塔設(shè)備專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)教材

1、第一節(jié) 概 述一、塔設(shè)備的作用和分類(lèi)二、評(píng)價(jià)塔設(shè)備的根本性能指標(biāo)一、塔設(shè)備的作用和分類(lèi) 根本作用有兩個(gè)：一個(gè)作用是提供氣、液兩相充分接觸的場(chǎng)所，使傳熱、傳質(zhì)兩種傳遞過(guò)程能夠迅速有效地進(jìn)行； 另一個(gè)作用是使接觸后的氣液兩相及時(shí)分開(kāi)，互不夾帶。 傳質(zhì)要求的充分混合與別離要求的及時(shí)分開(kāi)是一對(duì)矛盾。板式塔填料塔 根據(jù)塔內(nèi)氣液接觸部件的結(jié)構(gòu)型式，可將塔設(shè)備分為兩大類(lèi)：板式塔和填料塔。板式塔內(nèi)設(shè)有假設(shè)干層塔板，液體由上向下逐級(jí)流過(guò)塔板，并在各層塔板上形成液層，氣體由下向上穿過(guò)各層塔板，氣液兩相在塔內(nèi)進(jìn)行逐級(jí)接觸傳熱傳質(zhì)。填料塔內(nèi)裝有各種形式的固體填充物即填料，液體由噴淋裝置均勻分布于填料層上，氣液在填料的

2、潤(rùn)濕外表上進(jìn)行接觸傳熱傳質(zhì)。三、評(píng)價(jià)塔設(shè)備的根本性能指標(biāo)1、生產(chǎn)能力：?jiǎn)挝凰孛嫔蠁挝粫r(shí)間的處理量。2、別離效率： 板式塔：每層塔板所能到達(dá)的別離程度； 填料塔：?jiǎn)挝桓叨忍盍蠈铀艿竭_(dá)的別離程度。3、操作彈性：塔的最大處理量與最小處理量之比。4、流動(dòng)阻力：主要指氣相阻力，即氣相通過(guò)每層塔板或單位高度填料層的壓降。 除上述幾項(xiàng)主要性能外，塔的造價(jià)、安裝及維修的難易以及長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性等因素也是必須考慮的實(shí)際問(wèn)題。 一、塔板類(lèi)型二、塔板結(jié)構(gòu)三、板式塔常見(jiàn)的不正常操作第二節(jié) 板式塔1、無(wú)溢流塔板穿流型塔板 塔板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，板上無(wú)液面落差，氣體分布均勻，塔板面積利用充分，但需要較高的氣流速度才能維持板上

3、液層，操作彈性差且效率較低。目前在現(xiàn)場(chǎng)已很少使用。2、有溢流塔板溢流型塔板 相比照較穩(wěn)定，便于操作，技術(shù)上也比較成熟，所以目前的塔設(shè)備多采用這種方式。一、塔板類(lèi)型塔板主要有兩大類(lèi)：無(wú)溢流塔板和有溢流塔板。1泡罩塔板泡罩升氣管齒縫 升氣管高出液面，板上的液體不會(huì)從中漏下。升氣管上覆以泡罩，泡罩下部四周開(kāi)有許多齒縫，齒縫浸沒(méi)在板上液層中形成液封。上升氣體通過(guò)齒縫被分散成小氣泡或流股進(jìn)入液層。液體通過(guò)降液管留下。泡罩塔 優(yōu)點(diǎn)：操作穩(wěn)定，操作彈性大；不易堵塞，能處理含少量污物的物料。 缺點(diǎn)：塔板結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高；塔板上液層較厚，氣體流動(dòng)阻力較大；液體流過(guò)塔板時(shí)因阻力而有液面落差，液層深淺不同，使氣量分

4、布不均勻，影響板效率。 在新建的塔設(shè)備中，泡罩塔已很少見(jiàn)。2浮閥塔板 自二十世紀(jì)五十年代問(wèn)世后，很快在石油、化工行業(yè)得到推廣，至今仍為應(yīng)用最廣的一種塔板。浮閥塔常用于分餾穩(wěn)定。 塔板上開(kāi)有正三角形排列的孔，孔的上方安置可上下浮動(dòng)的閥片。閥片可隨上升氣量的變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)開(kāi)啟度。在低氣量時(shí)，開(kāi)度??；氣量大時(shí)，閥片自動(dòng)上升，開(kāi)度增大。因此，氣量變化時(shí)，通過(guò)閥片周邊流道進(jìn)入液體層的氣速較穩(wěn)定，氣體水平進(jìn)入液層也強(qiáng)化了氣液接觸傳質(zhì)。 閥有輕、重之分，重閥的質(zhì)量為33g，輕閥25g。重閥需要較高的氣體壓力才能翻開(kāi)，關(guān)閉迅速，閥的泄漏少、效率高。為增加塔的操作彈性，同一層塔板上可布置質(zhì)量不同的浮閥。 浮閥塔

5、的特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)能力和操作彈性大，板效率高，氣體壓降及液面落差較小，綜合性能較優(yōu)異。浮閥塔有一個(gè)最大的缺點(diǎn)閥是活動(dòng)部件，使用中容易松脫和卡住，從而造成工作失常。 浮閥工作狀態(tài) 塔板上的浮閥有順排和叉排兩種布置方式，建議采用叉排。叉排時(shí)相鄰浮閥吹出的氣體使液層攪拌和鼓泡均勻，有利于傳質(zhì)傳熱，同時(shí)氣體夾帶霧沫量也較小。順排 叉排F1型浮閥國(guó)內(nèi)最常使用的閥片型式十字架型浮閥HTV(Half Tube Valve)型浮閥3篩孔塔板 篩孔塔板即篩板，出現(xiàn)也較早1830年，是結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的一種板型。但由于早期對(duì)其性能認(rèn)識(shí)缺乏，存在易漏液、操作彈性小、難以穩(wěn)定操作等問(wèn)題，使用受到極大限制。 1950年后

6、開(kāi)始對(duì)篩孔塔板進(jìn)行較系統(tǒng)全面的研究，從理論和實(shí)踐上較好地解決了有關(guān)篩板效率、流體力學(xué)性能以及塔板漏液等問(wèn)題，獲得了成熟的使用經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)方法，使之逐漸成為應(yīng)用最廣的塔板類(lèi)型之一。篩板塔常用于閃蒸穩(wěn)定。 塔板上的篩孔以一定排列方式布置，直徑約38 mm，板厚為孔徑的0.40.8倍。 篩板塔的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，生產(chǎn)能力大，塔板效率高，壓降小。主要缺點(diǎn)是操作彈性小，小孔篩板容易堵塞。20=ao50R25氣相4舌形塔板 舌形塔板是60年代初期提出的。塔板上有許多舌形孔，舌葉與板面成一定角度，向塔板的液流出口側(cè)張開(kāi)。上升氣流穿過(guò)舌形孔后，沿舌葉的張角向斜上方噴出，塔板液流出口測(cè)的液體被噴射至降液管上

7、方，然后流入降液管。降液管不設(shè)溢流堰，但比一般塔板的降液管尺寸大。典型尺寸舌形孔 優(yōu)點(diǎn)： 氣液并流防止了返混和液面落差，塔板上液層較低，塔板壓降較小。 氣流方向近于水平。相同的液氣比下，舌形塔板的液沫夾帶量較小，故可以到達(dá)較高的生產(chǎn)能力。 缺點(diǎn)： 張角固定，在氣量較小時(shí)，經(jīng)舌形孔噴射的氣速低，塔板漏液嚴(yán)重，操作彈性小。 液體在同一方向上加速，有可能使液體在板上的停留時(shí)間太短、液層太薄，板效率降低。 舌形塔板工作狀態(tài)二、塔板結(jié)構(gòu)1、塔板的分區(qū)鼓泡區(qū)：氣液兩相傳熱、傳質(zhì)降液區(qū)：小氣泡聚合成大氣泡再返回受液區(qū)：接受降液管的液體安定區(qū)：減少降液管氣泡夾帶量邊緣區(qū)：支撐塔板及塔板上液體2、主要構(gòu)件1氣體

8、通道 鼓泡元件：形成氣液兩相傳熱傳質(zhì)的主要構(gòu)件，型式有篩板型、泡罩型、浮閥型等等。降液管溢流堰受液盤(pán)2液體通道 包括溢流堰、降液管、和受液盤(pán)。降液管 作用：液體通道，讓液體在其中停留一段時(shí)間，使液體所夾帶的氣泡有充分的時(shí)間得以從液體中溢出。 型式：圓形、弓形。弓形降液管具有較大容積，又能充分利用塔板面積，應(yīng)用較為普遍。受液盤(pán) 作用：接受由降液管下來(lái)的液體，緩沖液體流下時(shí)的沖擊作用，穩(wěn)定塔上液體的流動(dòng)狀態(tài)，以確保傳質(zhì)過(guò)程的穩(wěn)定進(jìn)行。 形式：平形、凹形。平形凹形溢流堰出口堰 有兩個(gè)作用：一個(gè)是維持塔板上有一定的液面高度，以確保傳質(zhì)過(guò)程的順利進(jìn)行；另一個(gè)是將降液管出口封在液面以下，以免氣體短路從降液

9、管中上升，影響傳質(zhì)過(guò)程的進(jìn)行。 形式：平形、齒形平形齒形三、板式塔常見(jiàn)的不正常操作 板式塔常見(jiàn)的不正常操作有氣泡夾帶、霧沫夾帶、過(guò)量漏液和液泛。1、氣泡夾帶：在一定結(jié)構(gòu)的塔板上，液體流量過(guò)大，使降液管內(nèi)液體的溢流速度過(guò)大，降液管中液體所夾帶的氣體泡沫來(lái)不及從降液管中別離而被帶到下一層塔板上的現(xiàn)象稱(chēng)為氣泡夾帶。 2、霧沫夾帶：當(dāng)氣速增大，塔板處于泡沫解除狀態(tài)或噴射解除狀態(tài)時(shí)，由于氣泡的破裂或氣體動(dòng)能大于液體的外表能，而把液體吹散成液滴，并拋到一定的高度，某些液滴被氣體帶到上一層塔板的現(xiàn)象稱(chēng)為霧沫夾帶。 3.過(guò)量漏液：當(dāng)氣體通過(guò)塔板的速率較小時(shí)，上升的氣體通過(guò)塔板上開(kāi)孔的阻力和克服液體外表張力所形

10、成的壓降較小，缺乏以抵消塔板上液層的重力，大量的液體會(huì)從塔板上的開(kāi)孔處往下漏，這種現(xiàn)象叫作漏液。 漏液的發(fā)生有兩種情況： 一種是漏液發(fā)生在整個(gè)塔截面上，整個(gè)截面的漏液根本均勻，且漏液量隨著氣速的增加很快地減少；另一種是局部漏液，它發(fā)生在塔板的局部位置，由于塔板上氣液相分布不均勻而引起。 4.液泛淹塔 泛液又包括兩種：夾帶液泛和溢流液泛。 夾帶液泛：當(dāng)塔板上的液體流量很大，上升氣體的速度又很高時(shí)，液體被上升的氣體夾帶到上一層塔板上霧沫夾帶的量猛增，使相鄰的兩塊塔板間充滿(mǎn)了氣、液混合物，最終使整個(gè)塔內(nèi)空間全部被液體所占據(jù)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為夾帶液泛。 溢流液泛：因降液管設(shè)計(jì)太小，液體的流動(dòng)阻力過(guò)大，或因

11、其他原因使降液管局部區(qū)域堵塞而變窄，液體不能正常地通過(guò)降液管向下流動(dòng)，使得液體在塔板上積累而充滿(mǎn)整個(gè)塔內(nèi)空間，這種現(xiàn)象稱(chēng)為溢流液泛。一、填料特性和分類(lèi)二、填料塔結(jié)構(gòu)第三節(jié) 填料塔 1、填料特性1比外表積 單位體積填料層所具有的外表積稱(chēng)為填料的比外表積，單位為m2/m3。顯然，值大有利于增大傳質(zhì)面積。2空隙率 單位體積填料層所具有的空隙體積稱(chēng)為填料的空隙率，其單位為m3/m3。值大，氣液通過(guò)能力大，流動(dòng)阻力小，壓降小。3填料因子 (/3) 填料因子代表填料的流體力學(xué)特性，單位1/m。值小，說(shuō)明流動(dòng)阻力小，液泛夾帶液泛速度較高。 此外填料還應(yīng)質(zhì)量輕、造價(jià)低，鞏固耐用，不易堵塞，耐腐蝕等。 一、填料

12、特性和分類(lèi)拉西環(huán)鮑爾環(huán)階梯環(huán)2、填料分類(lèi) 常用的填料可分為散裝填料和規(guī)整填料兩大類(lèi)。散裝填料在塔內(nèi)可亂堆，也可以整砌。 1拉西環(huán)Raschig ring填料 優(yōu)點(diǎn)：易于制造，價(jià)格低廉，且對(duì)它的研究較為充分，所以在過(guò)去較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。 缺點(diǎn)：液體常存在嚴(yán)重的溝流和壁流現(xiàn)象。且拉西環(huán)填料的內(nèi)外表潤(rùn)濕率較低，因而傳質(zhì)速率也不高。 在拉西環(huán)根底上衍生了環(huán)、十字環(huán)等，其根本改進(jìn)是在拉西環(huán)內(nèi)增加一結(jié)構(gòu)，以增大填料的比外表積。拉西環(huán)2鮑爾環(huán)Pall ring填料 同尺寸的鮑爾環(huán)與拉西環(huán)雖有相同的比外表積和空隙率，但鮑爾環(huán)在其側(cè)壁上的小孔可供氣液流通，使環(huán)的內(nèi)壁面得以充分利用。 比之拉西環(huán)，鮑爾

13、環(huán)不僅具有較大的生產(chǎn)能力和較低的壓降，且別離效率較高，溝流現(xiàn)象也大大降低。 鮑爾環(huán)填料的優(yōu)良性能使它一直為工業(yè)所重視，應(yīng)用十分廣泛?？捎商沾?、金屬或塑料制成。塑料鮑爾環(huán)金屬鮑爾環(huán)3階梯環(huán)Stair ring填料 階梯環(huán)填料的性能在鮑爾環(huán)的根底上又有提高，其生產(chǎn)能力可提高約10%，壓降那么可降低25%，且由于填料間呈多點(diǎn)接觸，床層均勻，較好地防止了溝流現(xiàn)象。 階梯環(huán)一般由塑料和金屬制成，由于其性能優(yōu)于其它側(cè)壁上開(kāi)孔的填料，因此獲得廣泛的應(yīng)用。4弧鞍形、矩鞍形填料 優(yōu)點(diǎn)：空隙率高，氣體阻力小，液體分布性能較好，填料性能優(yōu)于拉西環(huán)。 相鄰弧鞍形填料易相互套疊，使填料有效外表降低，從而影響傳質(zhì)速率。

14、矩鞍填料的兩端為矩形，且填料兩面大小不等?？朔嘶“疤盍舷嗷ブ丿B的缺點(diǎn)，填料的均勻性得到改善。液體分布均勻，氣液傳質(zhì)速率得到提高。瓷矩鞍填料是目前采用最多的一種瓷質(zhì)填料。 5規(guī)整填料 規(guī)整填料一般由波紋狀的金屬網(wǎng)或多孔板重疊而成。 優(yōu)點(diǎn)：空隙大，生產(chǎn)能力大，壓降小。流道規(guī)那么，只要液體初始分布均勻，那么在全塔中分布也均勻，因此規(guī)整填料具有很高的傳質(zhì)效率。 缺點(diǎn)：造價(jià)較高，易堵塞、難清洗，因此工業(yè)上一般用于較難別離或別離要求很高的情況。 二、填料塔結(jié)構(gòu) 填料塔除了塔體和填料外，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括填料支承板、液體分布裝置、液體出口的液體收集器和氣體出口的除霧裝置。柵板支承 升氣管式支承 1、填料支承板2、液體分布裝置蓮蓬頭分布器多孔管式分布器1塔頂液體分布裝置2液體再分布器盤(pán)式液體再分布器截錐式液體再分布器3、液體出口的液體收集器4、氣體出口的除