塔設(shè)備培訓(xùn)教材

第十章塔設(shè)備第一節(jié)概述第二節(jié)板式塔第三節(jié)填料塔第四節(jié)填料塔與板式塔的比較第一節(jié)概述一、塔設(shè)備的作用和分類二、評價塔設(shè)備的基本性能指標(biāo)一、塔設(shè)備的作用和分類基本作用有兩個：一個作用是提供氣、液兩相充分接觸的場所，使傳熱、傳質(zhì)兩種傳遞過程能夠迅速有效地進(jìn)行；另一個作用是使接觸后的氣液兩相及時分開，互不夾帶。傳質(zhì)要求的充分混合與分離要求的及時分開是一對矛盾。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：板式塔和填料塔。板式塔內(nèi)設(shè)有若干層塔板，液體由上向下逐級流過塔板，并在各層塔板上形成液層，氣體由下向上穿過各層塔板，氣液兩相在塔內(nèi)進(jìn)行逐級接觸傳熱傳質(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，氣液在填料的潤濕表面上進(jìn)行接觸傳熱傳質(zhì)。三、評價塔設(shè)備的基本性能指標(biāo)1、生產(chǎn)能力：單位塔截面上單位時間的處理量。2、分離效率：板式塔：每層塔板所能達(dá)到的分離程度；填料塔：單位高度填料層所能達(dá)到的分離程度。3、操作彈性：塔的最大處理量與最小處理量之比。4、流動阻力：主要指氣相阻力，即氣相通過每層塔板或單位高度填料層的壓降。除上述幾項主要性能外，塔的造價、安裝及維修的難易以及長期運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性等因素也是必須考慮的實際問題。

一、塔板類型二、塔板結(jié)構(gòu)三、板式塔常見的不正常操作第二節(jié)板式塔1、無溢流塔板（穿流型塔板）塔板結(jié)構(gòu)簡單，板上無液面落差，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液層，操作彈性差且效率較低。目前在現(xiàn)場已很少使用。2、有溢流塔板（溢流型塔板）相對比較穩(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、塔板類型塔板主要有兩大類：無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，板上的液體不會從中漏下。升氣管上覆以泡罩，泡罩下部四周開有許多齒縫，齒縫浸沒在板上液層中形成液封。上升氣體通過齒縫被分散成小氣泡或流股進(jìn)入液層。液體通過降液管留下。泡罩罩塔塔優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)：：操操作作穩(wěn)穩(wěn)定定，，操操作作彈彈性性大大；；不不易易堵堵塞塞，，能能處處理理含含少少量量污污物物的的物物料料。。缺點(diǎn)點(diǎn)：：塔塔板板結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)復(fù)復(fù)雜雜，，造造價價高高；；塔塔板板上上液液層層較較厚厚，，氣氣體體流流動動阻阻力力較較大大；；液液體體流流過過塔塔板板時時因因阻阻力力而而有有液液面面落落差差，，液液層層深深淺淺不不同同，，使使氣氣量量分分布布不不均均勻勻，，影影響響板板效效率率。。在新新建建的的塔塔設(shè)設(shè)備備中中，，泡泡罩罩塔塔已已很很少少見見。。2））浮浮閥閥塔塔板板自二二十十世世紀(jì)紀(jì)五五十十年年代代問問世世后后，，很很快快在在石石油油、、化化工工行行業(yè)業(yè)得得到到推推廣廣，，至至今今仍仍為為應(yīng)用用最最廣廣的的一一種種塔塔板板。浮閥閥塔塔常常用用于于分分餾餾穩(wěn)穩(wěn)定定。。塔板板上上開開有有正正三三角角形形排排列列的的孔孔，，孔孔的的上上方方安安置置可可上上下下浮浮動動的的閥閥片片。。閥片片可可隨隨上上升升氣氣量量的的變變化化而而自自動動調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)開開啟啟度度。在在低低氣氣量量時時，，開開度度小??；；氣氣量量大大時時，，閥閥片片自自動動上上升升，，開開度度增增大大。。因因此此，，氣氣量量變變化化時時，，通通過過閥閥片片周周邊邊流流道道進(jìn)進(jìn)入入液液體體層層的的氣氣速速較較穩(wěn)穩(wěn)定定，，氣體體水水平平進(jìn)進(jìn)入入液液層層也強(qiáng)強(qiáng)化化了了氣氣液液接接觸觸傳傳質(zhì)質(zhì)。。閥有有輕輕、、重重之之分分，重重閥閥的的質(zhì)質(zhì)量量為為33g，，輕輕閥閥25g。。重重閥閥需需要要較較高高的的氣氣體體壓壓力力才才能能打打開開，，關(guān)關(guān)閉閉迅迅速速，，閥閥的的泄泄漏漏少少、、效效率率高高。。為為增增加加塔塔的的操操作作彈彈性性，，同同一一層層塔塔板板上上可可布布置置質(zhì)質(zhì)量量不不同同的的浮浮閥閥。。浮閥閥塔塔的的特特點(diǎn)點(diǎn)：：結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)簡簡單單，，生生產(chǎn)產(chǎn)能能力力和和操操作作彈彈性性大大，，板板效效率率高高，，氣氣體體壓壓降降及及液液面面落落差差較較小小，，綜綜合合性性能能較較優(yōu)優(yōu)異異。。浮浮閥閥塔塔有有一一個個最最大大的的缺缺點(diǎn)點(diǎn)————閥閥是是活活動動部部件件，，使使用用中中容容易易松松脫脫和和卡卡住住，，從從而而造造成成工工作作失失常常。。浮閥閥工工作作狀狀態(tài)態(tài)塔板板上上的的浮浮閥閥有有順順排排和和叉叉排排兩兩種種布布置置方方式式，，建建議議采采用用叉叉排排。。叉排排時時相相鄰鄰浮浮閥閥吹吹出出的的氣氣體體使使液液層層攪攪拌拌和和鼓鼓泡泡均均勻勻，，有有利利于于傳傳質(zhì)質(zhì)傳傳熱熱，，同同時時氣氣體體夾夾帶帶霧霧沫沫量量也也較較小小。。順排排叉叉排排①F1型型浮浮閥閥（（國國內(nèi)內(nèi)最最常常使使用用的的閥閥片片型型式式））②十十字字架架型型浮浮閥閥③HTV(HalfTubeValve)型型浮浮閥閥3））篩篩孔孔塔塔板板篩孔孔塔塔板板即即篩篩板板，，出出現(xiàn)現(xiàn)也也較較早早（（1830年年）），，是是結(jié)構(gòu)構(gòu)最最簡簡單單的的一一種種板板型型。但但由由于于早早期期對對其其性性能能認(rèn)認(rèn)識識不不足足，，存存在在易易漏漏液液、、操操作作彈彈性性小小、、難難以以穩(wěn)穩(wěn)定定操操作作等等問問題題，，使使用用受受到到極極大大限限制制。。1950年年后后開開始始對對篩篩孔孔塔塔板板進(jìn)進(jìn)行行較較系系統(tǒng)統(tǒng)全全面面的的研研究究，，從從理理論論和和實實踐踐上上較較好好地地解解決決了了有有關(guān)關(guān)篩篩板板效效率率、、流流體體力力學(xué)學(xué)性性能能以以及及塔塔板板漏漏液液等等問問題題，，獲獲得得了了成成熟熟的的使使用用經(jīng)經(jīng)驗驗和和設(shè)設(shè)計計方方法法，，使使之之逐逐漸漸成成為為應(yīng)應(yīng)用用最最廣廣的的塔塔板板類類型型之之一一。。篩板板塔塔常常用用于于閃閃蒸蒸穩(wěn)穩(wěn)定定。。塔板板上上的的篩篩孔孔以以一一定定排排列列方方式式布布置置，，直直徑徑約約3～～8mm，，板板厚厚為為孔孔徑徑的的0.4～～0.8倍倍。。篩板板塔塔的的優(yōu)優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)：：結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)簡簡單單，，造造價價低低，，生生產(chǎn)產(chǎn)能能力力大大，，塔塔板板效效率率高高，，壓壓降降小小。。主主要要缺缺點(diǎn)點(diǎn)是是操操作作彈彈性性小小，，小小孔孔篩篩板板容容易易堵堵塞塞。。20=ao50R25氣相4）舌形形塔板舌形塔板板是60年代初初期提出出的。塔塔板上有有許多舌舌形孔，，舌葉與與板面成成一定角角度，向向塔板的的液流出出口側(cè)張張開。上上升氣流流穿過舌舌形孔后后，沿舌舌葉的張張角向斜斜上方噴噴出，塔塔板液流流出口測測的液體體被噴射射至降液液管上方方，然后后流入降降液管。。降液管管不設(shè)溢溢流堰，，但比一一般塔板板的降液液管尺寸寸大。典型尺寸寸舌形孔孔優(yōu)點(diǎn)：氣液并流流避免了了返混和和液面落落差，塔塔板上液液層較低低，塔板板壓降較較小。氣流方向向近于水水平。相相同的液液氣比下下，舌形形塔板的的液沫夾夾帶量較較小，故故可以達(dá)達(dá)到較高高的生產(chǎn)產(chǎn)能力。。缺點(diǎn)：張角固定定，在氣氣量較小小時，經(jīng)經(jīng)舌形孔孔噴射的的氣速低低，塔板板漏液嚴(yán)嚴(yán)重，操操作彈性性小。液體在同同一方向向上加速速，有可可能使液液體在板板上的停停留時間間太短、、液層太太薄，板板效率降降低。舌形塔板板工作狀狀態(tài)二、塔板板結(jié)構(gòu)1、塔板板的分區(qū)區(qū)鼓泡區(qū)：：氣液兩兩相傳熱熱、傳質(zhì)質(zhì)降液區(qū)：：小氣泡泡聚合成成大氣泡泡再返回回受液區(qū)：：接受降降液管的的液體安定區(qū)：：減少降降液管氣氣泡夾帶帶量邊緣區(qū)：：支撐塔塔板及塔塔板上液液體2、主要要構(gòu)件1）氣體體通道鼓泡元件件：形成成氣液兩兩相傳熱熱傳質(zhì)的的主要構(gòu)構(gòu)件，型型式有篩篩板型、、泡罩型型、浮閥閥型等等等。降液管溢流堰受液盤2）液體體通道包括溢流堰、、降液管、、和受液盤。。①降液管管作用：液液體通道道，讓液液體在其其中停留留一段時時間，使使液體所所夾帶的的氣泡有有充分的的時間得得以從液液體中溢溢出。型式：圓圓形、弓弓形。弓弓形降液液管具有有較大容容積，又又能充分分利用塔塔板面積積，應(yīng)用用較為普普遍。②受液盤盤作用：接接受由降降液管下下來的液液體，緩緩沖液體體流下時時的沖擊擊作用，，穩(wěn)定塔塔上液體體的流動動狀態(tài)，，以確保保傳質(zhì)過過程的穩(wěn)穩(wěn)定進(jìn)行行。形式：平平形、凹凹形。平形凹形③溢流堰堰（出口口堰）有兩個作作用：一一個是維維持塔板板上有一一定的液液面高度度，以確確保傳質(zhì)質(zhì)過程的的順利進(jìn)進(jìn)行；另另一個是是將降液液管出口口封在液液面以下下，以免免氣體短短路從降降液管中中上升，，影響傳傳質(zhì)過程程的進(jìn)行行。形式：平平形、齒齒形平形齒形三、板式式塔常見見的不正正常操作作板式塔常常見的不不正常操操作有氣氣泡夾帶帶、霧沫沫夾帶、、過量漏漏液和液泛。1、氣泡泡夾帶：在一定定結(jié)構(gòu)的的塔板上上，液體體流量過過大，使使降液管管內(nèi)液體體的溢流流速度過過大，降降液管中中液體所所夾帶的的氣體泡泡沫來不不及從降降液管中中分離而而被帶到到下一層層塔板上上的現(xiàn)象象稱為氣氣泡夾帶帶。2、霧沫沫夾帶：當(dāng)氣速速增大，，塔板處處于泡沫沫解除狀狀態(tài)或噴噴射解除除狀態(tài)時時，由于于氣泡的的破裂或或氣體動動能大于于液體的的表面能能，而把把液體吹吹散成液液滴，并并拋到一一定的高高度，某某些液滴滴被氣體體帶到上上一層塔塔板的現(xiàn)現(xiàn)象稱為為霧沫夾夾帶。3.過量量漏液：當(dāng)氣體體通過塔塔板的速速率較小小時，上上升的氣氣體通過過塔板上上開孔的的阻力和和克服液液體表面面張力所所形成的的壓降較較小，不不足以抵抵消塔板板上液層層的重力力，大量量的液體體會從塔塔板上的的開孔處處往下漏漏，這種種現(xiàn)象叫叫作漏液液。漏液的發(fā)發(fā)生有兩兩種情況況：一種是漏液發(fā)生生在整個個塔截面面上，整整個截面面的漏液液基本均均勻，且且漏液量量隨著氣氣速的增增加很快快地減少少；另一種是是局部漏液液，它發(fā)發(fā)生在塔塔板的局局部位置置，由于于塔板上上氣液相相分布不不均勻而而引起。。4.液泛泛（淹塔塔）泛液又包包括兩種種：夾帶液泛泛和溢流流液泛。。夾帶液泛泛：當(dāng)塔板板上的液液體流量量很大，，上升氣氣體的速速度又很很高時，，液體被被上升的的氣體夾夾帶到上上一層塔塔板上（（霧沫夾帶帶）的量猛猛增，使使相鄰的的兩塊塔塔板間充充滿了氣氣、液混混合物，，最終使使整個塔塔內(nèi)空間間全部被被液體所所占據(jù)，，這種現(xiàn)現(xiàn)象稱為為夾帶液液泛。溢流液液泛：因降降液管管設(shè)計計太小小，液液體的的流動動阻力力過大大，或或因其其他原原因使使降液液管局局部區(qū)區(qū)域堵堵塞而而變窄窄，液液體不不能正正常地地通過過降液液管向向下流流動，，使得得液體體在塔塔板上上積累累而充充滿整整個塔塔內(nèi)空空間，，這種種現(xiàn)象象稱為為溢流流液泛泛。一、填填料特特性和和分類類二二、填填料塔塔結(jié)構(gòu)構(gòu)第三節(jié)節(jié)填填料料塔1、填填料特特性1）比比表面面積σ單位體體積填填料層層所具具有的的表面面積稱稱為填填料的的比表表面積積，單單位為為m2/m3。顯然然，值值大有有利于于增大大傳質(zhì)質(zhì)面積積。2）空空隙率率ε單位體體積填填料層層所具具有的的空隙隙體積積稱為為填料料的空空隙率率，其其單位位為m3/m3。值大大，氣氣液通通過能能力大大，流流動阻阻力小小，壓壓降小小。3）填填料因因子(σσ/εε3)填料因因子代代表填填料的的流體體力學(xué)學(xué)特性性，單單位1/m。值值小，，表明明流動動阻力力小，，液泛泛（夾帶液液泛）速度度較高高。此外填填料還還應(yīng)質(zhì)質(zhì)量輕輕、造造價低低，堅堅固耐耐用，，不易易堵塞塞，耐耐腐蝕蝕等。。一、填填料特特性和和分類類拉西環(huán)鮑爾環(huán)階梯環(huán)2、填填料分分類常用的的填料料可分分為散裝填填料和和規(guī)整整填料料兩大大類。散裝裝填料料在塔塔內(nèi)可可亂堆堆，也也可以以整砌砌。1）拉拉西環(huán)環(huán)（Raschigring））填料料優(yōu)點(diǎn)：：易于于制造造，價價格低低廉，，且對對它的的研究究較為為充分分，所所以在在過去去較長長的時時間內(nèi)內(nèi)得到到了廣廣泛的的應(yīng)用用。缺點(diǎn)：：液體體常存存在嚴(yán)嚴(yán)重的的溝流流和壁壁流現(xiàn)現(xiàn)象。。且拉拉西環(huán)環(huán)填料料的內(nèi)內(nèi)表面面潤濕濕率較較低，，因而而傳質(zhì)質(zhì)速率率也不不高。。在拉西西環(huán)基基礎(chǔ)上上衍生生了θθ環(huán)、、十字字環(huán)等等，其其基本本改進(jìn)進(jìn)是在在拉西西環(huán)內(nèi)內(nèi)增加加一結(jié)結(jié)構(gòu)，，以增增大填填料的的比表表面積積。拉西環(huán)2）鮑鮑爾環(huán)環(huán)（Pallring）填填料同尺寸寸的鮑鮑爾環(huán)環(huán)與拉拉西環(huán)環(huán)雖有有相同同的比比表面面積和和空隙隙率，，但鮑鮑爾環(huán)環(huán)在其其側(cè)壁壁上的的小孔孔可供供氣液液流通通，使使環(huán)的的內(nèi)壁壁面得得以充充分利利用。。比之拉拉西環(huán)環(huán)，鮑鮑爾環(huán)環(huán)不僅僅具有有較大大的生生產(chǎn)能能力和和較低低的壓壓降，，且分分離效效率較較高，，溝流流現(xiàn)象象也大大大降降低。。鮑爾環(huán)環(huán)填料料的優(yōu)優(yōu)良性性能使使它一一直為為工業(yè)業(yè)所重重視，，應(yīng)用用十分分廣泛泛?？煽捎商仗沾?、、金屬屬或塑塑料制制成。。塑料鮑鮑爾環(huán)環(huán)金屬鮑鮑爾環(huán)環(huán)3）階階梯環(huán)環(huán)（Stairring）填填料階梯環(huán)環(huán)填料料的性性能在在鮑爾爾環(huán)的的基礎(chǔ)礎(chǔ)上又又有提提高，，其生生產(chǎn)能能力可可提高高約10%，壓壓降則則可降降低25%，且且由于于填料料間呈呈多點(diǎn)點(diǎn)接觸觸，床床層均均勻，，較好好地避避免了了溝流流現(xiàn)象象。階梯環(huán)環(huán)一般般由塑塑料和和金屬屬制成成，由由于其其性能能優(yōu)于于其它它側(cè)壁壁上開開孔的的填料料，因因此獲獲得廣廣泛的的應(yīng)用用。4）弧弧鞍形形、矩矩鞍形形填料優(yōu)點(diǎn)：：空隙隙率高高，氣氣體阻阻力小小，液液體分分布性性能較較好，，填料料性能能優(yōu)于于拉西西環(huán)。。相鄰弧鞍形形填料易易相互互套疊疊，使使填料料有效效表面面降低低，從從而影影響傳傳質(zhì)速速率。。矩鞍填填料的的兩端端為矩矩形，，且填填料兩兩面大大小不不等。?？朔嘶』“疤钐盍舷嘞嗷ブ刂丿B的的缺點(diǎn)點(diǎn)，填填料的的均勻勻性得得到改改善。。液體體分布布均勻勻，氣氣液傳傳質(zhì)速速率得得到提提高。。瓷矩矩鞍填填料是是目前前采用用最多多的一一種瓷瓷質(zhì)填填料。。5）規(guī)整填填料規(guī)整填料一一般由波紋紋狀的金屬屬網(wǎng)或多孔孔板重疊而而成。優(yōu)點(diǎn)：空隙隙大，生產(chǎn)產(chǎn)能力大，，壓降小。。流道規(guī)則則，只要液液體初始分分布均勻，，則在全塔塔中分布也也均勻，因因此規(guī)整填填料具有很很高的傳質(zhì)質(zhì)效率。缺點(diǎn)：造價價較高，易易堵塞、難難清洗，因因此工業(yè)上上一般用于于較難分離離或分離要要求很高的的情況。二、填料塔塔結(jié)構(gòu)填料塔除了了塔體和填填料外，其其內(nèi)部結(jié)構(gòu)構(gòu)包括填料支承板板、液體分分布裝置、、液體出口口的液體收收集器和氣氣體出口的的除霧裝置置。柵板支承升氣管式支支承1、填料支支承板2、液體分分布裝置蓮蓬頭分布布器多孔管式分分布器1）塔頂液體分布裝裝置2）液體再再分布器盤式液體再分布器截錐式液體體再分布器器3、液體出出口的液體體收集器4、氣體出出口的除霧霧裝置絲網(wǎng)除霧器器折板除霧器器一、板式塔塔和填料塔塔的比較二、塔設(shè)備備選用原則則第四節(jié)板板式塔和填填料塔的比比較板式塔填料塔濃度變化階躍式連續(xù)式壓降較大小尺寸填料較大；大尺寸填料及規(guī)整填料較小空塔氣速較大小尺寸填料較?。淮蟪叽缣盍霞耙?guī)整填料較大塔效率較穩(wěn)定，效率較高傳統(tǒng)填料低；新型亂堆及規(guī)整填料高持液量較大較小液氣比適應(yīng)范圍較大對液量有一定要求材質(zhì)常用金屬材料金屬及非金屬材料均可造價大直徑時較低小直徑時較低應(yīng)用場所大型工業(yè)裝置小直徑塔一、板式塔塔和填料塔塔的比較（1）當(dāng)所所需的傳質(zhì)質(zhì)單元數(shù)或或理論板數(shù)數(shù)較多時考考慮用板式式塔；（2）小塔塔徑塔考慮慮用填料塔塔；（3）液、、氣比小的的場合（多多數(shù)精餾及及少數(shù)吸收收）用板式式塔；（4）當(dāng)要要求有小的的壓力降時時考慮用填填料塔；（5）熱敏敏性物質(zhì)的的蒸餾考慮慮用填料塔塔；（6）下列列情況適于于采用板式式塔：需要要側(cè)線出料料時；塔內(nèi)內(nèi)需要安裝裝換熱裝置置時；液體體中含有固固體顆粒時時。二、選用原原則9、靜夜四無無鄰，荒居居舊業(yè)貧。。。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、雨雨中中黃黃葉葉樹樹，，燈燈下下白白頭頭人人。。。。12:14:1512:14:1512:1412/29/202212:14:15PM11、以我我獨(dú)沈沈久，，愧君君相見見頻。。。12月月-2212:14:1512:14Dec-2229-Dec-2212、故人江江海別，，幾度隔隔山川。。。12:14:1512:14:1512:14Thursday,December29,202213、乍乍見見翻翻疑疑夢夢，，相相悲悲各各問問年年。。。。12月月-2212月月-2212:14:1512:14:15December29,202214、他鄉(xiāng)生白白發(fā)，舊國國見青山。。。29十二二月202212:14:15下下午12:14:1512月-2215、比不了得就就不比，得不不到的就不要要。。。十二月2212:14下下午12月-2212:14December29,202216、行行動動出出成成果果，，工工作作出出財財富富。。。。2022/12/2912:14:1512:14:1529December202217、做前前，能能夠環(huán)環(huán)視四四周；；做時時，你你只能能或者者最好好沿著著以腳腳為起起點(diǎn)的的射線線向前前。。。12:14:15下下午午12:14下下午12:14:1512月月-229、沒有失敗敗，只有暫暫時停止成成功！。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、很很多多事事情情努努力力了了未未必必有有結(jié)結(jié)果果，，但但是是不不努努力力卻卻什什么么改改變變也也沒沒有有。。。。12:14:1512:14:1512:1412/29/202212:14:15PM11、成功功就是是日復(fù)復(fù)一日日那一一點(diǎn)點(diǎn)點(diǎn)小小小努力力的積積累。。。12月月-2212:14:1512:14Dec-2229-Dec-2212、世世間間成成事事，，不不求求其其絕絕對對圓圓滿滿，，留留一一份份不不足足，，可可得得無無限限完完美美。。。。12:14:1512:14:1512:14Thursday,December29,202213、不知香積積寺，數(shù)里里入云峰。。。12月-2212月-2212:14:1512:14:15December29,202214、意志志堅強(qiáng)強(qiáng)的人人能把把世界界放在在手中中像泥泥塊一一樣任任意揉揉捏。。29十十二二月202212:14: