深低溫精餾塔（卷名：機(jī)械工程）
cryogenicrectificationcolumn
深低溫設(shè)備中利用液化原料氣各組分沸點(diǎn)不同，通過多次部分冷凝和部分蒸發(fā)分離氣體組分的設(shè)備。深低溫精餾塔按結(jié)構(gòu)形式有篩板塔、泡罩塔、浮閥塔和填料塔等型式。
工作原理
把多組分的液體置于一密閉容器中，加熱后有一部分蒸發(fā)（即部分蒸發(fā)）。由于各組分具有不同的沸點(diǎn)，液體中的低沸點(diǎn)組分先蒸發(fā)，造成密閉容器中的液相和氣相中組成不同。氣相中低沸點(diǎn)組分的濃度比液相中低沸點(diǎn)組分的濃度大；液相中高沸點(diǎn)組分的濃度比氣相中高沸點(diǎn)組分的濃度大。同理，蒸氣冷卻后有一部分冷凝（即部分冷凝）。冷凝液中高沸點(diǎn)組分的濃度比氣相中高沸點(diǎn)組分的濃度大。精餾過程就是多次的部分冷凝和部分蒸發(fā)。這一過程是在精餾塔中進(jìn)行的。進(jìn)行精餾操作時(shí)，塔頂必須具有下流液體，底部塔釜必須有連續(xù)上升的蒸氣，并使各層塔板氣液接觸，進(jìn)行質(zhì)量和熱量交換，不斷地進(jìn)行部分蒸發(fā)和部分冷凝，從而使上升蒸氣中低沸點(diǎn)組分越來越濃，從而得到所需要的純氣體;同時(shí)下流液體中高沸點(diǎn)組分越來越濃，從而得到所需要的純液體。液態(tài)空氣精餾塔中設(shè)置有多層塔板（如篩板塔）。塔板上氣液接觸時(shí)，上升蒸氣從上一塊塔板下流的溫度較低的液體中獲得冷量，蒸氣中高沸點(diǎn)組分（氧）就部分冷凝而進(jìn)入液體中，液體中的氧組分就增多，而液體則從蒸氣中得到熱量，其中低沸點(diǎn)組分（氮）就被部分蒸發(fā)，而使氣體中氮組分增多。精餾塔的每層塔板是氣、液兩相進(jìn)行質(zhì)量和熱量交換的場所。精餾過程就是通過精餾塔內(nèi)多塊塔板的熱量和質(zhì)量交換作用而實(shí)現(xiàn)的。終在塔的底部獲得液氧，在塔的頂部得到高純度氣氮。
篩板塔
篩板塔內(nèi)裝有若干層塔板，塔板上有許多小孔，形狀如同篩子，并裝有溢流管。蒸氣從下部上升，穿過各層篩板的小孔，并從篩板上液層中鼓泡通過。液體則從溢流管逐層往下流動(dòng)。篩孔直徑一般為0.9～1.1毫米，間距為2.1～3.25毫米，篩孔在塔板上呈正三角形排列。篩板塔在操作范圍內(nèi)有高效率、結(jié)構(gòu)簡單和制造費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，但塔的操作范圍較窄，塔板安裝水平度要求高。
泡罩塔
在塔板上設(shè)置許多泡罩，每個(gè)泡罩由帶齒縫的泡罩和升氣管組成，它浸沒在液體中。上升蒸氣通過升氣管，從泡罩上的齒縫鼓泡通過液層，而液體通過溢流管流入下一塊塔板。它能在很廣的操作范圍內(nèi)穩(wěn)定工作，保持一定效率，但塔板結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造費(fèi)用高，阻力大。
浮閥塔
浮閥塔由泡罩塔發(fā)展而來，結(jié)構(gòu)與泡罩塔相似，但每個(gè)孔裝有能上下活動(dòng)的浮閥（見圖），覆蓋閥孔，代替固定的泡罩。浮閥可在一定的高度內(nèi)自由升降，調(diào)節(jié)通流面積，以適應(yīng)不同的氣體通過量，并能在很廣的操作范圍內(nèi)保持高效率，且塔板結(jié)構(gòu)簡單，安裝容易，制造費(fèi)用低。
填料塔
塔內(nèi)堆置填料，以增加氣液兩相間的接觸面積。常用的填料有環(huán)形、鞍形和波形等實(shí)體填料和絲網(wǎng)填料。液體從塔頂沿填料表面呈膜狀向下流動(dòng)，蒸氣則連續(xù)由下而上同液膜密切接觸。蒸氣和液體的濃度沿塔高連續(xù)變化。填料塔結(jié)構(gòu)簡單，阻力小，但要求液體在塔截面內(nèi)分配均勻，才能達(dá)到高效率。
