分離塔（Separation tower），主要作用是將混合物中的不同成分通過物理或化學方法進行分離，是化工生產中的重要設備，廣泛應用于石油、化肥、石化等領域。
板式精餾塔自1813年問世以來，一直受到廣泛應用。直到20世紀70年代前，板式塔的研究及應用都處于領先地位。70年代后，填料塔的研究取得了較大進展。20世紀80年代，專家學者通過對流體力學的研究，確定了精餾塔內部液體介質的活動規律以及流動特點，并應用于塔器的發展以及結構優化中。20世紀70年代開始，填料塔分離工程技術進入了一個嶄新階段。填料塔的放大問題得到了解決，并且在大型減壓病設備上的運用也逐漸廣泛。目前，全球的煉油和石油化學工業正朝著精細化和大型化的方向發展。在多方面技術積累的支持下，塔設備的運行效率和能耗越來越重要，消除瓶頸并進行潛力挖掘和改造，以降低加工成本，提高經濟效益。成為當前的熱門發展方向。
分離塔主要可分為精餾塔、填料塔、板式塔、噴淋塔、空氣分離塔、熱分離塔等，常用吸附、萃取、蒸餾、吸收、結晶等方法實現混合物的分離。
分離塔通常由殼體、內件（如填料層、板式塔盤等）、支撐結構、進出口管道等部分組成；殼體主要起到支撐和保護內件的作用；內件則是實現混合物分離的關鍵部件，不同類型的分離塔，其內件結構和形式也有所不同。
發展簡史
十九世紀初，煉油工業發展迅速，精餾塔設備的應用也逐漸廣泛。在1813年，CELLIER第一次提出了泡罩塔板。板式塔具備的結構相對簡單， 同時在造價方面也較低, 很適合用于加壓與多側線采出的工藝過程。1904年煉油工業出現了早期的填料塔，1912年穿流塔也開始出現于煉油工業中。1914年，隨著拉西環（Raschig Rings）的問世，第一代亂堆填料的誕生了，然而實際效果卻并不理想，人們開始意識到汽液分布性能對填料塔操作的重要性。1920年泡罩塔板開始運用于煉油工業生產當中，代表塔設備開始進入現代化發展。
20世紀50年代，Koch 公司員工 Nutter 提出了關于浮閥塔板的概念，并以這一概念為基礎研發了浮閥塔板。后來美國Glitsch公司推出的V1型浮閥，以及V2～V4等幾種圓形浮閥。20世紀60年代英國Hydronyl公司及西德MAN公司共同研制了錐形浮閥，日本日曹工程從英國引入了該種浮閥的專利，用于石油化工及精細化工等的精餾和吸收設備。浮閥塔板的廉價與高效，使得它替代泡罩塔板，成為精餾塔的主要配件之一并沿用至今。1952年，由美國多家大型石油和化學公司 共同發起并集資建立了一個聯合工廠規模的精餾試驗基地——FRI，對蒸餾塔應用基礎以及生產相關問題進行了研究，為精餾塔設計水平的提高作出了重大的貢獻。同時，美國化學工程師協會（AIChE）聯合了一些大學的研究者，對塔板效率進行了多年的研究，提出一套塔板效率的計算方法。雖然實驗結果沒有達到預期目標，但是其提供的AIChE塔板效率理論和預測方法成為最經典的板效率估算方法。
20世紀70年代開始，填料塔分離工程技術進入了一個嶄新階段。填料塔的放大問題得到了解決，并且在大型減壓病設備上的運用也逐漸廣泛。目前，全球的煉油和石油化學工業正朝著精細化和大型化的方向發展。在多方面技術積累的支持下，塔設備的運行效率和能耗越來越重要，消除瓶頸并進行潛力挖掘和改造，以降低加工成本，提高經濟效益。成為當前的熱門發展方向。
工作原理
吸附法
當混合物進入分離塔后，其中的某種成分會被塔內表面的吸附劑吸附，從而實現分離。這種方法主要用于氣體混合物的分離，如天然氣脫硫、脫氮等過程。
萃取法
萃取法是通過將混合物與另一種溶劑充分接觸，使混合物中的某種成分溶解到溶劑中，從而實現分離。這種方法主要用于液體混合物的分離，如石油提煉過程中的油品脫硫、脫氮等過程。
蒸餾法
蒸餾法是通過加熱混合物，使其內部的揮發性成分蒸發，然后再通過冷卻器將蒸汽冷凝成液體，從而實現分離。這種方法主要用于沸點不同的液體混合物的分離，如石油提煉過程中的原油蒸餾等過程。
吸收法
吸收法是通過將混合物與另一種溶劑充分接觸，使混合物中的某種成分被吸收到溶劑中，從而實現分離。這種方法主要用于氣體混合物的分離，如氨合成過程中的氫氣凈化等過程。
結晶法
結晶法是通過改變混合物的溫度、濃度等條件，使其中的某種成分以晶體的形式析出，從而實現分離。這種方法主要用于溶解度不同的固體混合物的分離，如鹽湖提鋰、海水淡化等過程。
主要種類
不同類型的分離塔，其內件結構和形式也有所不同，例如：精餾塔、填料塔、板式塔、噴淋塔，空氣分離塔，熱分離塔等。
精餾塔
定義
精餾塔是空氣分離的核心步驟，根據氧、氮、氬沸點不同，通過降低溫度，來實現空分分離。精餾塔由多個主要部件組成，包括塔釜、塔板（或填料）及筒體、冷凝蒸發器三部分組成，塔釜和冷凝蒸發器之間裝有節流閥。
壓縮空氣經換熱器和凈化系統除去雜質，并冷卻后進入塔底部，自下而上穿過每塊塔板（填料），與塔板上的液體接觸，進行熱質交換。混合物在塔底加熱，氣體上升并逐步與液體進行熱質交換，高沸點組分在液相中逐漸富集，而低沸點組分則富集于氣相，從而實現不同成分的分離。通過優化塔內條件，產品可以在塔頂或塔底以較高的純度被提取。理論上塔板數目越多，得到的氣體純度越高，塔體高度也越高。
類型
板式精餾塔是最常見的一種精餾設備，塔內安裝有多層塔板，氣液兩相在塔板上進行傳質與熱交換。液體沿塔板逐層向下流動，氣體則穿過塔板向上，逐步實現混合物的分離。常見的塔板類型包括篩板、浮閥板等。
填料精餾塔是另一種常見的精餾設備，塔內裝有多孔填料，增加氣液接觸面積，從而提高分離效率。填料塔通常用于較低流量和更高要求的分離過程，如精細化工和實驗室規模的操作。常見的填料類型包括鮑爾環、拉西環等。
另外還有單級和雙級精餾塔，單級精餾塔分離空氣的方式不能同時獲得多種產品，而且一般用在小型空分。雙級精餾塔可在上塔頂部和底部同時獲得純氮和純氧，也可在冷凝蒸發器兩側分別獲取液氧和液氮。
應用領域
1、化工與石化領域：在化工和石油化工行業，精餾塔是分離和純化重要化合物的核心設備。例如，在石油煉制過程中，精餾塔被用于分離原油中的正戊烷、重烴、汽油、柴油等。化工生產中，許多有機溶劑和反應產物也需要通過精餾進行純化。
2、空氣分離：在空氣分離領域，精餾塔廣泛應用于氧氣、氮氣、氬等氣體的分離。通過低溫精餾技術，空氣中的主要成分根據它們的沸點差異進行分離。例如，氧氣的沸點為-183°C，而氮氣的沸點為-196°C，通過多級冷卻和精餾塔內的分離，得到高純度的氧氣和氮氣。
3、制藥與精細化工：精餾塔在制藥行業中被用來分離和純化藥物中間體，確保藥物生產過程中原料的高純度。在精細化工中，精餾塔被用于提取高純度的有機溶劑、香料以及其他精細化學品。
4、環保與溶劑回收 精餾塔在環保領域用于工業廢氣處理和溶劑回收。例如，在油漆或涂料制造過程中，使用的有機溶劑可通過精餾塔回收再利用，降低生產成本并減少環境污染。
噴淋塔
噴淋塔是塔器中出現最早的氣液傳質設備之一，實際上應屬于空心式噴灑吸收器，近些年來在有害氣體治理領域上應用較多。淋塔結構簡單，一個空心圓筒體頂部裝有液體噴淋器，液體噴淋器一般為多層布置，液體分散成細小液滴下降，氣體從塔底進入后以逆流方式與液滴接觸進行傳質，凈化后氣體從塔頂排出，（圖2）所示為多層嘴的淋塔。
噴淋塔主要由以下幾個部分構成：其一為有害氣體入口，其二是凈化氣體出口，其三是液滴分離器，其四是吸收劑入口，其五是吸收劑出口。。在噴淋塔內，氣體從下部進入，吸收劑從上向下分幾層噴淋。噴淋塔上部設有液滴分離器。噴淋的液滴應大小適中，液滴直徑過小，容易被氣流帶走，液滴直徑過大，氣液的接觸面積小、接觸時間短，影響吸收速率。
填料塔
噴淋塔內填充適當填料即成為填料塔，其結構包括：有害氣體入口、吸收劑入口、液滴分離器、填料、吸收劑出口。放置填料可增大氣液接觸面積。吸收劑從塔頂向下噴淋，沿填料表面下降并潤濕填料，氣體沿填料間隙上升，在填料表面氣液接觸進行吸收。填料塔結構簡單、阻力中等，不適用于有害氣體與粉塵共存場合，以免堵塞。填料塔直徑不宜超過 800 毫米，直徑過大時液體徑向分布不均勻，影響吸收效率。
幾種常見的填料（如圖1）所示。填料的一般要求是比表面積大（單位填料層提供的填料的表面積）、空隙率大、對氣體流動阻力小、耐腐蝕及機械強度高。填料有很多種形式，一般分為兩大類：一類是個體填料，如鮑爾環、拉西環、鞍形（矩鞍形、弧鞍形）環等；另一類是規整填料，如柵板、θ網環、波紋填料等。規整填料與個體填料相比，目前工業中應用較多，其中以波紋填料應用最為廣泛。它由許多與水平方向成45°（或60°）轉軸傾角的波紋薄板組成，上下兩層波紋板相互垂直放置，相鄰兩板波紋傾斜方向相反，由此組成蜂窩狀通道。波紋板表面又有不同花紋、細縫或小孔，以利于表面潤濕和液體均勻分布。波紋填料可用金屬絲網、金屬薄板、塑料或玻璃鋼等制造。由于氣流通道規則、氣液分布均勻，故允許氣速高、壓降低、效率高。
空氣分離塔
空氣中約有21%氣態氧和79%氣態氮。在高壓下，把空氣分離成氧氣和氮氣要利用它們沸點的差異。液態氧的沸點是-183℃，液態氮的沸點是-195.8℃。為使壓縮空氣冷卻，根據焦爾一托姆遜效應，在1.96*107/帕斯卡高壓下，采用膨脹或使用渦輪冷氣膨脹機絕熱膨脹。低壓空氣分離是在接近5*105/帕斯卡的壓力下，采用高效絕熱膨脹渦輪機進行冷卻。
分離空氣裝置可分三個部分：原料氣處理；冷凍；精餾分離。
在第一部分，原料氣用過濾器裝置除塵，然后把清潔的空氣用空氣壓縮機壓縮，并在水冷卻塔中冷卻，之后，進入第二部分。清潔的空氣不能含有水分。在此部分，用冷凝冷卻器進行冷卻。空氣受到冷卻，就液化，并被送到精餾塔里。冷凝冷卻器可以用絕熱膨脹渦輪機（渦輪冷卻發動機）。在精餾塔里，利用氧和氮的蒸發溫差，液態空氣分離為氧和氮。精餾塔分幾層，用隔板（塔板）開。塔的結構保證冷凝和蒸發過程的進行。在塔的下面，液態空氣進行粗分離，分成40%的液態空氣和99%的氮氣。在上塔進行精分離，得到純度為96%~99%的氨氣和95%~99.8%的純氧氣。這種氮氣用輔助冷凝器使其氣化，同時氣態氮氣從塔里逸出，冷卻到常溫，并放出熱量。這部分熱進行蓄冷。
熱分離塔
熱分離塔使兩種不同質量的成分所構成的流體在一豎直圓筒中產生對流，圓筒的軸保持在比它的壁的溫度高的溫度上就可以稍微把這兩種成分分開。
克魯修斯（Clusius）和狄開耳（Dickel）成功地制成了一臺用來分離重同位素的熱擴散塔。它是用一個直圓筒做成的。軸上有一條熱絲使筒的中心和外表面保持著-600℃的溫度差。較重同位素的濃度在冶的外表面上慢慢地增加，同時，對流束把較冷的氣體帶向下去，而較輕的氣體沿著熱上升。這樣，在的上端把氣體回收，并使它連續通過其他相似的幾級裝置，就能使較輕同位素濃縮。如果相對質量差顯著的話，這個方法就工作得特別利。為了獲得大量濃縮的鈾235同位素，已建造了巨大的熱擴散塔，并已順利地在進行工作。
洗滌塔
洗滌塔是一種新型的氣體凈化處理設備。它是在可浮動填料層氣體凈化器的基礎上改進而產生的，廣泛應用于工業廢氣凈化、除塵等方面的前處理，凈化效果很好。對煤氣化工藝來說，煤氣洗滌不可避免，無論什么煤氣化技術都用到這一單元操作。由于其工作原理類似洗滌過程，故名洗滌塔。
洗滌塔與精餾塔類似，由塔體、塔板、再沸器、冷凝器組成。由于洗滌塔是進行粗分離的設備，所以塔板數量一般較少，通常不會超過十級。洗滌塔適用于含有少量粉塵的混合氣體分離，各組分不會發生反應，且產物應容易液化，粉塵等雜質（也可以稱之為高沸物）不易液化或凝固。當混合氣從洗滌塔中部通入洗滌塔，由于塔板間存在產物組分液體，產物組分氣體液化的同時蒸發部分，而雜質由于不能被液化或凝固，當通過有液體存在的塔板時將會被產物組分液體固定下來，產生洗滌作用，洗滌塔就是根據這一原理設計和制造的。
板式塔
板式塔主要包括塔體、塔板、溢流堰和降液管等部件。塔板是氣液接觸元件;溢流堰維持塔板上一定高度的液層，以保證在塔板上氣液兩相有足夠的接觸面積;降液管作為液體從上層塔板流至下層塔板的通道。正常工作狀態時，液體依靠重力作用從頂部進入后逐板向下流動，在板上形成一定厚度的液層，氣體靠壓差推動，從塔底向上依次穿過各塔板上的液層流向塔頂。每塊塔板上保持著一定厚度的液層，氣體通過塔板分散到液層中，氣液兩相進行相際接觸傳質。
板式塔的塔內設有幾層篩板，氣體從下而上經孔進入板上的液層，通過氣體的鼓泡進行吸收。它的優點是構造簡單，吸收效率高，處理風量大，可使設備小型化。在板式塔中，液相是連續相、氣相是分散相，適用于以液膜阻力為主的吸收過程。板式塔不適用于負荷變動大的場合，操作時難以掌握。
基本構造
分離塔通常由殼體、內件（如填料層、板式塔盤等）、支撐結構、進出口管道等部分組成。殼體主要起到支撐和保護內件的作用，內件則是實現混合物分離的關鍵部件。不同類型的分離塔，其內件結構和形式也有所不同，例如填料塔、板式塔、噴淋塔等。
主要特點
1.?提高產品質量：通過分離塔對混合物進行分離，可以將其中的有害成分、雜質等去除，從而提高產品的質量。
2.?提高資源利用率：分離塔可以實現混合物中有用成分的回收利用，減少資源浪費，降低生產成本。
3.?保護環境：分離塔可以將廢氣、廢水等中的有害物質分離出來，減少對環境的污染。
4.?滿足生產需要：通過分離塔對原料進行預處理，可以將其轉化為符合生產工藝要求的狀態，滿足生產的需要。
通過了解分離塔的工作原理和作用，我們可以更好地利用這一設備，提高生產效率，降低生產成本，保護環境。
技術規范
JB 4710-1992規定了鋼制塔式容器（以下簡稱塔器）的設計、制造檢驗與驗收的要求。以下列舉其中的幾條。
應用領域
分離塔是化工生產中的重要設備，廣泛應用于石油、化肥、石化等領域。它的主要作用是將混合物中的不同成分通過物理或化學方法進行分離，以滿足生產的需要。
參考資料 >
分離塔的工作原理及作用.分離塔的工作原理及作用.2024-10-20
精餾塔.zjoxy.2024-10-22
全國標準信息公共服務平臺.鋼制塔式容器.2023-10-21