流體輸送演示文檔

第四節(jié)--板式塔板式塔的結構板式塔為逐級接觸式氣液傳質設備，它主要由圓柱形殼體、塔板、溢流堰、降液管及受液盤等部件構成。

操作時，塔內液體依靠重力作用，由上層塔板的降液管流到下層塔板的受液盤，然后橫向流過塔板，從另一側的降液管流至下一層塔板。溢流堰的作用是使塔板上保持一定厚度的液層。氣體則在壓力差的推動下，自下而上穿過各層塔板的氣體通道(泡罩(bubblehood)、篩孔(olfactoryforamina)或浮閥(floatvalve)等，分散成小股氣流，鼓泡通過各層塔板的液層。在塔板上，氣液兩相密切接觸，進行熱量和質量的交換。在板式塔中，氣液兩相逐級接觸，兩相的組成沿塔高呈階梯式變化，在正常操作下，液相為連續(xù)相，氣相為分散相。一般而論，板式塔的空塔速度較高，因而生產能力較大，塔板效率穩(wěn)定，操作彈性大，且造價低，檢修、清洗方便，故工業(yè)上應用較為廣泛。塔板的類型塔板可分為有降液管式塔板（也稱溢流式塔板或錯流式塔板）與無降液管式塔板（也稱穿流式塔板或逆流式塔板）兩類在工業(yè)生產中，以有降液管式塔板應用最為廣泛，在此只討論有降液管式塔板。1．泡罩塔板(bubble-capplatetower)罩塔板是工業(yè)上應用最早的塔板，其結構如圖片3-2所示，它主要由升氣管及泡罩構成。泡罩安裝在升氣管的頂部，分圓形和條形兩種，以前者使用較廣。泡罩有f80、f100、f150mm三種尺寸，可根據塔徑的大小選擇。泡罩的下部周邊開有很多齒縫，齒縫一般為三角形、矩形或梯形。泡罩在塔板上為正三角形排列。操作時，液體橫向流過塔板，靠溢流堰保持板上有一定厚度的液層，齒縫浸沒于液層之中而形成液封。升氣管的頂部應高于泡罩齒縫的上沿，以防止液體從中漏下。上升氣體通過齒縫進入液層時，被分散成許多細小的氣泡或流股，在板上形成鼓泡層，為氣液兩相的傳熱和傳質提供大量的界面。泡罩塔板的優(yōu)點是操作彈性較大，塔板不易堵塞；缺點是結構復雜、造價高，板上液層厚，塔板壓降大，生產能力及板效率較低。泡罩塔板已逐漸被篩板、浮閥塔板所取代，在新建塔設備中已很少采用2．篩孔塔板(olfactoryforaminatray)篩孔塔板簡稱篩板，其結構如圖片3-3所示。塔板上開有許多均勻的小孔，孔徑一般為3～8mm。篩孔在塔板上為正三角形排列。塔板上設置溢流堰，使板上能保持一定厚度的液層。操作時，氣體經篩孔分散成小股氣流，鼓泡通過液層，氣液間密切接觸而進行傳熱和傳質。在正常的操作條件下，通過篩孔上升的氣流，應能阻止液體經篩孔向下泄漏。板的優(yōu)點是結構簡單、造價低，板上液面落差小，氣體壓降低，生產能力大，傳質效率高。其缺點是篩孔易堵塞，不宜處理易結焦、粘度大的物料。應予指出，篩板塔的設計和操作精度要求較高，過去工業(yè)上應用較為謹慎。近年來，由于設計和控制水平的不斷提高，可使篩板塔的操作非常精確，故應用日趨廣泛。3．浮閥塔板(floatvalvetray)浮閥塔板具有泡罩塔板和篩孔塔板的優(yōu)點，應用廣泛。浮閥的類型很多，國內常用的有如圖片3-4所示的F1型、V-4型及T型等。浮閥塔板的結構特點是在塔板上開有若干個閥孔，每個閥孔裝有一個可上下浮動的閥片(Valveslice)，閥片本身連有幾個閥腿，插入閥孔后將閥腿底腳撥轉90°，以限制閥片升起的最大高度，并防止閥片被氣體吹走。閥片周邊沖出幾個略向下彎的定距片，當氣速很低時，由于定距片的作用，閥片與塔板呈點接觸而坐落在閥孔上，在一定程度上可防止閥片與板面的粘結。操作時，由閥孔上升的氣流經閥片與塔板間隙沿水平方向進入液層，增加了氣液接觸時間，浮閥開度隨氣體負荷而變，在低氣量時，開度較小，氣體仍能以足夠的氣速通過縫隙，避免過多的漏液；在高氣量時，閥片自動浮起，開度增大，使氣速不致過大。浮閥塔板的優(yōu)點是結構簡單、造價低，生產能力大，操作彈性大，塔板效率較高。其缺點是處理易結焦、高粘度的物料時，閥片易與塔板粘結；在操作過程中有時會發(fā)生閥片脫落或卡死等現象，使塔板效率和操作彈性下降。4．噴射型塔板上述幾種塔板，氣體是以鼓泡或泡沫狀態(tài)和液體接觸，當氣體垂直向上穿過液層時，使分散形成的液滴或泡沫具有一定向上的初速度。若氣速過高，會造成較為嚴重的液沫夾帶，使塔板效率下降，因而生產能力受到一定的限制。為克服這一缺點，近年來開發(fā)出噴射型塔板，大致有以下幾種類型。（1）舌形塔板示意圖1）舌型塔板舌型塔板的結構如圖片3-5所示，在塔板上沖出許多舌孔，方向朝塔板液體流出口一側張開。舌片與板面成一定的角度，有18°、20°、25°三種（一般為20°），舌片尺寸有50×50mm和25×25mm兩種。舌孔按正三角形排列，塔板的液體流出口一側不設溢流堰，只保留降液管，降液管截面積要比一般塔板設計得大些。操作時，上升的氣流沿舌片噴出，其噴出速度可達20～30m/s。當液體流過每排舌孔時，即被噴出的氣流強烈擾動而形成液沫，被斜向噴射到液層上方，噴射的液流沖至降液管上方的塔壁后流入降液管中，流到下一層塔板。舌型塔板的優(yōu)點是：生產能力大，塔板壓降低，傳質效率較高；缺點是：操作彈性較小，氣體噴射作用易使降液管中的液體夾帶氣泡流到下層塔板，從而降低塔板效率。（2）浮舌塔板浮舌塔板如圖片3-6所示，與舌型塔板相比，浮舌塔板的結構特點是其舌片可上下浮動。因此，浮舌塔板兼有浮閥塔板和固定舌型塔板的特點，具有處理能力大、壓降低、操作彈性大等優(yōu)點，特別適宜于熱敏性物系的減壓分離過程。(3)斜孔塔板斜孔塔板斜孔塔板斜孔塔板的結構如圖片3-7所示。在板上開有斜孔，孔口向上與板面成一定角度。斜孔的開口方向與液流方向垂直，同一排孔的孔口方向一致，相鄰兩排開孔方向相反，使相鄰兩排孔的氣體向相反的方向噴出。這樣，氣流不會對噴，既可得到水平方向較大的氣速，又阻止了液沫夾帶，使板面上液層低而均勻，氣體和液體不斷分散和聚集，其表面不斷更新，氣液接觸良好，傳質效率提高。斜孔塔板克服了篩孔塔板、浮閥塔板和舌型塔板的某些缺點。斜孔塔板的生產能力比浮閥塔板大30%左右，效率與之相當，且結構簡單，加工制造方便，是一種性能優(yōu)良的塔板。二。板式塔的流體力學性能氣液兩相的傳熱和傳質與其在塔板上的流動狀況密切相關，板式塔內氣液兩相的流動狀況即為板式塔的流體力學性能。1．塔板上氣液兩相的接觸狀態(tài)塔板上氣液兩相的接觸狀態(tài)是決定板上兩相流流體力學及傳質和傳熱規(guī)律的重要因素。如圖片3-8所示，當液體流量一定時，隨著氣速的增加，可以出現四種不同的接觸狀態(tài)。（1）鼓泡接觸狀態(tài)當氣速較低時，氣體以鼓泡形式通過液層。由于氣泡的數量不多，形成的氣液混合物基本上以液體為主，氣液兩相接觸的表面積不大，傳質效率很低。（2）蜂窩狀接觸狀態(tài)隨著氣速的增加，氣泡的數量不斷增加。當氣泡的形成速度大于氣泡的浮升速度時，氣泡在液層中累積。氣泡之間相互碰撞，形成各種多面體的大氣泡，板上為以氣體為主的氣液混合物。由于氣泡不易破裂，表面得不到更新，所以此種狀態(tài)不利于傳熱和傳質。（3）泡沫接觸狀態(tài)當氣速繼續(xù)增加，氣泡數量急劇增加，氣泡不斷發(fā)生碰撞和破裂，此時板上液體大部分以液膜的形式存在于氣泡之間，形成一些直徑較小，擾動十分劇烈的動態(tài)泡沫，在板上只能看到較薄的一層液體。由于泡沫接觸狀態(tài)的表面積大，并不斷更新，為兩相傳熱與傳質提供了良好的條件，是一種較好的接觸狀態(tài)。（4）噴射接觸狀態(tài)當氣速繼續(xù)增加，由于氣體動能很大，把板上的液體向上噴成大小不等的液滴，直徑較大的液滴受重力作用又落回到板上，直徑較小的液滴被氣體帶走，形成液沫夾帶。此時塔板上的氣體為連續(xù)相，液體為分散相，兩相傳質的面積是液滴的外表面。由于液滴回到塔板上又被分散，這種液滴的反復形成和聚集，使傳質面積大大增加，而且表面不斷更新，有利于傳質與傳熱進行，也是一種較好的接觸狀態(tài)。如上所述，泡沫接觸狀態(tài)和噴射狀態(tài)均是優(yōu)良的塔板接觸狀態(tài)。因噴射接觸狀態(tài)的氣速高于泡沫接觸狀態(tài)，故噴射接觸狀態(tài)有較大的生產能力，但噴射狀態(tài)液沫夾帶較多，若控制不好，會破壞傳質過程，所以多數塔均控制在泡沫接觸狀態(tài)下工作。2．氣體通過塔板的壓降氣體通過塔板的壓降（塔板的總壓降）包括：塔板的干板阻力（即板上各部件所造成的局部阻力），板上充氣液層的靜壓力及液體的表面張力(interfacialtension)。塔板壓降是影響板式塔操作特性的重要因素。塔板壓降增大，一方面塔板上氣液兩相的接觸時間隨之延長，板效率升高，完成同樣的分離任務所需實際塔板數減少，設備費降低；另一方面，塔釜溫度隨之升高，能耗增加，操作費增大，若分離熱敏性物系時易造成物料的分解或結焦。因此，進行塔板設計時，應綜合考慮，在保證較高效率的前提下，力求減小塔板壓降，以降低能耗和改善塔的操作。3．塔板上的液面落差當液體橫向流過塔板時，為克服板上的摩擦阻力和板上部件（如泡罩、浮閥等）的局部阻力，需要一定的液位差，則在板上形成由液體進入板面到離開板面的液面落差。液面落差也是影響板式塔操作特性