(wěn)定塔、分餾塔以及甲苯塔、二甲苯塔等塔設(shè)備的選型與設(shè)計(jì)中，選用高效導(dǎo)向篩板塔進(jìn)行設(shè)計(jì)與應(yīng)用，很好地達(dá)到了高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、生產(chǎn)穩(wěn)定、節(jié)能降耗的效果，為企業(yè)生產(chǎn)的安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)提供了可靠的技術(shù)支撐。

4　結(jié)論

1)高效導(dǎo)向篩板克服了傳統(tǒng)篩板塔板的不足，具有生產(chǎn)能力大，效率高，壓降低，抗堵性能強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低廉等特點(diǎn)。

2)高效導(dǎo)向篩板經(jīng)過了數(shù)十年的研究開發(fā)與技術(shù)改進(jìn)，已很好地應(yīng)用于化工、煉油、紡織、制藥等多個(gè)領(lǐng)域的精餾、吸收等分離過程，實(shí)際應(yīng)用中達(dá)到了上千座塔設(shè)備。

3)高效導(dǎo)向篩板推廣應(yīng)用后，大幅度減小了蒸汽消耗與冷凝水用量，減少了化學(xué)物料的排放，有效促進(jìn)了生產(chǎn)過程的節(jié)能降耗，帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益。

參考文獻(xiàn):

［1］李群生，張滿霞．高效導(dǎo)向篩板塔的特點(diǎn)及其工業(yè)應(yīng)用［J］．應(yīng)用科技，2009，17(23):13－15 LiQunsheng， ZhangManxia． Performanceand industrial application of the high efficiency flow-guided sieve tray column［J］．Applied Science and Technology，2009，17(23):13－15(in Chinese)

［2］李群生，楊金苗．高效導(dǎo)向篩板的原理及其在煉油化工中的應(yīng)用［J］．煉油與化工，2006，16(3):4－7 Li Qunsheng，Yang Jinmiao．The theory and application of high efficient flow-guided sieve trays in petroleum refining and petrochemical industry［J］．Refining and Chemical Industry，2006，16(3):4－7(in Chinese)

［3］李群生，皮耀，張澤廷．高效導(dǎo)向篩板在 26萬 t/a PVC高/低沸塔精餾中的應(yīng)用［J］．聚氯乙烯，2006(4):35－37 Li Qunsheng，Pi Yao，Zhang Zeting．Application of high efficiency flow-guided sieve trays in high/low boiling rectification towers for 260 kt/a PVC［J］．Polyvinyl Chloride，2006，(4):35－37(in Chinese)

［4］李群生，趙彥樂，張滿霞，等．高效導(dǎo)向篩板塔對(duì)PVAc脫除VAc單體精餾的技術(shù)改造［J］．化工進(jìn)展，2011，(30):783－786 Li Qunsheng，Zhao Yanle，Zhang Manxia，et al．Technical reform of the distillation for PVAc off VAc by high efficient flow-guided sieve tray［J］．Chemical Industry and Engineering Progress，2011，(30):783－786(in Chinese)

［5］李群生，王寶華．高效導(dǎo)向篩板對(duì)聚合一塔的技術(shù)改造［J］．現(xiàn)代化工，2001，21(10):38－41 Li Qunsheng，Wang Baohua．Revamping of the first column for polymer distillation by high efficiency flowguided sieve tray［J］．Modern Chemical Industry，2001，21(10):38－41(in Chinese)

［6］李群生，吳海龍，張新力，等．高效導(dǎo)向篩板在PVC高沸塔，低沸塔中的應(yīng)用［J］．聚氯乙烯，2007，(11):33－35 Li Qusheng，Wu Hailong，Zhang Xinli，et al．The application of high efficiency guide sieve paltes in the high-and low-boiler rectifying towers for the production of PVC［J］．Polyvinyl Chloride，2007，(11):33－35(in Chinese)

［7］李群生，王寶華．導(dǎo)向篩板在甲醇精餾塔技術(shù)改造中的研究與應(yīng)用［J］．北京化工大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，3:9－12 Li Qunsheng，Wang Baohua．Application of flow-guided sieve tray to methanol distillation column technical innovation［J］．Journal of Beijing University of Chemical Technology，2001，3:9－12(in Chinese)

［8］李群生，王愛軍，毛明華，等．高效導(dǎo)向篩板理論研究及其在異戊二烯萃取精餾中的應(yīng)用［J］．石油化工，2004，33(4):368－371 Li Qunsheng，Wang Aijun，Mao Minghua，et al．A theoretical research of high efficiency flow-guided sieve tray and its successful application in extractive distillation of isoprene［J］．Petrochemical Technology，2004，33(4):368－371(in Chinese)

［9］化學(xué)工程手冊(cè)編委會(huì)．化學(xué)工程手冊(cè):第三卷［M］．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，1989