典型化工設(shè)備設(shè)計(jì)_塔設(shè)備結(jié)構(gòu)

1、塔設(shè)備塔設(shè)備第六章第六章 塔設(shè)備及其機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)塔設(shè)備及其機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教學(xué)重點(diǎn)：教學(xué)重點(diǎn)：板式塔的基本結(jié)構(gòu)和塔設(shè)備的應(yīng)力校核板式塔的基本結(jié)構(gòu)和塔設(shè)備的應(yīng)力校核教學(xué)難點(diǎn)：教學(xué)難點(diǎn)：風(fēng)載荷的計(jì)算風(fēng)載荷的計(jì)算內(nèi)件內(nèi)件支座支座附件附件塔體塔體第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述 塔設(shè)備是重要的單元操作設(shè)備，實(shí)現(xiàn)氣塔設(shè)備是重要的單元操作設(shè)備，實(shí)現(xiàn)氣（汽）（汽）液相或液液相或液液相之間的充分接觸，從而液相之間的充分接觸，從而達(dá)到相際間進(jìn)行傳質(zhì)及傳熱的目的。達(dá)到相際間進(jìn)行傳質(zhì)及傳熱的目的。 塔設(shè)備完成的單元過(guò)程有：精餾、吸收、解塔設(shè)備完成的單元過(guò)程有：精餾、吸收、解吸、萃取。這些過(guò)程是在一定的溫度、壓力、流吸、萃取。這

2、些過(guò)程是在一定的溫度、壓力、流量等工藝條件下完成的。因此，塔的結(jié)構(gòu)必須保量等工藝條件下完成的。因此，塔的結(jié)構(gòu)必須保證氣液兩項(xiàng)，或者液液兩項(xiàng)的充分接觸，和證氣液兩項(xiàng)，或者液液兩項(xiàng)的充分接觸，和必要的傳質(zhì)、傳熱面積、以及兩項(xiàng)分離的空間。必要的傳質(zhì)、傳熱面積、以及兩項(xiàng)分離的空間。塔設(shè)備除要滿足工藝條件以外，還應(yīng)滿足下列條塔設(shè)備除要滿足工藝條件以外，還應(yīng)滿足下列條件：件： 氣液兩相充分接觸，相際間傳熱面積大，氣液兩相充分接觸，相際間傳熱面積大，接觸時(shí)間充分。接觸時(shí)間充分。阻力小，壓降小，塔內(nèi)熱量損失少阻力小，壓降小，塔內(nèi)熱量損失少 。生產(chǎn)能力大，即氣液處理量大。生產(chǎn)能力大，即氣液處理量大。操作穩(wěn)定，操

3、作彈性大。操作穩(wěn)定，操作彈性大。盡力減少霧沫夾帶和泄露量，及液泛的可盡力減少霧沫夾帶和泄露量，及液泛的可能。能。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、安裝、維修方便，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、安裝、維修方便，設(shè)備的投資及操作費(fèi)用低。的投資及操作費(fèi)用低。耐腐蝕，不易堵塞，檢修方便。耐腐蝕，不易堵塞，檢修方便。部分吸收劑再循環(huán)流程尾氣混合氣新吸收氣取出的溶液空氣解吸氣混合氣凈化氣體空氣解吸收硫化氫的吸收流程 塔設(shè)備的投資及重量在過(guò)程設(shè)備中所占的比重 一、塔設(shè)備的應(yīng)用一、塔設(shè)備的應(yīng)用 裝置名稱塔設(shè)備投資的比例(%)裝置名稱塔設(shè)備重量的比例(%)化工及石油化工25.460萬(wàn)噸，120萬(wàn)噸/年催化裂化48.9煉油及煤化工34.8

4、530萬(wàn)噸/年乙烯25.3化纖44.94.5萬(wàn)噸/年丁二烯54 填料塔與板式塔的比較二、塔設(shè)備的選型二、塔設(shè)備的選型 塔 型項(xiàng) 目填 料 塔板 式 塔壓降小尺寸填料，壓降較大，而大尺寸填料及規(guī)整填料，則壓降較小較大空塔氣速小尺寸填料氣速較小，而大尺寸填料及規(guī)整填料則氣速可較大較大塔效率傳統(tǒng)的填料，效率較低，而新型亂堆及規(guī)整填料則塔效率較高較穩(wěn)定、效率較高液-氣比對(duì)液體量有一定要求適用范圍較大持液量較小較大安裝、檢修較難較容易材質(zhì)金屬及非金屬材料均可一般用金屬材料造價(jià)新型填料，投資較大大直徑時(shí)造價(jià)較低 1）在分離程度要求高的情況下，因某些新型填料具有）在分離程度要求高的情況下，因某些新型填料具有

5、高的傳質(zhì)效率，故可采用新型填料以為降低高度；高的傳質(zhì)效率，故可采用新型填料以為降低高度；2）對(duì)于熱敏性物料的蒸餾分離，因新型填料的持液量）對(duì)于熱敏性物料的蒸餾分離，因新型填料的持液量較小，壓降小，故可有限選擇真空操作下的填料塔；較小，壓降小，故可有限選擇真空操作下的填料塔；3）具有腐蝕性的物料，可選擇填料塔；）具有腐蝕性的物料，可選擇填料塔；4）容易發(fā)泡的物料，宜選用填料塔；）容易發(fā)泡的物料，宜選用填料塔；下列情況優(yōu)先選用填料塔下列情況優(yōu)先選用填料塔: 下列情況優(yōu)先選用板式塔：下列情況優(yōu)先選用板式塔： 1）塔內(nèi)液體滯液量較大，要求塔的負(fù)荷變化范圍較寬，）塔內(nèi)液體滯液量較大，要求塔的負(fù)荷變化范圍

6、較寬，對(duì)進(jìn)料濃度變化要求不敏感，要求操作易于穩(wěn)定；對(duì)進(jìn)料濃度變化要求不敏感，要求操作易于穩(wěn)定；2）塔內(nèi)負(fù)荷較??；）塔內(nèi)負(fù)荷較??；3）含固體顆粒、容易結(jié)垢、有結(jié)晶的物料；）含固體顆粒、容易結(jié)垢、有結(jié)晶的物料；一、總體結(jié)構(gòu)一、總體結(jié)構(gòu)第二節(jié)第二節(jié) 板式塔結(jié)構(gòu)板式塔結(jié)構(gòu) 1、塔體與裙座結(jié)構(gòu)、塔體與裙座結(jié)構(gòu)2、塔盤(pán)結(jié)構(gòu)：塔盤(pán)板、降液管、溢、塔盤(pán)結(jié)構(gòu)：塔盤(pán)板、降液管、溢流堰、緊固件和支承件。流堰、緊固件和支承件。3、除沫裝置：用于分離氣體夾帶的、除沫裝置：用于分離氣體夾帶的液滴，多位于塔頂出口處。液滴，多位于塔頂出口處。4、設(shè)備管道：人孔、接管等。、設(shè)備管道：人孔、接管等。5、塔附件：保溫圈、吊柱、扶梯

7、、塔附件：保溫圈、吊柱、扶梯、平臺(tái)等。平臺(tái)等。圖圖6-1 板式塔的總體結(jié)構(gòu)板式塔的總體結(jié)構(gòu)板式塔的結(jié)構(gòu)和種類板式塔的結(jié)構(gòu)和種類 板式塔因空塔速度比填料塔高，生產(chǎn)強(qiáng)度比板式塔因空塔速度比填料塔高，生產(chǎn)強(qiáng)度比填料塔大。填料塔大。 板式塔的種類：板式塔的種類： 按氣液流向分：按氣液流向分：錯(cuò)流、逆流、并流。錯(cuò)流、逆流、并流。 按溢流裝置分：按溢流裝置分：有溢流裝置、無(wú)溢流裝置。有溢流裝置、無(wú)溢流裝置。 按塔盤(pán)結(jié)構(gòu)分：按塔盤(pán)結(jié)構(gòu)分：泡罩塔、浮閥塔、篩板塔。泡罩塔、浮閥塔、篩板塔。二、塔盤(pán)結(jié)構(gòu)二、塔盤(pán)結(jié)構(gòu)塔盤(pán)實(shí)際上是塔中的氣、液通道。塔盤(pán)實(shí)際上是塔中的氣、液通道。為了滿足正常操作要求，塔盤(pán)結(jié)構(gòu)為了滿足正

8、常操作要求，塔盤(pán)結(jié)構(gòu)本身必須具有一定的剛度以維持水本身必須具有一定的剛度以維持水平，塔盤(pán)與塔壁之間要保持一定的平，塔盤(pán)與塔壁之間要保持一定的密封性以避免氣、液短路。密封性以避免氣、液短路。 塔盤(pán)的結(jié)構(gòu)有整塊式和分塊式兩種。塔盤(pán)的結(jié)構(gòu)有整塊式和分塊式兩種。 整塊式塔盤(pán)整塊式塔盤(pán)DN700mm分塊式塔盤(pán)分塊式塔盤(pán)DN800mm1、整塊式塔盤(pán)、整塊式塔盤(pán) 圖圖6-3 定距管式塔盤(pán)結(jié)構(gòu)定距管式塔盤(pán)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)塔體由若干塔節(jié)組成，內(nèi)裝有一定數(shù)量塔體由若干塔節(jié)組成，內(nèi)裝有一定數(shù)量 的塔盤(pán)，塔節(jié)間用法蘭連接。的塔盤(pán)，塔節(jié)間用法蘭連接。重疊式重疊式組裝方式組裝方式定距管式定距管式1、整塊式塔盤(pán)、整塊式塔盤(pán) 定

9、距管式塔盤(pán)定距管式塔盤(pán)用定距管和拉桿將同一塔節(jié)內(nèi)的幾塊塔盤(pán)支承并固定用定距管和拉桿將同一塔節(jié)內(nèi)的幾塊塔盤(pán)支承并固定在塔節(jié)內(nèi)的支座上，定距管起支承塔盤(pán)和保持塔盤(pán)間在塔節(jié)內(nèi)的支座上，定距管起支承塔盤(pán)和保持塔盤(pán)間距的作用。距的作用。塔盤(pán)與塔體之間的間隙，以軟填料密封并用壓圈壓緊。塔盤(pán)與塔體之間的間隙，以軟填料密封并用壓圈壓緊。高度隨塔徑增加。高度隨塔徑增加。塔徑塔徑DN=300500mm時(shí)，塔節(jié)高度時(shí)，塔節(jié)高度L=8001000mm；塔徑；塔徑DN=600700mm時(shí)，塔節(jié)高度時(shí)，塔節(jié)高度L=12001500mm。為方便安裝，每個(gè)塔節(jié)中的塔盤(pán)數(shù)為為方便安裝，每個(gè)塔節(jié)中的塔盤(pán)數(shù)為5-65-6塊。塊。1

10、塔盤(pán)板塔盤(pán)板 2降液管降液管 3拉桿拉桿 4定距管定距管 5塔盤(pán)圈塔盤(pán)圈 6吊耳吊耳7螺栓螺栓 8螺母螺母9壓板壓板 10 壓圈壓圈11石棉繩石棉繩 定距管式塔盤(pán)結(jié)構(gòu)定距管式塔盤(pán)結(jié)構(gòu)2、分塊式塔盤(pán)、分塊式塔盤(pán) 做成分塊式的原因做成分塊式的原因 1）在工藝上，塔徑大，塔盤(pán)過(guò)大，分液不均勻；）在工藝上，塔徑大，塔盤(pán)過(guò)大，分液不均勻；2）對(duì)碳鋼，塔板厚）對(duì)碳鋼，塔板厚34mm，不銹鋼不銹鋼23mm，塔塔徑過(guò)大，易形成弧形，安裝時(shí)水平度不好，從剛徑過(guò)大，易形成弧形，安裝時(shí)水平度不好，從剛度出發(fā)，仍要分塊；度出發(fā)，仍要分塊；3）塔板過(guò)大，不能放進(jìn)塔內(nèi)，因一般從人孔進(jìn)出，）塔板過(guò)大，不能放進(jìn)塔內(nèi)，因一般從

11、人孔進(jìn)出，人孔尺寸有限制，因而塔盤(pán)受此限制要分塊。人孔尺寸有限制，因而塔盤(pán)受此限制要分塊。與整塊式的區(qū)別與整塊式的區(qū)別 分塊式：無(wú)塔盤(pán)圈，有支持圈分塊式：無(wú)塔盤(pán)圈，有支持圈(支持板支持板)，無(wú)密封結(jié)構(gòu)，無(wú)密封結(jié)構(gòu)整塊式：有塔盤(pán)圈，無(wú)支持圈整塊式：有塔盤(pán)圈，無(wú)支持圈(支持板支持板)，有密封結(jié)構(gòu)，有密封結(jié)構(gòu)塔盤(pán)板結(jié)構(gòu)塔盤(pán)板結(jié)構(gòu) 主要有自身梁式和槽式。主要有自身梁式和槽式。 圖圖6-9 塔盤(pán)板結(jié)構(gòu)塔盤(pán)板結(jié)構(gòu)分塊式塔盤(pán)板（自身梁式）分塊式塔盤(pán)板（自身梁式）通道板通道板接近中央處設(shè)置，塔內(nèi)清洗和維修。接近中央處設(shè)置，塔內(nèi)清洗和維修。在同一垂直位置上，以利采光和拆卸。在同一垂直位置上，以利采光和拆卸。也可

12、用一塊塔盤(pán)板代替，見(jiàn)下圖也可用一塊塔盤(pán)板代替，見(jiàn)下圖3、塔盤(pán)的支承、塔盤(pán)的支承 對(duì)直徑不大的塔（對(duì)直徑不大的塔（2000mm)，塔盤(pán)塔盤(pán)的支承一般用焊在塔壁上的支持圈的支承一般用焊在塔壁上的支持圈 對(duì)直徑較大的塔（對(duì)直徑較大的塔（20003000mm），），需支承梁結(jié)構(gòu)。需支承梁結(jié)構(gòu)。第三節(jié)第三節(jié) 填料塔填料塔 填料塔在傳質(zhì)形式上與板式塔不同，填料塔在傳質(zhì)形式上與板式塔不同，它是一種連續(xù)式氣液傳質(zhì)設(shè)備。這它是一種連續(xù)式氣液傳質(zhì)設(shè)備。這種塔由塔體、噴淋裝置、填料、再種塔由塔體、噴淋裝置、填料、再分布器、柵板以及氣、液的進(jìn)出口分布器、柵板以及氣、液的進(jìn)出口等部件組成。等部件組成。 開(kāi)發(fā)多種形式、規(guī)

13、格和材質(zhì)的高效，開(kāi)發(fā)多種形式、規(guī)格和材質(zhì)的高效，低壓降，大流量的填料。低壓降，大流量的填料。(2) 與不同填料相匹配的塔內(nèi)件結(jié)構(gòu)。與不同填料相匹配的塔內(nèi)件結(jié)構(gòu)。(3) 填料層中液體的流動(dòng)及分布規(guī)律。填料層中液體的流動(dòng)及分布規(guī)律。(4) 蒸餾過(guò)程的模擬。蒸餾過(guò)程的模擬。科技前沿科技前沿基本特點(diǎn)基本特點(diǎn)圖圖8-20 填料塔填料塔 一一. 填料填料 填料大致可分為實(shí)體填料和網(wǎng)體填料兩填料大致可分為實(shí)體填料和網(wǎng)體填料兩種。種。 拉西環(huán)拉西環(huán):（瓷環(huán)）填充方式有亂堆和整砌兩種。（瓷環(huán)）填充方式有亂堆和整砌兩種。 鮑爾環(huán)：鮑爾環(huán)：在金屬拉西環(huán)的壁上開(kāi)了一排或兩在金屬拉西環(huán)的壁上開(kāi)了一排或兩排長(zhǎng)方形的小窗，

14、小窗葉片向環(huán)中心彎入，排長(zhǎng)方形的小窗，小窗葉片向環(huán)中心彎入，在中心處相搭，上下兩排小窗的位置相錯(cuò)，在中心處相搭，上下兩排小窗的位置相錯(cuò)，增加了接觸面積，效率得到了提高。增加了接觸面積，效率得到了提高。 階梯環(huán)：階梯環(huán)：一頭為鮑爾環(huán)，一頭翻卷，由于不對(duì)一頭為鮑爾環(huán)，一頭翻卷，由于不對(duì)稱，裝入塔內(nèi)可減少填料環(huán)相互重疊，使填料稱，裝入塔內(nèi)可減少填料環(huán)相互重疊，使填料表面得以充分利用，同時(shí)增大了空隙，使壓降表面得以充分利用，同時(shí)增大了空隙，使壓降降低，傳質(zhì)效率提高。降低，傳質(zhì)效率提高。 鞍形填料：鞍形填料：這種填料重迭部分少，空隙率大，這種填料重迭部分少，空隙率大，利用率高。它有兩種形式，一種是矩鞍環(huán)

15、，一利用率高。它有兩種形式，一種是矩鞍環(huán)，一種是弧鞍環(huán)，都是敞開(kāi)式填料，這種填料比拉種是弧鞍環(huán)，都是敞開(kāi)式填料，這種填料比拉西環(huán)傳質(zhì)效率高，壓力降低，且強(qiáng)度高。西環(huán)傳質(zhì)效率高，壓力降低，且強(qiáng)度高。 波紋填料：波紋填料：由許多波紋形薄板垂直疊在一起，由許多波紋形薄板垂直疊在一起，各層的波紋成各層的波紋成，盤(pán)與盤(pán)之間成，盤(pán)與盤(pán)之間成排排列，結(jié)構(gòu)緊湊，比表面積大。傳質(zhì)好，且可根列，結(jié)構(gòu)緊湊，比表面積大。傳質(zhì)好，且可根據(jù)物料溫度及腐蝕情況采用不同的材料。據(jù)物料溫度及腐蝕情況采用不同的材料。1、作用、作用 二、填料支承結(jié)構(gòu)二、填料支承結(jié)構(gòu) 支承填料支承填料 2、設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)要求 足夠的強(qiáng)度、剛度以及足

16、夠的自由足夠的強(qiáng)度、剛度以及足夠的自由截面截面 3、柵板設(shè)計(jì)注意問(wèn)題、柵板設(shè)計(jì)注意問(wèn)題 1）柵板必須有足夠的強(qiáng)度和耐腐蝕性；）柵板必須有足夠的強(qiáng)度和耐腐蝕性；2）柵板必須有足夠的自由截面，一般應(yīng)各填料）柵板必須有足夠的自由截面，一般應(yīng)各填料的自由截面大致相等；的自由截面大致相等；3）槽板扁鋼條之間的距離約為填料外徑的）槽板扁鋼條之間的距離約為填料外徑的60%80%；4）柵板可以制成整塊的或分塊的。）柵板可以制成整塊的或分塊的。圖圖6-19 柵板結(jié)構(gòu)柵板結(jié)構(gòu)四、噴淋裝置四、噴淋裝置 要求：使整個(gè)塔截面的填料表面很好潤(rùn)濕，結(jié)要求：使整個(gè)塔截面的填料表面很好潤(rùn)濕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造維修方便。構(gòu)簡(jiǎn)單，制造

17、維修方便。作用：噴出液體，使整個(gè)塔截面的填料很好潤(rùn)作用：噴出液體，使整個(gè)塔截面的填料很好潤(rùn)濕，直接影響塔的處理能力和分離效率。濕，直接影響塔的處理能力和分離效率。1、噴灑型、噴灑型 管式噴灑器管式噴灑器 環(huán)管多孔噴灑器環(huán)管多孔噴灑器 蓮蓬頭噴灑器蓮蓬頭噴灑器 管式噴灑器管式噴灑器 DN300mm，可選用管式噴灑器，通可選用管式噴灑器，通過(guò)填料上的進(jìn)液管（直、彎或缺口）過(guò)填料上的進(jìn)液管（直、彎或缺口）進(jìn)行噴灑，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但噴淋面積較進(jìn)行噴灑，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但噴淋面積較小且不均勻。小且不均勻。 圖圖6-20 管式噴灑器管式噴灑器環(huán)管多孔噴灑器環(huán)管多孔噴灑器 DN1200mm，可選用單環(huán)管多孔噴灑器，結(jié)

18、構(gòu)可選用單環(huán)管多孔噴灑器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造和安裝方便，缺點(diǎn)是噴灑面積小，不簡(jiǎn)單，制造和安裝方便，缺點(diǎn)是噴灑面積小，不夠均勻，而且液體要求清潔，否則小孔易堵塞。夠均勻，而且液體要求清潔，否則小孔易堵塞。（環(huán)管下面開(kāi)小孔，一般為（環(huán)管下面開(kāi)小孔，一般為35排）。排）。 圖圖6-21 環(huán)管多孔噴灑器環(huán)管多孔噴灑器 蓮蓬頭噴灑器蓮蓬頭噴灑器 主要有半球形、碟形、杯形，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制主要有半球形、碟形、杯形，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造安裝方便，缺點(diǎn)是小孔易堵塞，不適于處理污濁造安裝方便，缺點(diǎn)是小孔易堵塞，不適于處理污濁液體，一般可用于塔徑小于液體，一般可用于塔徑小于600mm的塔中。的塔中。 圖圖6-22 蓮蓬頭噴灑器蓮蓬頭噴灑器2、溢流型、溢流型 盤(pán)式分布器盤(pán)式分布器圖圖6-23 中央進(jìn)料的盤(pán)式分布器中央進(jìn)料的盤(pán)式分布器圖圖6-24 有升氣管的盤(pán)式分布器有升氣管的盤(pán)式分布器液體從中央進(jìn)料管加到噴淋盤(pán)內(nèi)，液體從中央進(jìn)料管加到噴淋盤(pán)內(nèi)，然后從噴淋盤(pán)上的降液管溢流然后從噴淋