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1、第第三三单元单元 静设备静设备课题三课题三 塔设备塔设备 n分课题一分课题一 塔设备的应用及类型塔设备的应用及类型 n一、塔设备应用一、塔设备应用 二、塔设备的一般要求二、塔设备的一般要求n（1）生产能力要大，即单位塔截面上单位时间内的物料处理量要大。n（2）分离效率要高，即达到规定分离要求的塔高要低。n（3）操作稳定，弹性要大，即允许气体和（或）液体负荷在一定的范围内变化，塔仍能正常操作并保持较高的分离效率。n（4）对气体的阻力要小，这对于减压蒸馏尤为重要。n（5）结构简单，易于加工制造，维修方便，耐腐蚀等。 三、塔设备的分类三、塔设备的分类 n塔式容器广泛用于石油、化工、医药、食品以及环境
2、保护等工业的一种重要的单元操作设备。主要用来处理流体（气体或液体）之间的传质与传热，实现物料的净化和分离。按照塔流体接触的部件不同，分为板式塔和填料塔两种。n板式塔中，塔内装有一定数量的塔盘，气液两相在板面上以气体鼓泡和液体喷射状态完成气液传质与传热，有明显的“级”式过程。填料塔中，气液两相接触主要发生在填料表面，在传热传质过程以“微分”式连续进行。四、塔设备所受载荷四、塔设备所受载荷n由于塔身高大且多露天放置，其受力状况为：n（1）设计压力；n（2）液柱静压力；n（3）塔器自重以及正常操作条件下的塔内物料载荷；n（4）附属设备和隔热材料、衬里、管道、扶梯、平台的重力载荷；n（5）风载荷和地震
3、载荷。五、气液传质对塔器的要求五、气液传质对塔器的要求n气液传质对塔器的要求主要有：n（1）气液两相充分接触，传质效率高；n（2）气体和液体的通量大；n（3）流体流动阻力小，压力损失小；n（4）操作弹性大，在负荷较大变动范围内，维持高效率；n（5）结构简单、可靠，制造成本低；n（6）易于安装、检修和清洗。 六、塔设备的总体结构六、塔设备的总体结构n（一）塔体n塔体内部有板式塔的主要结构元件之一-塔盘，气-液或液-液两相有塔盘上充分接触，达到传质和传热的目的。塔盘上没有溢流装置，包括溢流堰、降液管和受液盘。塔体外表面上安装有进出物料管、人孔、视孔和各种仪表接管等。另外，为了便于人上塔操作，在塔外
4、侧还设有扶梯和平台；塔内流体温度不是接近常温状态时，往往还需要在塔的外表安装保温层，设有保温层支持圈等。（二）裙式支座n由座圈、基础环和地脚螺栓座组成。座圈焊在基础环上，基础环传递力给基础，上面焊制地脚螺栓座。地脚螺栓将基础环固定在基础上，基础上的地脚螺栓为预先填埋固定好的，所以为了安装，基础环上的地脚螺栓孔为开口的，装完后再焊上，其与塔底焊接于封头间的焊接接头可分为对接与搭接。对接时裙座外径和塔体下封头外径相等，焊缝必须为全熔透的连续焊，搭接焊缝应和塔体自身的环焊缝保持一定的距离。 （三）塔顶吊柱n（1）吊杆 最好是整根的钢管。n（2）封板 悬臂端加封板，防止雨水灌入吊柱引起生锈。n（3）吊
5、钩。n（4）手柄 方便用力，用套筒。n（5）制动插销 起吊物体时，防止任意转动。n（6）支撑点结构。（四）除沫器 n 除沫器用于捕集夹带在气流中的液滴。使用高效的除沫器，对于回收贵重物料、提高分离效率、改善塔后设备的操作状况，以及减少对环境的污染都是非常必要。(五)进料管n在分块式塔盘上安置进料管应贴近塔盘板（加料板），有直的和弯的两种，并可做成可拆的或固定不可拆的。在整块式塔盘上，由于有塔盘圈，进液管位置应提高，并加缓冲管。对于气态进料，进料口可安装在塔盘间的蒸汽空间。分课题二分课题二 板式塔板式塔 n一、板式塔的结构一、板式塔的结构二、塔板类型二、塔板类型n（一）按照塔内气液流动的方式，可
6、将塔板分为错流塔板与逆流塔板两类。（二）按塔板的结构分类n（1）泡罩塔（2）筛板塔（3）浮阀塔（4）喷射型塔板三、塔设备的主要构件三、塔设备的主要构件n（一）塔盘n（1）整块式塔盘的板式塔n定距管支撑式塔盘n重叠式塔盘（2）分块式塔盘的板式塔（3）塔板联接（二）除沫装置n（1）丝网除沫器（2）折流除沫器（3）旋流板除沫器n图3-3-21所示，旋流板除沫器夹带的液滴的气体通过叶片时产生旋转和离心运动，在离心力的作用下将液滴甩到塔壁，从而实现气液分离。（三）裙座n（1）裙座型式有圆筒形和圆锥形。n（2）裙座的材料n裙座壳体 n其它部位 n（3）裙座结构（3）裙座结构n裙座的组成 n裙座与塔体的焊接
7、型式n裙座体与塔体的焊缝应和塔体本身的环焊缝保持一定距离，以防焊接残余应力叠加过大、焊接变形；如果端盖是拼焊而成，则应在裙座上相应部位开缺口，以免和端盖焊缝相互交叉重合。 n人孔： n排气孔：防止腐蚀性气体长期积存在裙座内。n排液孔：排除裙座体底部积液，50孔。n螺栓孔：开成圆缺口以便于安装。n出料管：焊有三片扁钢支承在引出管通道上。（四）吊柱（五）塔设备的进出口接管四、板式塔的操作及维护四、板式塔的操作及维护n（一）塔式板内气液两相的非理想流动n（1）空间上的反向流动n雾沫夹带n气泡夹带n（2）空间上的不均匀流动n气体沿塔板的不均匀分布液体沿塔板的不均匀流动n液体自塔板一端流向另一端时，在塔
8、板中央，液体行程较短而直，阻力小，流速大。在塔板边缘部分，行程长而弯曲，又受到塔壁的牵制，阻力大，因而流速小，因此，液流量在塔板上的分配是不均匀的。这种不均匀性的严重发展会在塔板上造成一些液体流动不畅的滞留区。（二）塔式板的不正常操作现象n（1）漏液n（2）液泛（三）塔板的负荷性能图及操作分析n(1)漏液线 n(2)液沫夹带线 n(3)液相负荷下限线 n(4)液相负荷上限线 n(5)液泛线 （四）板式塔的操作及维护n（1）板式塔设备开车前准备n认真检查水、电、汽是否能够保证正常生产需要。n各种物料输送装置如泵、压缩机等设备是否能正常运转。n设备、仪表、防火安全设施是否齐全完备，有计算机自控装置
9、应试调系统。n所有阀门要处于正常运行的开、闭状态，并保证不能有渗漏、逃汽跑液现象。n各冷凝、冷却器事先要试验是否渗漏，安排先后送水预冷，整个塔设备要先送蒸汽温塔。n疏通前后工段联系，掌握进料浓度和储备槽液量，通知化验室作取样分析准备工作。（2）典型板式塔设备的操作要求n检查精馏塔系统阀门关/天是否正确。蒸馏开始前，开启冷却水循系统，并打开泄压阀，然后打开冷凝器冷却水阀门，将水压调整到0.15Mpa，关闭进料转子流量计阀门。n开启精馏塔系统真空，真空度按具体工艺要标选择，如蒸馏物料挥发性强，开启盐水机组，启用冷凝系统，捕集物料。n启动磁力泵，将蒸馏物料送入计量罐内，再输送至高位槽。n打开预热汽阀
10、，打开塔釜蒸汽阀，并将蒸汽压力控制在需要的范围之内，保持设定温度。n检查塔体、塔釜、残液槽之间连接管道的阀门开启是否正确。n选择合迁的进塔料口，找开转子流量计，流量根据具体情况加以调整。n整修蒸馏过程必须监控真空度、蒸汽压力、流量、物料输送以及出料情况。n蒸馏完毕，排渣，清洗系统。 （3）板式塔设备的停车n取出塔板或填料，检查、清洗污垢或杂质。n检测塔壁厚离，做出减薄预测曲线，评价腐蚀情况，判断塔设备使用寿命；检查塔体有无渗漏现象，做出渗漏处的修理安排。n检查塔板或塔料的磨损破坏情况。n检查液面计、压力计、安全阀是否发生堵塞和在规定压力下动作，必要时重新调整和校正。n如果在运行中发现有异常振动
11、，停车检查时要查明原因。 分课题三分课题三 填料塔填料塔n一、填料塔的结构特点一、填料塔的结构特点二、填料的类型二、填料的类型n（一）散装填料n（1）拉西环填料 n（2）鲍尔环填料 （3）阶梯环填料 （4）弧鞍填料 （5）矩鞍填料 （6）金属环矩鞍填料 （7）球形填料球形填料一般采用塑料注塑而成，其结构有多种 （二）规整填料 n（1）格栅填料 n（2）波纹填料 n（3）脉冲填料脉冲填料是由带缩颈的中空棱柱形个体，按一定方式拼装而成的一种规整填料 三、填料的性能评价三、填料的性能评价n（1）填料的几何特性n比表面积单位体积填料的填料表面积称为比表面积，以a表示，其单位为m2/m3。填料的比表面积
12、愈大，所提供的气液传质面积愈大。因此，比表面积是评价填料性能优劣的一个重要指标。 n空隙率单位体积填料中的空隙体积称为空隙率，以e 表示，其单位为m3/m3，或以%表示。填料的空隙率越大，气体通过的能力越大且压降低。因此，空隙率是评价填料性能优劣的又一重要指标。n填料因子填料的比表面积与空隙率三次方的比值，即a/e 3，称为填料因子，以f表示，其单位为1/m。填料因子分为干填料因子与湿填料因子，填料未被液体润湿时的a/e3称为干填料因子，它反映填料的几何特性；填料被液体润湿后，填料表面覆盖了一层液膜，a和e 均发生相应的变化，此时的a/e 3 称为湿填料因子，它表示填料的流体力学性能，f值越小
13、，表明流动阻力越小。 （2）填料的性能评价n填料的性能的优劣通常根据效率、通量及压降来衡量。在相同的操作条件下，填料塔内气液分布越均匀，表面润湿性能越优良，则传质效率越高；填料的空隙率越大，结构越开放，则通量越大，压降也越低。国内学者对九种常用填料的性能进行了评价，用模糊数学方法得出了各种填料的评估值，结论如表3-3-2所示。四、填料的选择四、填料的选择n（一）填料种类的选择n（1）传质效率要高一般而言，规整填料的传质效率高于散装填料。n（2）通量要大在保证具有较高传质效率的前提下，应选择具有较高泛点气速或气相动能因子的填料。n（3）填料层的压降要低。n（4）填料抗污堵性能强，拆装、检修方便。
14、（二）填料规格的选择n（1）散装填料规格的选择工业塔常用的散装填料主要有DN16、DN25、DN38、DN50、DN76等几种规格。同类填料，尺寸越小，分离效率越高，但阻力增加，通量减少，填料费用也增加很多。而大尺寸的填料应用于小直径塔中，又会产生液体分布不良及严重的壁流，使塔的分离效率降低。因此，对塔径与填料尺寸的比值要有一规定，一般塔径与填料公称直径的比值D/d应大于8。n（2）规整填料规格的选择工业上常用规整填料的型号和规格的表示方法很多，国内习惯用比表面积表示，主要有125、150、250、350、500、700等几种规格，同种类型的规整填料，其比表面积越大，传质效率越高，但阻力增加，
15、通量减少，填料费用也明显增加。选用时应从分离要求、通量要求、场地条件、物料性质及设备投资、操作费用等方面综合考虑，使所选填料既能满足技术要求，又具有经济合理性。（三）填料材质的选择n（1）陶瓷填料 n（2）金属填料 n（3）塑料填料塑料填料的材质主要包括聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）及聚氯乙烯（PVC）等 五、填料塔的流体力学性能五、填料塔的流体力学性能n（1）填料层的持液量n（2）填料层的压降（4）液泛n在泛点气速下，持液量的增多使液相由分散相变为连续相，而气相则由连续相变为分散相，此时气体呈气泡形式通过液层，气流出现脉动，液体被大量带出塔顶，塔的操作极不稳定，甚至会被破坏，此种情况称为淹塔
16、或液泛。影响液泛的因素很多，如填料的特性、流体的物性及操作的液气比等。 液体喷淋密度和填料表面的润湿 n填料塔中气液两相间的传质主要是在填料表面流动的液膜上进行的。要形成液膜，填料表面必须被液体充分润湿，而填料表面的润湿状况取决于塔内的液体喷淋密度及填料材质的表面润湿性能。（5）返混n在填料塔内，气液两相的逆流并不呈理想的活塞流状态，而是存在着不同程度的返混。造成返混现象的原因很多，如：填料层内的气液分布不均；气体和液体在填料层内的沟流；液体喷淋密度过大时所造成的气体局部向下运动；塔内气液的湍流脉动使气液微团停留时间不一致等。填料塔内流体的返混使得传质平均推动力变小，传质效率降低。因此，按理想
17、的活塞流设计的填料层高度，因返混的影响需适当加高，以保证预期的分离效果。六、填料塔的内件六、填料塔的内件(四)液体收集及再分布装置七、填料塔塔设备的操作与维护七、填料塔塔设备的操作与维护n(一)填料的安装n（1）填料安装前的处理n（2）散装填料的安装 n（3）规整填料的安装 n（二）填料塔的操作n填料塔操作与板式塔大体相同。n填料塔操作与板式塔主要不同之处在于：首先，填料塔应主要控制液体分布均匀，防止填料局部过流影响传质效果；其次要控制好压力变化，避免气相变化过大，造成填料压板的损坏。n（三）填料塔的日常检查n定期检查、清理，更换莲蓬头或溢流管，保持不堵塞、不破损、不偏斜，使喷淋装置能把液体均
18、匀分布到填料上。n进塔气体的压力和流速不能过大，否则填料将会被吹乱或带走，严重降低气、液两相接触效率。n控制进气温度，防止塑料填料软化或变质，增加气流阻力。n进塔的液体不能含有杂物，太脏时应过滤，避免杂物堵塞填料缝隙。n定期检查、防腐，清理塔壁，防止腐蚀、冲刷、挂疤等缺陷。n定期检查算板腐蚀程度，如果腐蚀变薄则应更新，防止脱落。n定期测量塔壁厚度并观察塔体有无渗漏，发现后及时修补。n经常检查液面，不要淹没气体进口，防止引起振动和异常响声。n经常观察基础下沉情况，注意塔体有无倾斜。n保持塔体油漆完整，外观无挂疤，清洁卫生。 n定期打开排污阀门，排放塔底积存脏物和碎填料。n冬季停用时，应将液体排尽
19、，防止冻结。n如果压力突然下降，此时可能原因是发生了泄漏。如果压力上升，可能的原因是填料阻力增加或设备管道堵塞。n防腐层和保温层损坏，此时要对室外保温设备进行检查，着重检查温度在100以下的雨水浸入处、保温材料变质处、长期经外来微量的腐蚀性流体侵蚀处。填料塔设备运行期间的点检、巡检内容及方法见表3-3-3-33-3。 （四）填料塔常见故障诊断与处理n故障诊断应从最简单最明显处着手，可遵循以下步骤：n（1）若故障严重，涉及安全、环保或不能维持生产，应立即停车，分析、处理故障。n（2）若故障不严重，应在尽量减少对安全、环境及利润损害的前提下继续运行。n（3）在运行过程中取得数据及一些特征现象，在不
20、影响生产的前提下，做一些操作变动，以取得更多的数据和特征现象。如有可能还可进行全回流操作，为故障分析提供分析数据。n（4）分析塔过去的操作数据，或与同类装置相比较，从中找出相同与不同点。若塔操作由好变坏，找出变化时间及变化前后的差异，从而找出原因。n（5）故障诊断不要只限于塔本身，塔的上游装置及附属设备，如泵、换热器以及管道等都应在分析范畴内。n（6）仪表读数及分析数据错误可能导致塔的不良操作。每当故障出现，首先对仪表读数及分析数据进行交叉分析，特别要进行物料平衡、热量平衡及相平衡分析，以确定其准确性。n（7）有些故障是由于设计不当引起的。对设计引起故障的检查应首先检查图纸，看是否有明显失误之处，分析此失误是否为发生故障的原因；其次，要进行流体力学核算，核算某处是否有超过上限操作的情况；此外，还需对实际操作传质进行模拟计算，检查实际传质效率的高低。n填料塔常见故障及处理方法见表3-3-4。