《最新常用化工设备之塔器设备讲义PPT课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《最新常用化工设备之塔器设备讲义PPT课件.ppt（64页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、常用化工设备之塔器设备讲常用化工设备之塔器设备讲义义反应器塔器容器换热器6、再生塔：再生的过程是混合物经蒸汽传质、汽提而使溶液解吸再生的过程。7、干燥塔：固体物料的干燥包括两个基本过程，首先是对固体加热以使湿分气化的传热过程，然后是气化后的湿分蒸气分压较大而扩散进入气相的传质过程，而湿分从固体物料内部借扩散等的作用而源源不断地输送到达固体表面，则是一个物料内部的传质过程。因此干燥过程的特点是传质和传热过程同时并存。这里需要说明一点，有些设备就其外形而言属塔式设备，但其工作实质不是分离而是换热或反应。如凉水塔属冷却器，合成氨装置中的合成塔属反应器。第二节第二节 塔设备的分类及一般构造塔设备的分类
2、及一般构造乙苯单元-塔设备第二节第二节 塔设备的分类及一般构造塔设备的分类及一般构造位号位号名称名称规格型号规格型号介质名称介质名称型式型式功能功能C-101丙烯吸收塔2400/280043400催化干气 乙苯板式塔吸收干气中的丙烯C-102解吸塔1800/240024700催化干气 乙苯板式塔解析吸收剂中丙烯，富丙烯干气的气相外送，液相再作为吸收剂C-103烃化尾气吸收塔1400/160021600烃、苯、多乙苯板式塔对烃化反应产物进行冷却吸收，气相外送C-104循环苯塔2800/340043950苯、乙苯板式塔对反应产物中的苯进行回收，新鲜苯进塔C-105脱非芳塔120019300烃、苯板
3、式塔回收C-104顶部气相物料中的苯C-106乙苯精馏塔240044600乙苯、丙苯、二乙苯板式塔精馏C-107丙苯塔120024000丙苯、二乙苯板式塔精馏C-108多乙苯塔120024400二乙苯、高沸物填料塔/规精馏苯乙烯单元-塔设备位号位号名称名称规格型号规格型号介质名称介质名称型式型式功能功能C-301汽提塔120012100含芳烃的水板式塔用蒸汽回收反应产物中的有机物C-302吸收塔80018600脱氢尾气、多乙苯填料塔/散用吸收剂吸收脱氢反应产物中的油相C-303解析塔100013100水、多乙苯等填料塔/散将富液中的吸收剂解析C-401粗苯乙烯塔420059850乙苯、苯乙烯、
4、苯乙烯焦油填料塔/规精馏C-402乙苯回收塔120028950苯、甲苯、乙苯板式塔精馏C-403精苯乙烯塔26002020013002250苯乙烯、苯乙烯焦油填料塔/规精馏C-404苯/甲苯塔60022000苯、甲苯填料塔精馏第二节第二节 塔设备的分类及一般构造塔设备的分类及一般构造塔设备的构件，除了种类繁多的各种内件外，其余构件则是大致相同。主要包括以下几个部分：1、塔体：塔体是塔设备的外壳。常见的塔体是由等直径、等壁厚的圆筒和作为头盖和底盖的椭圆形封头所组成。包括筒体、端盖（主要是椭圆形封头）及连接法兰。2、支座：塔体支座是塔体安防盗基础上的连接部分。它必须保证塔体坐落在确定的位置上进行正
5、常的工作。为此，它应当具有足够的强度和刚度，能承受各种操作情况下的全塔重量，以及风力、地震等引起的载荷。最常用的塔体支座是裙式支座，即裙座。3、除沫器：除沫器用于捕集夹带在气流中的液滴。使用高效的除沫器，对于回收贵重金属、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等，都是非常必要的。第二节第二节 塔设备的分类及一般构造塔设备的分类及一般构造4、接管：塔设备的接管是用以连接工艺管路，把塔设备与相关设备连成系统。按接管的用途，分为进液管、出液管、进气管、出气管、回流管、侧线抽出管和仪表接管等。5、人孔和手孔：人孔和手孔一般都是为了安装、检修检查和装填填料的需要而设置的，在板式塔和填
6、料塔中，各有不同的设置要求。6、吊耳：塔设备的运输和安装，特别是在设备大型化后，往往是工厂基建工地上一项举足轻重的任务。为起吊方便，可在塔设备上焊接吊耳。7、吊柱：在塔顶设置吊柱是为了在安装和检修时，方便塔内件的运送。第二节第二节 塔设备的分类及一般构造塔设备的分类及一般构造第三节第三节 塔设备的要求塔设备的要求作为主要用于传质过程的塔设备，首先必须使气液两相能充分接触，以获得较高的传质效率，除了应满足工艺条件，如压力、温度及耐腐蚀性等外还应满足如下基本要求。1、生产能力要大。即单位塔截面上单位时间内物料的处理量要大。在较大的气液流速下，仍不知发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏正常操作的现象
7、。2、分离效率高。即气、液相能充分接触且分离效果好。3、操作弹性大。即有较强的适应性和宽的操作范围。能适应不同性质的物料且在负荷波动时能维持操作稳定，仍有较高的分离效率。4、压降小。即流体通过时阻力小，这样可大大节约生产的动力消耗，降低成本c在减压塔中若压降过大系统将难以维持必要的真空度。5、结构简单、耗材少，易于制造及安装，这样可减少基建投资，降低成本。6、耐腐蚀不易堵塞，便于操作、调节及检修。一个塔设备要同时满足以上各项要求是困难的，而且实际生产中各项指标的重要性因具体情况而异，不可一概而论。所以应从生产需要及经济合理性考虑，正确处理以上各项要求。第四节第四节 塔设备的发展和现状塔设备的发
8、展和现状泡罩塔是1813年Cellier提出的，它在化工生产中一直占有重要的地位。1832年开始用于酿造工业，使出现较早的并获得广泛应用的一种塔型。1830年出现了筛板塔，它们都是板式塔。工业规模的填料塔始于1881年的蒸馏操作中，1904年才用于炼油工业，当时的填料是碎砖瓦、小石块。20世纪初，随着炼油工业的发展和石油化工工业的兴起，塔设备开始被广泛采用，并逐渐积累了有关设计、制造、安装、操作等方面的数据和经验。20世纪中期，为了适应各种化工产品的生产和发展，不仅需要新建大量的塔，还得对原有的塔设备进行技术改造，故而陆续出现了一批能适应各方面要求的新塔型。这一时期的板式塔按塔盘类型可分为如下
9、几种：泡罩型、筛板型、浮阀型、喷射型。第四节第四节 塔设备的发展和现状塔设备的发展和现状这批新型塔盘的出现，不仅为创建综合性能更好的塔型打开了思路，而且位接着发生的设备大型化后选择塔型指出了方向。在此期间，许多学者总结了塔设备长期操作的经验，并对筛板塔作了系统研究，认为设计合理的筛板塔，不仅保留了制造方便、用材省、处理能力大等优点，而且操作负荷在较大范围内变动时，仍能保持理想的效率。近年来，随着对筛板塔研究工作的不断深入和设计方法的日趋完善，筛板塔已成为生产上最为广泛采用的塔型。这一时期填料塔也进入了一个新的发展阶段，在瓷环填料，亦称拉西环填料（Raschi gring）被广泛采用后，弧鞍形填
10、料（Berl saddle）相继问世，更大大的促进了规整填料的发展。从20世纪60年代起，由于化工界械制造业成功解决了高压离心式压缩机的转动密封和高温高压废热锅炉的结构强度设计等技术关键，使化肥和石油化工的生产，在能量综合利用方面提高到一个新水平，继而带动了整个化学、炼油工业向大型化方向迅速发展。在大型装置中，塔设备的单台规模也随之增大，直径在10m以上的板式塔时有出现，塔板数多达上百块，塔的高度达80余米，设备重量有几百吨；填料塔的最大直径也有15m，塔高达100m。第四节第四节 塔设备的发展和现状塔设备的发展和现状在此期间，为了满足设备大型化以及化工工艺方面提出的高压、减压、高操作弹性等特
11、殊要求，又出现了很多新型塔盘，但按结构特点，仍属于泡罩、筛板、浮阀、舌型等几种典型塔型的改进和相互结合。这一时期，新型填料也有了较多的发展。进入20世纪70年代，有关塔设备的基础理论研究工作进度放慢了，人们通过实践接受了观点：当负荷达到最高负荷的85%时，所有不同结构的塔盘，其效率大致是相同的。研究结构表明，塔盘的效率并不取决于塔盘的结构，而主要取决于物系的性质，如相对挥发度、黏度、混合物的组分等。国外塔设备的发展的前提下，保持一定的操作弹性和适当的压力降，并尽量提高塔盘的效率。至于新型填料的研究，则希望找到有利于气液分布均匀、高效和制造方便的填料。目前，我国常用的板式塔仍为泡罩塔、浮阀塔、筛
12、板塔和舌型塔等；填料种类除拉西环、鲍尔环外，阶梯环以及波纹填料、金属丝网填料等规整填料也常采用。近年来，参考国外塔设备技术的发展动向，加强了对筛板塔的科研工作，提出了斜孔塔和浮动喷射塔等新塔型。第五节第五节 塔设备的用材塔设备的用材塔设备与其他化工设备一样，置于室外、无框架的自支承式塔体，绝大多数采用钢材制造。这是因为钢材具有足够的强度和塑性，制造性能较好，设计制造的经验也比较丰富。特别是在大型的塔设备中，钢材更具有无法比拟的优点。因而被广泛的采用。有些场合为了满足腐蚀性介质或低温等特殊条件，采用有色金属或非金属耐腐蚀材料。可供制造塔设备内件的材料，比之塔体用材，选择余地更大。板式塔的塔盘，以
13、及浮阀、泡罩一类气液接触元件，由于结构较为复杂，加之工艺和使用方面的需求（浮阀应能自由浮动），所以仍是以钢材为主，其他材料（陶瓷、铸铁）为辅。填料的用材，往往只考虑制造成型方面的性能，所以可用多种材料制成同一型式和外形尺寸的填料，以满足不同场合的需要。如拉西环最初用瓷做的，以后又出现了用钢、石墨或硬聚氯乙烯塑料等制造；鲍尔环也有用钢、铝或聚丙烯塑料等制造；至于高效的丝网填料，则除了用各种金属丝网外，还可将尼龙、塑料等编织成网，进而制得。第二章 塔设备的结构第一节 板式塔板式塔是分级接触型气液传质设备，种类繁多。根据目前国内外实际使用的情况，主要塔型是浮阀塔、筛板塔及泡罩塔。板式塔由塔体、支座和
14、内件等组成，塔体上设有物料进出管及各种仪表接管，为了安装、检修及操作的方便，在塔体上还设有人孔、手孔、吊柱、扶梯及平台等。塔体的支承常用裙式支座，板式塔的内件有塔盘、除沫器等。在圆柱形壳体内按一定间距水平设置若干层塔板，液体靠重力作用自上而下流经各层板后从塔底排出，各层塔板上保持有一定厚度的流动液层；气体则在压强差的推动下，自上而下从塔底依次穿过各塔板上的液层上升至塔顶排出。气、液在塔内逐板接触进行质、热交换，故两相的组成沿塔高呈阶跃式变化。一、塔板类型:溢流塔板 塔板是板式塔的基本构件，决定塔的性能。1、溢流塔板(错流式塔板)：塔板间有专供液体溢流的降液管(溢流管)，横向流过塔板的流体与由下
15、而上穿过塔板的气体呈错流或并流流动。板上液体的流径与液层的高度可通过适当安排降液管的位置及堰的高度给予控制，从而可获得较高的板效率，但降液管将占去塔板的传质有效面积，影响塔的生产能力。溢流式塔板应用很广，按塔板的具体结构形式可分为：泡罩塔板、筛孔塔板、浮阀塔板、舌形塔板等。一、塔板类型:溢流塔板-泡罩塔盘 1.1泡罩塔这种塔板，其主要元件由升气管和泡罩构成，泡罩安装在升气管顶部，泡罩底缘开有若干齿缝浸入在板上液层中，升气管顶部应高于泡罩齿缝的上沿，以防止液体从中漏下。液体横向通过塔板经溢流堰流入降液管，气体沿升气管上升折流经泡罩齿缝分散进入液层，形成两相混合的鼓泡区。塔板上的主要部件是泡罩。它
16、是一个钟形的罩，支撑在塔板上，其下沿有长条形或椭圆形小孔，或作成齿缝状，与板面保持一定距离。罩内覆盖着一段很短的升气管，升气管的上口高于罩下沿的小孔或齿缝。塔下方的气体经升气管进入罩内之后，折向下到达站罩与管之间的环形空隙，然后从罩下沿的小孔或齿缝分散成气包而进入板上的液层。一、塔板类型:溢流塔板-泡罩塔盘 泡罩塔具有如下优点：（1）气、液两相接触充分，传质面积大，因此塔盘效率高。（2）操作弹性大，在负荷变动范围较大时，仍能保持较高的效率。（3）具有较高的生产能力，适合大型生产。（4）不易堵塞，介质适应范围广，操作稳定可靠。最大的优点是易于操作，操作弹性大。当液体流量变化时，由于塔板上液层厚度
17、主要由溢流堰高度控制，使塔板上液层厚度变化很小。若气体流量变化，泡罩齿缝开启度会随气体流量改变自动调节，故气体通过齿缝的流速变化亦较小。于是，塔板操作平稳，气液接触状况不因气液负荷变化而显著改变，换言之，维持较高传质效率的气液负荷变化范围很大。泡罩塔的缺点是结构复杂，造价高，气体通过每层塔板的压降大等。由于泡罩塔的这些弱点，使之在与当今多种优良塔板型式的比较中处于劣势，所以现在泡罩塔的应用已较少了。一、塔板类型:溢流塔板-筛板塔盘1.2筛板塔筛板塔盘是在塔盘板上钻许多小孔，工作时液体从上层塔盘经降液管流下，横向流过塔盘进入本层塔盘降液管流入下一层塔盘；气体则自下而上穿过筛孔，分散成气泡，穿过筛
18、板上的液层，在此过程中进行相际间传质、传热。筛孔塔板即筛板出现也较早（1830年），是结构最简单的一种板型。筛板塔约于1832年开始用于工业生产。筛板塔与泡罩塔的相同点：都有降液管，塔板上都钻有若干小圆孔。筛板塔与泡罩塔的不同点：取 消了泡罩与升气管而直接在板上开很多小直径的筛孔。一、塔板类型:溢流塔板-筛板塔盘筛板塔操作时液体横过塔板，气体则自板上小孔（筛孔）鼓泡进入板上液层。当气速过低时筛孔会漏液；若气速过高，气体会通过筛孔后排开板上液体径自向上方冲出，造成过量液沫夹带即严重轴向混合。所以，筛板塔长期以来被认为操作困难、操作弹性小而受到冷遇。筛板塔的优点：（1）结构简单、制造维护方便。（2
19、）生产能力大，比泡罩塔盘高2040。（3）压降小，适用于减压操作。（4）比泡罩塔盘效率高，但不及浮阀塔盘。（5）若设计合理其操作弹性也较高，但不如泡罩塔盘。筛孔塔的缺点：小孔径筛孔易堵塞，故不宜处理脏、粘性大及带固体颗粒的料液。一、塔板类型:溢流塔板-筛板塔盘-垂直筛板1.2.1垂直筛板在塔板上开按一定排列的若干大孔(直径100200mm)，孔上设置侧壁开有许多筛孔的泡罩，泡罩底边留有间隙供液体进入罩内。气流将由泡罩底隙进入罩内的液体拉成液膜形成两相上升流动，经泡罩侧壁筛孔喷出后两相分离，即气体上升液体落回塔板。液体从塔板入口流至降液管将多次经历上述过程。与普通筛板相比，垂直筛板为气液两相提供
20、了很大的不断更新的相际接触表面，强化了传质过程；且气液由水平方向喷出，液滴在垂直方向的初速度为零，降低了液沫夹带量，因此垂直筛板可获得较高的塔板效率和较大的生产能力。一、塔板类型:溢流塔板-浮阀塔盘1.3浮阀型浮阀塔是1950年开发的一种新塔型。其特点是在筛板塔基础上，在每个筛孔处安置一个可上下移动的阀片。当筛孔气速高时，阀片被顶起上升，气速低时，阀片因自重而下降。阀片升降位置随气流量大小作自动调节，从而使进入液层的气速基本稳定。又因气体在阀片下侧水平方向进入液层，既减少液沫夹带量，又延长气液接触时间，故收到很好的传质效果。有多种浮阀形式，但基本结构特点相似。一、塔板类型:溢流塔板-浮阀塔盘国
21、内常用的浮阀有三种，即图所示的F1型及V-4型与T型。浮阀有三条带钩的腿。浮阀放进筛孔后，将其腿上的钩扳转，可防止操作时气速过大将浮阀吹脱。此外，浮阀边沿冲压出三块向下微弯的“脚”。当筛孔气速降低浮阀降至塔板时，靠这三只“脚”使阀片与塔板间保持2.5mm左右的间隙；在浮阀再次升起时，浮阀不会被粘住，可平稳上升。三类浮阀中，F1型浮阀最简单，该类型浮阀已被广泛使用。我国已有部颁标准（JB111868）。F1型浮阀结构简单，易于制造，应用最普遍，为定型产品。阀片带有三条腿，插入阀孔后将各腿底脚外翻 90，用以限制操作时阀片在板上升起的最大高度；阀片周边有三块略向下弯的定距片，以保证阀片的最小开启高
22、度。F1型浮阀分轻阀和重阀。轻阀塔板漏液稍严重，除真空操作时选用外，一般均采用重阀。V-4型的特点是阀孔被冲压成向下弯的喷咀形，气体通过阀孔时因流道形状渐变可减小阻力。T型阀则借助固定于塔板的支架限制阀片移动范围。一、塔板类型:溢流塔板-浮阀塔盘浮阀的直径比泡罩小，在塔板上可排列得更紧凑，从而可增大塔板的开孔面积，同时液体以水平方向进入液层，使带出的液沫减少而气液接触时间却加长，故可增大气体流速而提高生产能力，板效率亦有所增加，压力降却比泡罩塔小。结构上它比泡罩塔简单，但比筛板塔复杂。这种结构的优点：结构简单，生产能力和操作弹性大，板效率高。综合性能较优异。缺点是因阀片活动，在使用过程中有可能
23、松脱或被卡住，造成该阀孔处的气、液通过状况失常，为避免阀片生锈后与塔板粘连，以致盖住阀孔而不能浮动，浮阀及塔板都用不锈钢制成，此外，胶黏性液体易将阀片粘住，液体中有固体颗粒会使阀片被架起，都不宜采用。浮阀塔的生产能力比泡罩塔约大20%40%，操作弹性可达79，板效率比泡罩塔约高15%，制造费用为泡罩塔的60%80%，为筛板塔的120%130%。一、塔板类型:溢流塔板-浮阀塔盘-组合导向浮阀组合导向浮阀塔板是华东理工大学的专利技术，用于汽液传质过程，具有良好的操作性能。C-101C-107板式塔采用组合导向浮阀塔板，其主要特征为：1塔板上配有矩形导向浮阀（图1）和梯形导向浮阀（图2），按一定的比
24、例组合而成。浮阀上设有导向孔，导向孔的开口方向与塔板上的液流方向一致。在操作中，从导向孔喷出的少量汽体推动塔板上的液体流动，从而可消除塔板上的液面梯度。一、塔板类型:溢流塔板-浮阀塔盘-组合导向浮阀（2）矩形导向浮阀和梯形导向浮阀，两端设有阀腿。在操作中，汽体从浮阀的两侧流出，无向后的力，因此，组合导向浮阀塔板上的液体返混是很小的。（3）塔板上的梯形导向浮阀，适当排布在塔板两侧的弓形区内。因为从梯形导向浮阀两侧流出的汽体有向前的推力，可以加速该区域的液体流动，从而可以消除塔板上的液体滞止区。（4）如果液流强度较大或液体流路较长，在液体进口端和中间部位，也可以排布适当数量的梯形导向浮阀，以便消除
25、液面梯度。一、塔板类型:溢流塔板-浮阀塔盘-组合导向浮阀（5）由于矩形导向浮阀和梯形导向浮阀在操作中不转动，因而浮阀无磨损，不脱落。因此，组合导向浮阀塔板具有合理的结构特征和良好的流体力学性能，为目前国内最佳浮阀型塔板。组合导向浮阀塔板与F1（V1）型浮阀塔板效率相比，塔板效率可提高15-20%；处理能力可提高30%以上，塔板压降减小20-30%。一、塔板类型:溢流塔板-舌型塔盘1.4.1舌型塔板一种斜喷射型塔板。结构简单，在塔板上冲出若干按一定排列的舌形孔，舌片向上张角以20左右为宜。舌片塔板是在平板上冲压出许多向上翻的舌形小片而作成。塔板上冲出舌片后，所留下的孔也是舌的形状，从下层板上升的
26、气体在舌与孔之间几乎成水平地喷射出来，速度可达到2030m/s，冲向液层，将液体分散成滴或束。这种喷射作用使两相的接触大为强化，而提高传质效果。由于气体喷出的方同与液流方同大体上一致，前者对后者起推动作用，使液体流量加大而液面落差不增。板上液层薄，也就使塔板的阻力减小，液沫夹带也少一些。一、塔板类型:溢流塔板-舌型塔盘优点：气流由舌片喷出并带动液体沿同方向流动。气液并流避免了返混和液面落差，塔板上液层较低，塔板压降较小。气流方向近于水平。相同的液气比下，舌形塔板的液沫夹带量较小，故可达较高的生产能力。缺点：张角固定，在气量较小时，经舌孔喷射的气速低，漏液严重，操作弹性小。液体在同一方向上加速，
27、有可能使液体在板上的停留时间太短、液层太薄，板效率降低。舌片塔板是在平板上冲压出许多向上翻的舌形小片而作成。塔板上冲出舌片后，所留下的孔也是舌的形状，从下层板上升的气体在舌与孔之间几乎成水平地喷射出来，速度可达到2030m/s，冲向液层，将液体分散成滴或束。这种喷射作用使两相的接触大为强化，而提高传质效果。由于气体喷出的方同与液流方同大体上一致，前者对后者起推动作用，使液体流量加大而液面落差不增。板上液层薄，也就使塔板的阻力减小，液沫夹带也少一些。一、塔板类型:溢流塔板-舌型塔盘-浮舌塔盘1.4.2浮舌塔板为使舌形塔板适应低负荷生产，提高操作弹性，研制出了可变气道截面（类似于浮阀塔板）的浮舌塔
28、板。浮舌板上的主要构件是舌头与浮阀的结合，既可令气体以喷射方式进人液层，又可在负荷改变时，令舌阀的开度随着负荷改变而喷射速度大致维持不变。因此，这种塔板与固定舌片板相比较，操作较为稳定，操作弹性比较大，效率高一些，压力降也小一些。1.4.3斜孔塔板在舌形塔板上发展的斜孔塔板，斜孔的开口方向与液流垂直且相邻两排开孔方向相反，既保留了气体水平喷出、气液高度湍动的优点，又避免了液体连续加速，可维持板上均匀的低液面，从而既能获得大的生产能力，又能达到好的传质效果。一、塔板类型:溢流塔板-舌型塔盘-斜孔塔盘一、塔板类型:溢流塔板-网孔塔盘 1.5网孔塔板 网孔塔板由冲有倾斜开孔的薄板制成，具有舌形塔板的
29、特点。这种塔板上装有倾斜的挡沫板，其作用是避免液体被直接吹过塔板，并提供气液分离和气液接触的表面。网孔塔板具有生产能力大，压降低，加工制造容易的特点。一、塔板类型:穿流塔盘2、穿流塔盘穿流塔盘是无溢流装置的筛板塔，由于没有溢流装置，塔盘面积的利用率高，提高塔的生产能力，且简化了塔盘结构，造价降低，制造业更方便。穿流塔盘的效率也较高，压降小。其主要缺点是弹性小，不适宜易聚合生垢的系统。工作时气体由孔缝中上升，对液体产生阻滞作用，在塔盘上造成一定的液层、气体鼓入此液层，形成泡沫层和雾滴层，进行传质过程。在塔盘上与蒸汽接触的液体又不断地通过一些筛孔下落，在筛孔中形成了气、液的上下穿流，因此称为穿流塔
30、盘（或淋降塔盘）。但气、液并非同时在所有的筛孔中穿流，而是气流通过部分筛孔，在塔盘上与液体形成泡沫层，液体则经过另外部分筛孔落下，而且气、液交互通过的孔缝位置是不断变化着的。一、塔板类型:穿流塔盘为了提高塔的操作弹性，促进气、液两相均布和传质，还可用双孔径筛板和波纹筛板。与溢流式塔板相比，逆流式塔板应用范围小得多，常见的板型有筛孔式、栅板式、波纹板式等。穿流筛板塔的扳上开小孔，穿流栅板塔的板上开条形狭缝。板与板之间不设降液管，液体沿孔或缝的周边向下流动，气体则在孔或缝的中央向上流动。气流对液流的阻滞，使板上保持一定的厚度的液层，让气体鼓泡通过。板上的泡沫层高度比较小，因此压力降比较小，板效率比
31、泡罩板的低一些。塔板间没有降液管，气、液两相同时由塔板上的孔道或缝隙逆向穿流而过，板上液层高度靠气体速度维持。优点：塔板结构简单，板上无液面差，板面充分利用，生产能力较大缺点：板效率及操作弹性不及溢流塔板一、塔板类型-板式塔的比较板式塔的比较塔盘的结构影响到气、液两相的液体力学和传质的性能。综上所述，塔盘可归纳为三大类：（1）鼓泡型塔盘（包括泡罩、浮阀、筛板等）。气、液两相接触是靠气体鼓泡进入液层，产生鼓泡、泡沫和雾滴区域，并主要在泡沫和雾滴区中完成传质。由于气、液接触时间长，因此分离效率高。但因气、液错流，液面降落大，气流分布不匀。（2）喷射型塔盘（包括舌型、浮舌等）。气、液两相接触靠气相近
32、乎水平的喷射作用使液相分散成液滴或流束，达到密切接触，进行传质。因气、液接触时间短，故效率不高，但由于气、液并流，靠气流推动液体，因而处理量大，生产能力高，且塔盘上液层薄，液面降落小，压降也小。（3）无溢流装置塔盘（包括穿流筛板、穿流栅板等）。由于没有溢流装置，塔盘板利用率高，处理量大。气、液两相逆流流动，不存在液面落差等问题，板效率也较高，但因两相逆流，工作不稳定，弹性小。二、塔板上气液流动和接触状况为有效地实现气液两相之间的传质，板式塔应具有两方面的功能：（1）在每块塔板上气液两相必须保持密切而充分的接触，为传质过程提供足够大而且不断更新的相际接触表面，减小传质阻力；（2）在塔内应尽量使气
33、液两相逆流流动，以提供最大的传质推动力。当气液两相进、出塔设备的浓度一定时，两相逆流接触时的平均传质推动力最大。在板式塔内，各块塔板正是按两相逆流的原则组合起来的。但是，在每块塔板上，由于气液两相的剧烈搅动，是不可能达到充分的逆流流动的。为获得尽可能大的传质推动力，目前在塔板设计中只能采用错流流动的方式，即液体横向流过塔板，而气体垂直穿过液层。由此可见，除保证气液两相在塔板上有充分的接触之外，板式塔的设计意图是，在塔内造成一个对传质过程最有利的理想流动条件，即在总体上使两相呈逆流流动，而在每一块塔板上两相呈均匀的错流接触。二、塔板上气液流动和接触状况1、塔板上气液两相接触状况塔板上气液两相的接
34、触状态是决定板上两相流流体力学及传质和传热规律的重要因素。如图所示，当液体流量一定时，随着气速的增加，可以出现四种不同的接触状态。二、塔板上气液流动和接触状况1.1鼓泡接触状态当气速较低时，气体以鼓泡形式通过液层。由于气泡的数量不多，形成的气液混合物基本上以液体为主，气液两相接触的表面积不大，传质效率很低。1.2蜂窝状接触状态随着气速的增加，气泡的数量不断增加。当气泡的形成速度大于气泡的浮升速度时，气泡在液层中累积。气泡之间相互碰撞，形成各种多面体的大气泡，板上为以气体为主的气液混合物。由于气泡不易破裂，表面得不到更新，所以此种状态不利于传热和传质。二、塔板上气液流动和接触状况1.3泡沫接触状
35、态当气速继续增加，气泡数量急剧增加，气泡不断发生碰撞和破裂，此时板上液体大部分以液膜的形式存在于气泡之间，形成一些直径较小，扰动十分剧烈的动态泡沫，在板上只能看到较薄的一层液体。由于泡沫接触状态的表面积大，并不断更新，为两相传热与传质提供了良好的条件，是一种较好的接触状态。1.4喷射接触状态 当气速继续增加，由于气体动能很大，把板上的液体向上喷成大小不等的液滴，直径较大的液滴受重力作用又落回到板上，直径较小的液滴被气体带走，形成液沫夹带。此时塔板上的气体为连续相，液体为分散相，两相传质的面积是液滴的外表面。由于液滴回到塔板上又被分散，这种液滴的反复形成和聚集，使传质面积大大增加，而且表面不断更
36、新，有利于传质与传热进行，也是一种较好的接触状态。如上所述，泡沫接触状态和喷射状态均是优良的塔板接触状态。因喷射接触状态的气速高于泡沫接触状态，故喷射接触状态有较大的生产能力，但喷射状态液沫夹带较多，若控制不好，会破坏传质过程，所以多数塔均控制在泡沫接触状态下工作。浮阀塔板的板面结构：鼓泡区（有效区、开孔区）降液管区受液盘区液体安定区边缘区溢流堰 塔身溢流堰板降液管塔板受液盘安定区降液管区受液盘区鼓泡区 二、塔板上气液流动和接触状况1浮阀塔板上的气、液流程液体从上一塔板的降液管流入板面上的受液盘区，经进口安定区进入鼓泡区与浮阀吹出的气体进行质、热交换后，再由溢流堰溢出进入降液管流入下一塔板。1
37、浮阀塔板上的气、液流程 来自下一塔板的气体经鼓泡区的阀孔分散成小股气流，并由各阀片边缘与塔板间形成的通道以水平方向进入液层。由于阀片具有斜边，气体沿斜边流动具有向下的惯性，因此只有进入液层一定距离待惯性消失后气体才会折转上升。气体在板面上与液体相互混合接触进行传热传质，而后逸出液面上升到上一层塔板。塔板上气液主体流向为错流流动。二、塔板上气液流动和接触状况气体通过浮阀塔板的压降气体通过浮阀塔板的压降气体进、出一块塔板（包括液层）的压强降即为气体通过该塔板的阻力损失（左侧压差计所测的 hf 值）。hf 是以液柱高度表示的塔板的压强降或阻力损失，因此 式中，L 为塔内液体的密度，kg/m3。板压降
38、 hf 可视为由气体通过干板的阻力损失 hd 和气体穿过板上液层的阻力损失 hl 两部分组成，即 有效长度泡沫hlhfhowHTh0二、塔板上气液流动和接触状况干板阻力损失 hd 浮阀塔板的干板阻力损失压降随空塔气速 u 的提高而增大。区域：全部浮阀处于静止状态，气体由阀片与塔板之间由定距片隔开的缝隙通过。缝隙处的气速与压降随气体流量的增大而上升。区域：气速增至A点，阀片开始升起。浮阀开启的个数及开启度随气体流量不断增加，直至所有浮阀全开(B点)，气体通过阀孔的气速变化很小，故压降上升缓慢。区域：气体通过浮阀的流通面积固定不变，阀孔气速随气体流量增加而增加，且压降以阀孔气速的平方快速增加。临界
39、孔速 uoc：所有浮阀恰好全开时(B点)的阀孔气速。ABIIIIIIuoc气速 u干板压降 pd液层阻力 hl气体通过液层的阻力损失 hl 由以下三个方面构成：(1)克服板上充气液层的静压；(2)气体在液相分散形成气液界面的能量消耗；(3)通过液层的摩擦阻力损失。其中(1)项远大于后两项之和。如果忽略充气液层中所含气体造成的静压，则可由清液层高度代表 hl。可用下式计算式中：充气系数，反映液层充气的程度，无因次。水 =0.5；油 =0.50.35；碳氢化合物 =0.40.5。hw 和 how 分别为堰高和堰上液流高度，m。hf 总是随气速的增加而增加，但不同气速下，干板阻力和液层阻力所占的比例
40、有所不同。气速较低时，液层阻力为主；气速高时，干板阻力所占比例增大。3、塔板上的不正常操作现象漏液：部分液体不是横向流过塔板后经降液管流下，而是从阀孔直接漏下。原因：气速较小时，气体通过阀孔的速度压头小，不足以抵消塔板上液层的重力；气体在塔板上的不均匀分布也是造成漏液的重要原因。后果：严重的漏液使塔板上不能形成液层，气液无法进行传热、传质，塔板将失去其基本功能。若设计不当或操作时参数失调，轻则会引起板效率大降低，重则会出现一些不正常现象使塔无法工作。漏液（Weeping）气体分布均匀与否，取决于板上各处阻力均等否。气体穿过塔板的阻力由干板阻力和液层阻力两部分组成。当板上结构均匀、各处干板阻力相
41、等时，板上液层阻力即液层厚度的均匀程度将直接影响气体的分布。二、塔板上气液流动和接触状况漏液（Weeping）板上液层厚度不均匀：液层波动和液面落差。液层波动：波峰处液层厚，阀孔气量小、易漏液。由此引起的漏液是随机的。可在设计时适当增大干板阻力。液面落差：塔板入口侧的液层厚于塔板出口侧，使气流偏向出口侧，入口侧的阀孔则因气量小而发生漏液。塔板上设入口安定区可缓解此现象。单流型双流型多流型阶梯流型双流型、多流型或阶梯型塔板：在塔径或液体流量很大时可减少液面落差。二、塔板上气液流动和接触状况3、塔板上的不正常操作现象漏液（Weeping）双流型多流型二、塔板上气液流动和接触状况3、塔板上的不正常操
42、作现象液沫夹带和气泡夹带（Entrainment）液沫夹带：气体鼓泡通过板上液层时，将部分液体分散成液滴，而部分液滴被上升气流带入上层塔板。由两部分组成：(1)小液滴的沉降速度小于液层上方空间上升气流的速度，夹带量与板间距无关；(2)较大液滴的沉降速度虽大于气流速度，但它们在气流的冲击或气泡破裂时获得了足够的向上初速度而被弹溅到上层塔板。夹带量与板间距有关。气泡夹带：液体在降液管中停留时间太短，大量气泡被液体卷进下层塔板。后果：液沫夹带是液体的返混，气泡夹带是气体的返混，均对传质不利。严重时可诱发液泛，完全破坏塔的正常操作。液沫夹带和气泡夹带是不可避免的，但夹带量必需严格地控制在最大允许值范围
43、内。3、塔板上的不正常操作现象二、塔板上气液流动和接触状况液泛（Dumping of liquid）塔内液体不能顺畅逐板流下，持液量增多，气相空间变小，大量液体随气体从塔顶溢出。夹带液泛：板间距过小，操作液量过大，上升气速过高时，过量液沫夹带量使板间充满气、液混合物而引发的液泛。溢流液泛：液体在降液管内受阻不能及时往下流动而在板上积累所致。为使液体能由上层塔板稳定地流入下层塔板，降液管内必须维持一定的液柱高度Hdhf+hHTh0howhw式中：hf 板压降 h 液体经过降液管的阻力损失二、塔板上气液流动和接触状况3、塔板上的不正常操作现象液泛（Dumping of liquid）气速一定，液体
44、流量时，、how、hf 及 h，Hd，即塔板具有自动调节功能。上层塔板溢流堰上缘为 Hd 极限。若再加大液体流量，Hd 与板上液面同时升高，降液管调节功能消失，板上累积液量增加，最终引起溢流液泛。若气速过高，液体中的气泡夹带加重，降液管内的泡沫层随之增高，也易造成溢流液泛。hf 过大必导致 Hd 大，易发生液泛。如降液管设计过小或发生部分堵塞，h 急剧增大，也会导致溢流液泛。夹带液泛与溢流液泛互为诱因，交互影响。过量液沫夹带阻塞气体通道，板阻急增，降液管中泡沫层堆积，从而引发溢流液泛。而溢流液泛发生时，塔板上鼓泡层增高，分离空间降低，夹带液泛也将随之发生。液泛使整个塔不能正常操作，甚至发生严重
45、的设备事故，要特别注意防范。负荷性能图及操作弹性 负荷性能图负荷性能图 为一定任务设计的塔板，在一定气、液相负荷范围内才能实现良好的气、液流动与接触状态，有高的板效率。当气、液相负荷超出此范围，不仅塔板的分离效率大大降低，甚至塔的稳定操作也将难以维持。有必要对已设计的塔确定出其气、液相操作范围。012345正常操作范围Ls(m3/h)Vs(m3/h)1.漏液线(气相负荷下限线)2.过量液沫夹带线(气相负荷上限线)3.液相负荷下限线 4.液相负荷上限线 5.溢流液泛线 012345Ls(m3/h)Vs(m3/h)操作弹性操作弹性塔板的操作弹性：上、下操作极限点的气体流量之比。对一定结构尺寸的塔板
46、，采用不同气液比时控制塔的操作弹性与生产能力的因素均可能不同。塔板的设计点应落在负荷性能图的适中位置，使塔具有相当的抗负荷波动的能力，保证塔的良好稳定操作。OP 线（高气液比）：上限 a（过量液沫夹带）下限 a（低液层）OPOPOPaabbccOP 线（较高气液比）：上限 b（溢流液泛）下限 b（漏液）OP 线（低气液比）：上限 c（气泡夹带）下限 c（漏液）1填料塔操作范围较小，特别是对于液体负荷变化更为敏感。当液体负荷较小时，填料表面不 能很好地润湿，传质就效果急剧下降；当液体负荷过大时，则容易产生液泛。设计良好的板式塔，则具有大得多的操作范围。2填料塔不宜于处理易聚合或含有固体悬浮物的物
47、料，而某些类型的板式塔（如大孔径筛板、泡罩塔等）则可以有效地处理这种物质。另外，板式塔的清洗亦比填料塔方便。3当气液接触过程中需要冷却以移除反应热或溶解热时，填料塔因涉及液体均不问题而使结构复杂化。板式塔可方便地在塔板上安装冷却盘管。同理，当有侧线出料时，填料塔也不如板式塔方便。4以前乱堆填料塔直径很少大于0.5m，后来又认为不宜超过1.5m，根据近10年来填料塔的发展状况，这一限制似乎不再成立。板式塔直径一般不小于0.6m。填料塔与板式塔的比较填料塔与板式塔的比较 5关于板式塔的设计资料更容易得到而且更为可靠，因此板式塔的设计比较准确，安全系数可取得更小。6当塔径不很大时，填料塔因结构简单而
48、造价便宜 7对于易起泡物系，填料塔更适合，因填料对泡沫有限制和破碎的作用。8对于腐蚀性物系，填料塔更适合，因可采用瓷质填料。9对热敏性物系宜采用填料塔，因为填料塔内的滞液量比板式塔少，物料在塔内的停留时间短。10填料塔的压降比板式塔小，因而对真空操作更为适宜。填料塔与板式塔的比较填料塔与板式塔的比较项 目板 式 塔填 料 塔理论板压降约1KPa散装填料约0.3KPa，规整填料约0.15KPa分离效率分离效率比较稳定,大塔效率会更高些规整填料的HETP值比板式塔小,丝网的效率更高，新型散装填料与板式塔相当，处理能力与操作弹性操作弹性大规整填料处理能力比板式塔大，高真空操作因压降大较难适应,尤其在
49、高真空且塔盘数又多的场合压降小的优点使其特别适用,高真空下应用规整填料会更佳操作压力高很合适,因有较高效率,并液量大也易处理不少场合发现效率明显下降,尤其是规整填料,压降小的优点几乎无意义,处理能力下降较大腐蚀性物料须用耐腐蚀材料作,造价高用陶瓷一类耐蚀材料制作，较合适易结垢、堵塞物系较容易解决,清理也较容易不适用易起泡沫物系较难,塔径、塔高需较大值比较合适大直径塔很合适,造价低填料费用大、尤其丝网规整填料,汽液分布较难小直径塔0.6m以下较难制作很合适间歇精馏可以用因持液量少而更合适中间换热易实现较难实施塔的检查容易较困难,规整填料几乎不可能填料塔与板式塔的比较填料塔与板式塔的比较板式塔填料
50、塔压降较大小尺寸填料较大；大尺寸填料及规整填料较小空塔气速较大小尺寸填料较小；大尺寸填料及规整填料较大塔效率较稳定，效率较高传统填料低；新型乱堆及规整填料高持液量较大较小液气比适应范围较大对液量有一定要求安装检修较易较难材质常用金属材料金属及非金属材料均可造价大直径时较低新型填料投资较大（一）运行中检查为确保塔设备安全稳定运行，必须做好日常检查，并记录检查结果，以作为定期停车检查、检修的历史资料。日常检查项目如下。原料、成品及回流液的流量、温度、纯度，公用工程流体，如水蒸气、冷却水、压缩空气等的流量、温度及压力。塔底、塔顶的压力以及塔的压力降。塔底的温度。若低于正常温度，及时排水、并彻底排净。