塔器发展史
塔器出现的背景
十九世纪五十年代,美国的盐井商人缪尔·M·基尔(Samu.M.Kier)面对着从盐井里渗出的原油十分苦恼,于是他辗转联系到了美国化学学会的主席詹姆斯·布思(JamesC.B00th)教授。布思在实验室里做了试验,确认原油通过蒸馏,可以加工出很好的照明用油,并且给基尔画了蒸馏釜的草图。基尔据此制造出人类历史上第一只蒸馏釜,直径110.5厘米,高142.2厘米,容量0.8立方米。釜内盛塔兰屯原油,釜下烧煤炭。釜里产生的油蒸汽通过小管子进入盛水的桶,冷凝为浅黄色的煤油。以此为契机,在世界范围内对石油的工业开采正式开始了。
塔器形成的原因
塔设备是伴随着炼油工业的产生而产生,随着炼油工业的发展而发展的。如何进行有效分离是早期原油逐梦者们必须解决的问题,早在1904年时,人们就尝试往装置内填充碎瓦、砖块或石块来蒸馏原油,后来又产生了专门制作的填料以便提高气液接触的效果,这就是早期填料塔的雏形。
1912年,简单筛板开始应用于炼油工业。1914年Rachig环问世,标志着第一代乱堆填料的诞生,但实际生产效果仍没有很大的提高,人们开始意识到气液分布性能对填料塔操作的重要性。1920年泡罩塔板在炼油工业中应用,标志着现代塔设备研究开发的开始。
塔器发展的历程
塔器技术一直伴随着板式塔和填料塔并行发展,且两者交替发展,各有辉煌。按照典型的发展规律,可将现代塔设备技术的发展应用归纳为4个阶段:
阶段Ⅰ(20世纪20~50年代):
以1920年有溢流的泡罩塔板开始应用为开端。此阶段的塔设计处于简单的平衡量、塔板效率、传质系数、液泛等概念和简单设计的水平,此时尽管乱堆填料也在小型塔设备中应用,但泡罩塔板是工业应用无可比拟的塔内件,在当时被认为是不可替代的。在此阶段,研究开发由实验室级别向实验工厂规模的转变。
阶段Ⅱ(50~70年代):
由于塔设备巨大的工业应用市场和开发潜力,在这一阶段,发达国家对于精馏塔内件的研究发展到一个全新的高度,开发浮阀塔和大孔筛板塔、成立FRI、开展AIChE放大研究等一大批重要成果相继问世。
1951年Koch公司的Nutter率先发明了浮阀塔板的概念,很快地,浮阀塔板凭借比泡罩塔板更低的压降、更高的操作效率、更大的处理能力、更大的操作弹性、极低的液面落差和低造价且适用于脏、粘体系等优势替代了泡罩塔板,直到今天浮阀塔板仍是工业应用的主流。
1952年,由美国DuPont,Shell和Monsanto等十二家大型石油和化学公司共同发起、并集资建立了一个联合工厂规模的精馏试验基地——FRI(Fracdonadon Research Inc.),采用C6/C7,iC4/nC4和对、邻二甲苯三个标准实验体系和直径1200mm、2400mm的两座工业试验塔,开展广泛的蒸馏塔应用基础研究和生产问题研究,为精馏塔设计水平的提高作出了重大的贡献。FRI的成立标志着精馏设备集团化研究的开始。60年代,大孔筛板的研究取得了突破,在工业上的广泛应用也标志着塔设备操作控制技术、可靠精馏工艺模拟和塔设备设计技术的发展,尤其是计算机在线控制技术为生产控制带来了革命性地变化。
阶段Ⅲ(70~90年代):
大型液体分布器的基础研究使得填料塔的放大研究成功,并在减压塔中应用获得极大的经济效益和社会效益。从60年代开始,国外的一些大学和塔设备工程公司,开始了对填料塔的研究。到70年代末期,基本解决了填料塔的放大问题。填料塔在大型减压塔设备中成功的工业应用,标志着塔内件研究开发的另一个新时代的开始。以填料进行现有的塔设备的挖潜和改造、消除瓶颈,获得了巨大的经济效益和社会效益。
70年代,矩鞍环(IMTPTM)和Nutter RingTM由于性能出色,成为了应用最广的散堆填料。在规整填料方面,美国Glitsch公司于70年代推出栅格填料(Glitsch Grid),具有高通量、低压降、抗堵性好、成本低等优点,适用于物料较脏的场合。瑞士苏尔寿(Sulzer)公司推出的Mellapak板波纹填料产品,具有划时代意义,成为了波纹填料的代表。
阶段Ⅳ(80年代~至今):
世界范围内炼油和石油化学工业向精细、大型化的方向发展,在计算机控制水平、工艺模拟和设计包、塔内件基础研究和工业应用经验积累越来越丰富等技术支撑下,现有塔设备的增效、增能、降耗,消除瓶颈、挖潜改造,降低加工成本,提高经济效益成为热门的发展方向。
填料继续广泛应用于减压塔,并出现了某些常压塔和加压塔生产的增效、增能中获得一定的效果报导的实例。新型、高效、大处理能力板式塔的不断开发和研究,并在工业应用中获得成功。
(2007年,中国石油独子山石化φ12.75m减压塔采用苏尔寿公司专利规整填料)