程傳成 趙時(shí)超

（河南神馬尼龍化工有限責(zé)任公司）

填料塔是化工生產(chǎn)傳質(zhì)、分離過(guò)程等重要單元操作所需的設(shè)備，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壓降小、效率高、能耗低及填料易用耐蝕材料制造等優(yōu)點(diǎn)。 近年來(lái)，規(guī)整填料是填料塔發(fā)展的方向和主流。 己二胺是化工合成的重要原料， 用于有機(jī)合成、高分子化合物的聚合及化學(xué)試劑等領(lǐng)域。 高品質(zhì)己二胺附加值高，下游市場(chǎng)需求強(qiáng)烈，尤其是民用絲市場(chǎng)。 目前國(guó)內(nèi)高品質(zhì)己二胺主要依賴進(jìn)口，因此對(duì)原有設(shè)備實(shí)施改造， 提高己二胺產(chǎn)品品質(zhì)，同時(shí)降低生產(chǎn)己二胺單位產(chǎn)品所產(chǎn)生的蒸汽消耗，極為迫切。 而對(duì)于分離高沸點(diǎn)或熱敏物系的真空蒸餾，由于其阻力較小，所以選用填料塔最合適，填料塔后續(xù)運(yùn)行能耗低，長(zhǎng)周期運(yùn)行經(jīng)濟(jì)劃算。

1 規(guī)整填料塔塔內(nèi)構(gòu)件的特性

規(guī)整填料塔塔內(nèi)構(gòu)件一般包括：

a. 規(guī)整填料。 規(guī)整填料以其特有的設(shè)備形狀，提供了較大的氣液介質(zhì)接觸表面積，同時(shí)規(guī)定了氣液介質(zhì)流路，減少了壁流和干錐現(xiàn)象的發(fā)生，從而提高了分離效率并降低了能耗。

b. 填料支撐裝置。填料支撐裝置對(duì)塔的操作性能和穩(wěn)定性能影響很大，所以要求填料支撐裝置有足夠大的支撐截面且有良好的穩(wěn)定性，用以支撐填料和液體的重力和沖擊力。 填料塔填料支撐裝置在塔內(nèi)的安裝要求非常嚴(yán)格，特別是與塔體的焊接和連接， 要有足夠的安裝強(qiáng)度和牢固性。 填料支撐裝置安裝過(guò)程中要嚴(yán)控其水平度，支撐支座均勻分布并在與塔體焊接前測(cè)量調(diào)整好水平度。 填料支撐裝置安裝后要有專業(yè)質(zhì)量技術(shù)人員檢查確認(rèn)水平度，并做水平測(cè)量，將指標(biāo)控制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。

c. 填料壓緊裝置。 為了限定填料在塔中的相對(duì)位置，防止填料受氣液流向沖擊而發(fā)生較大的振動(dòng)、移位、碰撞從而導(dǎo)致變形或破損，需在填料上方安裝填料壓緊裝置，其中常用的填料壓緊裝置是柵板。 填料壓緊裝置的安裝水平度要求不高，但安裝緊固性要求較高，同時(shí)安裝時(shí)應(yīng)考慮填料受熱后的膨脹量。

d. 液體分布裝置。液體分布裝置也稱液體分布器，為了使液體能夠均勻分布在填料上，以利于氣液兩相的充分接觸，在最上層填料的上部設(shè)置液體分布裝置，液體分布裝置一般安裝在塔頂填料層上表面0.3～1.0m 處， 以便留出足夠的空間，讓氣體不受約束地穿過(guò)液體分布裝置。 在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)和設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)中，填料塔內(nèi)部極易產(chǎn)生程度不同的壁流和干錐現(xiàn)象，使兩相介質(zhì)接觸不充分，為了減少和消除壁流，避免干錐現(xiàn)象的發(fā)生，提高塔的效率，填料必須分層，并在結(jié)構(gòu)上設(shè)置液體再分布裝置，使物料重新均勻分布在整個(gè)塔截面上。

e. 氣體分布裝置。氣體分布裝置對(duì)于小直徑塔來(lái)說(shuō)并不重要。 但對(duì)于大直徑的塔，氣體的分布則非常重要。 氣體分布不均勻會(huì)造成填料層內(nèi)氣相的分流，使塔的分離效率嚴(yán)重下降，因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)給予足夠重視。 對(duì)于氣液混合物進(jìn)料，設(shè)計(jì)氣體分布裝置時(shí)除了需要考慮使氣液均布之外，還應(yīng)考慮降低氣相對(duì)液相的夾帶。

2 己二胺脫輕塔提質(zhì)增效改造

根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際中的原料組成數(shù)據(jù)和產(chǎn)品要求，利用熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)，采用最新流程模擬軟件進(jìn)行工藝模擬計(jì)算和水力學(xué)核算，得到的計(jì)算結(jié)果為原篩板塔理論板數(shù)不夠、篩板塔板效率較低（僅為30%）。 經(jīng)工藝核算和現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)校核，己二胺產(chǎn)品中的輕組分雜質(zhì)（二氨基環(huán)己烷（DCH））、重組分雜質(zhì)（不飽和鍵副產(chǎn)物（PI））均超標(biāo)，其原因?yàn)椋涸撦p塔效率較低，輕組分去除不徹底，導(dǎo)致產(chǎn)品塔中側(cè)線輕組分過(guò)高， 影響產(chǎn)品指標(biāo)；脫輕塔原設(shè)計(jì)為篩板塔，壓降較大，對(duì)塔釜溫度控制不利。

本著節(jié)省投資的目的，在不改變?cè)w的基礎(chǔ)上，采用先進(jìn)技術(shù)將篩板塔改造為高效規(guī)整填料塔，改造的核心是脫輕塔內(nèi)件改造：

a. 原塔設(shè)計(jì)為89 層篩板塔，在第79#、68#塔盤上方設(shè)置進(jìn)料管；

b. 采用國(guó)內(nèi)某高效高通量規(guī)整填料專利技術(shù)，其中精餾段設(shè)置1 段填料，提餾段設(shè)置3 段填料；

c. 塔頂設(shè)置回流分布管和槽式液體分布器的組合形式，兩段填料之間設(shè)置百葉窗式液體收集器和槽式液體分布器的組合形式，保證液體的收集再分布；

d. 支撐裝置和壓緊裝置安裝在每段填料的上、下位置。

圖1 改造后塔結(jié)構(gòu)示意圖

改造后塔的結(jié)構(gòu)如圖1 所示。 粗己二胺液體（雜質(zhì)多）從進(jìn)料口入，由上至下流動(dòng)；經(jīng)換熱器加熱的高溫己二胺物料從高沸器進(jìn)口入，由下至上流動(dòng)，從而使粗己二胺物料與高溫己二胺物料充分接觸而發(fā)生傳質(zhì)過(guò)程。 經(jīng)再沸器加熱后的高溫己二胺蒸氣從塔底往上走，遇到自上而下的脫輕塔液相進(jìn)料和脫輕塔塔頂冷凝器冷凝后的回流液，它們?cè)谒?nèi)高效規(guī)整填料上充分接觸熱交換后部分氣體液化跟隨回流液繼續(xù)下走、部分液體汽化上升， 這樣通過(guò)源源不斷的熱量供入，在層層高效規(guī)整填料上會(huì)達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的氣液比，使輕組分在塔頂匯集，重組分在塔底匯集。 在塔頂根據(jù)物料平衡和產(chǎn)品質(zhì)量要求， 氣態(tài)輕組分（DCH、水分等）從塔頂部管口流出，重組分（高品質(zhì)己二胺）從底部排出。 通過(guò)安裝使用新型三級(jí)導(dǎo)板連通槽式液體分布器使液體沿塔截面均勻分布，通過(guò)使用雙向金屬折峰式波紋規(guī)整填料使氣液流路得到優(yōu)化、比表面積增加，相間接觸效率提高，加大了氣液通量從而達(dá)到更高的傳質(zhì)和傳熱效果，提高了塔的分離效率，降低了壓降。

3 改造效果

表1 改造前后產(chǎn)品的主要控制指標(biāo)

設(shè)備實(shí)施改造前后，己二胺產(chǎn)品主要控制指標(biāo)變化見(jiàn)表1。 可以看出， 中壓蒸汽單耗降低10.1%，產(chǎn)品質(zhì)量躍升為國(guó)際領(lǐng)先水平。 產(chǎn)品品質(zhì)提升后使銷售價(jià)格得到了提高、生產(chǎn)能耗得到了降低， 一年可直接產(chǎn)生300 余萬(wàn)元的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也大幅提高了下游產(chǎn)品的質(zhì)量。

4 結(jié)束語(yǔ)

產(chǎn)品提質(zhì)降耗是企業(yè)永恒的追求，己二胺脫輕塔改造時(shí)采用的高效規(guī)整填料塔技術(shù)具有高通量、高效率、低壓降及低能耗等良好的綜合技術(shù)性能，已成為填料塔發(fā)展的方向和主流，但大型化高效規(guī)整填料塔工業(yè)應(yīng)用進(jìn)展不快，規(guī)整填料長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)后出現(xiàn)的物料結(jié)焦堵塞問(wèn)題難以處理。 在實(shí)際的項(xiàng)目建設(shè)和設(shè)備改造中，各企業(yè)應(yīng)結(jié)合工藝流程和介質(zhì)特性，從設(shè)備全生命周期費(fèi)用和生產(chǎn)效益的角度進(jìn)行綜合考慮，科學(xué)選用塔內(nèi)構(gòu)件。