PMI培訓資料：氣液傳質(zhì)設備塔器設備

氣液傳質(zhì)設備塔器設備

MassTransferEquipments

大型化工裝置大型化工裝置常見的化工設備Commonchemicalequipment：

反應器reactor塔器towers

換熱器heatexchanger

容器vessel

1、容器：主要用來貯存原料，中間產(chǎn)品和成品等。按形狀分有圓柱形、球形等，而以圓柱形容器應用最廣。1.vessel:mainlyusedforstoringrawmaterials,intermediateproductsandfinishedproducts.Accordingtotheshape,therearecylindrical,balletcandthecylindricalcontaineraremostwidelyused.2、換熱器：主要用來使兩種不同溫度的物料進行熱量交換，以達到加熱或冷卻之目的。

Heatexchanger:mainlyusedforheatexchangebetweentwodifferenttemperaturematerialsforheatingorcoolingpurposes.常見的化工設備Commonchemicalequipment：

反應器reactor塔器towers

換熱器heatexchanger

容器vessel

3、反應器：主要用來使物料在其中間進行化學反應，生成新的物質(zhì)，或者使物料進行攪拌、沉降等單元操作。Reactor:mainlyusedforchemicalreactionbetweenmaterials,togeneratenewmaterial,ortomakematerialstobestirred,settled,etc4、塔器：用于吸收、洗滌、精餾、萃取等化工單元操作。塔器多為立式設備，其斷面一般為圓形。塔器的高度和直徑之比，一般相差較大。Tower:usedinchemicalunitoperationofabsorption,washing,rectificationandextraction.Thetowerismostlyverticalequipment,itssectionsaregenerallyround.Theheightofthetowerandtheratioofthediameteraregenerallyquitedifferent常見化工設備反應器塔器容器換熱器第一章概論Chapter1introduction塔設備是化工、石油化工和煉油等生產(chǎn)中最重要的設備之一。它可使氣（或汽）液和液液兩相之間進行緊密接觸，達到相際傳質(zhì)及傳熱的目的。可在塔設備中完成的常見的單元操作有：精餾、吸收、解吸和萃取等。此外，工業(yè)氣體的冷卻與回收、氣體的濕法凈制和干燥，以及兼有氣液兩相傳質(zhì)和傳熱的增濕、減濕等。Towerequipmentisoneofthemostimportantequipmentsinchemical,petrochemicalandoilrefining.Itcanbeusedforthepurposeofinterphasemasstransferandheattransferbetweenthetwophasesofgas(orvapor)andliquidliquid.Thecommonunitoperationthatcanbeaccomplishedintowerequipmentis:rectification,absorption,desorptionandextraction.Inaddition,thecoolingandrecoveryofindustrialgases,thecleaninganddryingofthegas,andtheheatandhumidityoftheliquidandtheheattransfer,etc.第一節(jié)塔設備在化工生產(chǎn)中的作用和地位Theroleandstatusofthetowerequipmentinchemicalproduction第一章概論Chapter1introduction這些過程都是在一定的壓力、溫度、流量等工藝條件下，在一定的設備內(nèi)完成的。由于其過程中兩種介質(zhì)主要發(fā)生的是質(zhì)的交換，所以也將實現(xiàn)這些過程的設備叫傳質(zhì)設備；從外形上看這些設備都是豎直安裝的圓筒形容器，且長徑比較大，形如“塔”，故習慣上稱其為塔設備。Theseprocessesareperformedundercertainpressure,temperature,flowandothertechnologicalconditionsundercertainequipment.Duetothequalitativeexchangeofthetwomediaintheprocess,theequipmentoftheseprocessesisalsocalledmasstransferequipment.Inappearance,thesedevicesarecylindricalvesselsverticallyinstalledwithlargediameter,suchas"tower",sotheyareusedtocalledtowerequipment.第一節(jié)塔設備在化工生產(chǎn)中的作用和地位Theroleandstatusofthetowerequipmentinchemicalproduction第一節(jié)塔設備在化工生產(chǎn)中的作用和地位

塔設備能夠為氣、液或液、液兩相進行充分接觸提供適宜的條件，即充分的接觸時間、分離空間和傳質(zhì)傳熱的面積，從而達到相際間質(zhì)量和熱量交換的目的，實現(xiàn)工藝所要求的生產(chǎn)過程，生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。所以塔設備的性能對整個裝置的產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量、生產(chǎn)能力和消耗定額，以及三廢處理和環(huán)境保護等方面部有著重大的影響。Towerequipmentcanbeprovidesgoodcontactwithsuitableconditionsforgas,liquidorliquid,liquidtwophase,assufficientcontacttime,separationspaceandmasstransferheattransferarea,thusachievingthepurposeofinterphasemassandheatexchange,realizingtheproductionprocessrequiredbytheprocess,andproducingqualifiedproducts.Therefore,theperformanceofthetowerequipmenthasasignificantimpactontheproductyield,quality,productioncapacityandconsumptionquotaofthewholedevice,aswellasthewastesdisposalandenvironmentalprotection.第一節(jié)塔設備在化工生產(chǎn)中的作用和地位

塔設備的投資費用及鋼材耗量僅次于換熱設備。據(jù)統(tǒng)計，在化工和石油化工生產(chǎn)裝置中，塔設備的投資費用占全部工藝設備總投資的25.39％，在煉油和煤化生產(chǎn)裝置中占34.85％；其所消耗的鋼材重量在各類工藝設備中所占比例也是比較高的，如年產(chǎn)250萬噸常減壓蒸餾裝置中，塔設備耗用鋼材重量占45.5％，年產(chǎn)120萬噸催化裂化裝置中占48.9％，年產(chǎn)30萬噸乙烯裝置中占25~28.3％。可見塔設備是煉油、化工生產(chǎn)中最重要的工藝設備之一，它的設計、研究、使用對化工、煉油等工藝的發(fā)展起著重大的作用。第一節(jié)塔設備在化工生產(chǎn)中的作用和地位

Theinvestmentandsteelconsumptionoftowerequipmentissecondonlytoheattransferequipment.Accordingtostatistics,inthechemicalandpetrochemicalproductionequipment,theinvestmentofthetowerequipmentaccountedfor25.39percentofthetotalinvestmentinthetotalprocessequipment,accountingfor34.85percentoftheoilrefiningandcoalproductionequipment.Theconsumptionofsteelweightproportioninallkindsofprocessequipmentisrelativelyhigh,suchastheannualoutputof2.5milliontonsofatmosphericandvacuumdistillationunit,thetowerequipmentcoststeelweight45.5%,accountingfor48.9%ofannualoutputof1.2milliontonsofcatalyticcrackingunit,theannualoutputof300000tonsofethyleneplantin25to28.3%.Thetowerequipmentisoneofthemostimportantprocessequipmentsinoilrefiningandchemicalproduction.Itsdesign,researchanduseareofgreatimportancetothedevelopmentofchemical,oilrefiningandotherprocesses.第二節(jié)塔設備的分類及一般構造

Classificationandgeneralstructureoftowerequipmen

隨著煉油、化工生產(chǎn)工藝的不斷改進和發(fā)展，與之相適應的塔設備也形成了形式繁多的結構和類型，以滿足各種特定的工藝要求。為了便于研究和比較，人們從不同的角度對塔設備進行分類。如按工藝用途分類，按操作壓力分類，也可按其內(nèi)部結構進行分類Withthecontinuousimprovementanddevelopmentofoilrefiningandchemicalproductionprocess,thecorrespondingtowerequipmentalsoformsawidevarietyofstructuresandtypestomeetvariousspecifictechnologicalrequirements.Tofacilitateresearchandcomparison,peopleclassifytowerequipmentfromdifferentangles.Accordingtotheclassificationoftheprocess,accordingtotheoperationpressureclassification,alsocanbeclassifiedaccordingtoitsinternalstructure第二節(jié)塔設備的分類及一般構造

1、按操作壓力分為加壓塔、常壓塔和減壓塔

accordingtotheoperationpressuretowerisdividedintopressurizedtower,atmospherictowerandvacuumtower。塔設備根據(jù)其完成的工藝操作不同，其壓力和溫度也不相同。但當達到相平衡時，壓力、溫度、氣相組成和液相組成之間存在著一定的函數(shù)關系。在實際生產(chǎn)中，原料和產(chǎn)品的成分和要求是工藝確定的，不能隨意改變，壓力和溫度有選擇的余地，但二者之間是相互關聯(lián)的，如一項先確定了，另一項則只能由相平衡關系求出。從操作方便和設備簡單的角度來說，選常壓操作最好，從冷卻劑的來源角度看，一般宜將塔頂冷凝溫度控制在30～40℃以便采用廉價的水或空氣作為冷卻劑。所以塔設備根據(jù)具體工藝要求，設備及操作成本綜合考慮，有時可以在常壓下操作、有時需要在加壓下操作,有時還需要減壓操作。

第二節(jié)塔設備的分類及一般構造

Thetowerequipmentisdifferentaccordingtotheprocessoperation,andthepressureandtemperaturearedifferent.Butwhenthephaseequilibriumisreached,thereisacertainfunctionrelationshipbetweenpressure,temperature,gasphasecompositionandliquidphasecomposition.Intheactualproduction,rawmaterialsandcomponentsandtherequestoftheproductsisprocess,cannotbechanged,pressureandtemperaturehaveachoice,butbetweenthemareinterrelated,asafirstidentified,anotheriscalculatedbyphaseequilibriumrelationship.Fromthepointofviewofeasyoperationandsimpleequipment,chooseatmosphericbestoperation,fromthepointofviewofthesourceofthecoolant,generalappropriatetothetopofthetowercondensingtemperaturecontrolin30~40℃tousecheapairorwaterasacoolant.Therefore,thetowerequipmentisbasedonspecifictechnologicalrequirements,equipmentandoperatingcosts,sometimesoperatingundernormalpressure,sometimesunderpressure,andsometimesdecompressionoperation.

2、按塔的內(nèi)件構成結構分為板式塔和填料塔。From

theinnerpartsofthetoweraredividedintoplatetowerandpackingtower塔設備盡管其用途各異，操作條件也各不相同，但就其構造而言都大同小異，主要由塔體、支座、內(nèi)部構件及附件組成。根據(jù)塔內(nèi)部構件的結構可以將其分為板式塔和填料塔兩大類。具體結構如圖所示。塔體是塔設備的外殼，由圓筒和兩封頭組成；封頭可以是半球形、橢圓形、碟形等；支座是將塔體安裝在基礎上的連接部分，一般采用裙式支座，有圓筒形和圓錐形兩種，常采用圓筒形。裙座與塔體采用對接銲接或搭接焊接連接，裙座的高度由工藝要求的附屬設備（如再沸器、泵）及管線的布置情況而定。第二節(jié)塔設備的分類及一般構造

2、按塔的內(nèi)件構成結構分為板式塔和填料塔。From

theinnerpartsofthetoweraredividedintoplatetowerandpackingtowerAlthoughtheequipmentoftowerequipmentisdifferent,operatingconditionsaredifferent,butitissimilarintermsofitsstructure,mainlycomposedoftowerbody,support,internalcomponentsandaccessories.Accordingtothestructureoftheinternalstructureofthetower,itcanbedividedintotwocategories:platetowerandpackingtower.Theconcretestructureisshowninthefigure.Thetowerbodyistheoutershellofthetowerequipment,consistingofacylinderandtwoheads.Theheadcanbesemi-spherical,oval,dish,etc.Thepedestalistheconnectingpartthatinstallsthetowerbodyonthefoundation,usuallyadoptsskirttypesupport,therearetwokindsofcylindershapeandcone,oftenusecylindershape.Theskirtholderisconnectedwiththetowerbodybybuttweldingorlapjoint,andtheheightoftheskirtisdeterminedbytheequipment(suchasreboiler,pump)andthearrangementofthepipeline第二節(jié)塔設備的分類及一般構造

第二節(jié)塔設備的分類及一般構造

在板式塔中裝有一定數(shù)量的塔盤，液體借自身的重量自上而下沉向塔底(在塔盤板上沿塔徑橫向流動)，氣體靠壓差自下而上以鼓泡的形式穿過塔盤上的液層升向塔頂。在每層塔盤上氣、液兩相密切接觸，進行傳質(zhì)，使兩相的組分濃度沿塔高呈階梯式變化。Intheplatetowerisequippedwithacertainnumberoftray,theweightofliquidthroughthetop-downsinktothebottom(onthetrayplatealongthetowertransverseflow),gasbydifferentialpressurefrombottomtotopintheformofabubblingthroughtheliquidlayeronthetrayuptothetopofthetower.Ineachlayeroftray,thetwophasesofgasandliquidarecloselyrelatedtothemasstransfer,sothattheconcentrationofthecomponentsofthetwophaseschangesalongthetowerheight填料塔中則裝填一定高度的填料，液體自塔頂沿填料表面向下流動，作為連續(xù)相的氣體自塔底向上流動，與液體進行逆流傳，兩相組分的濃度沿塔高呈連續(xù)變化。Packingtowerisfillingacertainheightofpacking,theliquidflowingfromthetopofthetowerinthefillersurfacedownwards,asacontinuousphaseofgasfromthebottomupwardmobility,withreverseflow,liquidtwophasecomponentconcentrationalongtheheightofacontinuousvariation.第二節(jié)塔設備的分類及一般構造

按單元操作（用途）可以分為：1、精餾塔：精餾主要是利用混合物中各組分的揮發(fā)度不同而進行分離。揮發(fā)度較高的物質(zhì)在氣相中的濃度比在液相中的濃度高，因此借助于多次的部分汽化及部分冷凝，而達到輕重組分分離的目的。這樣的操作稱為蒸餾，反復多次蒸餾的過程稱為精餾，實現(xiàn)精餾操作的塔設備稱為精餾塔。如常減壓裝置中的常壓塔、減壓塔，可將原油分離為汽油、煤油、柴油及潤滑油等；鉑重整裝置中的各種精餾塔，可以分離出苯、甲苯、二甲苯等。Fromunitoperationcanbedividedinto:1.Rectifyingtower:the

rectifyingismainlyusedtoseparatethevolatilizationofeachcomponentinthemixture.Theconcentrationofvolatilesubstancesinthegasphaseishigherthanthatintheliquidphase.Therefore,thepurposeofseparationofweightisachievedbythepartialevaporationandpartialcondensation.Suchanoperationiscalleddistillation,andtheprocessofrepeateddistillationiscalledrectification,andthetowerequipmentthatachievesthedistillationoperationiscalledarectificationtower.Itcanbeseparatedintogasoline,kerosene,dieseloilandlubricatingoil,etc.Variousdistillationcolumninplatinum-reformingdevicecanisolatebenzene,toluene,xyleneandsoon.第二節(jié)塔設備的分類及一般構造

2、吸收塔、解吸塔：利用混合氣中各組分在溶液中溶解度的不同，通過吸收液體來分離氣體的工藝操作稱為吸收；將吸收液通過加熱等方法使溶解于其中的氣體釋放出來的過程稱為解吸。實現(xiàn)吸收和解吸操作過程的塔設備稱為吸收塔、解吸塔。如催化裂化裝置中的吸收、解吸塔，從煉廠氣中回收汽油、從裂解氣中回收乙烯和丙烯，以及氣體凈化等都需要吸收、解吸塔。Absorbingtoweranddesorptiontower:usingthedifferentsolubilityofeachcomponentinthesolution,theprocessofseparatingthegasbyabsorbingtheliquidiscalledabsorption;Theprocessofreleasingtheabsorbedgasthroughheatingandothermethodsiscalleddesorption.Thetowerequipmentthatrealizestheprocessofabsorptionanddesorptioniscalledabsorberanddesorptiontower.Suchastheabsorptionanddesorptiontowerincatalyticcrackingunit,therecoveryofgasolinefromrefinerygas,recoveryofethyleneandpropylenefromcrackinggas,andgaspurificationareallneededtoabsorbanddesorptiontower.第二節(jié)塔設備的分類及一般構造

3、萃取塔

：對于各組分間沸點相差很小的液體混合物，利用一般的分餾方法難以奏效，這時可在液體混合物中加入某種沸點較高的溶劑(稱為萃取劑)；利用混合液中各組分在萃取刑中溶解度的不同，將它們分離，這種方法稱為萃取(也稱為抽提)。實現(xiàn)萃取操作的塔設備稱為萃取塔。如丙烷脫瀝青裝置中的抽提塔等。3,extractiontower:foreachcomponentsbetweentheboilingpointslightlydifferentliquidmixture,usinggeneralfractionationmethodisdifficulttowork,thencanaddsomekindofhighboilingpointsolventsinliquidmixture(knownasextractionagent);Theseparationofthesolubilityofeachcomponentintheextractionofthemixtureiscalledextraction(alsoknownasextraction).Thetowerdeviceforextractionoperationiscalledtheextractiontower.Suchasextractiontowerinpropanedeasphaltingdevice.第二節(jié)塔設備的分類及一般構造

4、洗滌塔：用水除去氣體中無用的成分或固體塵粒的過程稱為水洗，這樣的塔設備稱為洗滌塔。5、反應塔：

反應即混合物在一定的溫度、壓力等條件下生成新物質(zhì)的過程。4.Scrubbingtower:theprocessofremovinguselesscomponentsorsolidparticlesfromthegasiscalledwaterwash.Suchatowerdeviceiscalledascrubbertower.5.Reactiontower:reactionistheprocessofgeneratingnewmaterialundercertainconditionssuchastemperatureandpressure.第二節(jié)塔設備的分類及一般構造

6、再生塔：再生的過程是混合物經(jīng)蒸汽傳質(zhì)、汽提而使溶液解吸再生的過程。7、干燥塔：固體物料的干燥包括兩個基本過程，首先是對固體加熱以使?jié)穹謿饣膫鳠徇^程，然后是氣化后的濕分蒸氣分壓較大而擴散進入氣相的傳質(zhì)過程，而濕分從固體物料內(nèi)部借擴散等的作用而源源不斷地輸送到達固體表面，則是一個物料內(nèi)部的傳質(zhì)過程。因此干燥過程的特點是傳質(zhì)和傳熱過程同時并存。6.Regenerationtower:theprocessofregenerationistheprocessofdesorptionandregenerationofthemixturebysteamtransferandstripping.7,dryingtower:drysolidmaterial,includingtwobasicprocesses,thefirstistosolidheatingtomakethemoistureheattransferprocessofgasification,andthenthemoistureaftergasificationsteampartialpressureisbiggerandthediffusionintogasphasemasstransferprocess,andmoisturefrominsidethesolidmaterialbytheeffectofdiffusionandcontinuouslyreachthesurfaceofthesolidconveying,isamasstransferprocessinsidethematerial.Therefore,thedryingprocessischaracterizedbysimultaneouscoexistenceofmasstransferandheattransfer.第二節(jié)塔設備的分類及一般構造

這里需要說明一點，有些設備就其外形而言屬塔式設備，但其工作實質(zhì)不是分離而是換熱或反應。如涼水塔屬冷卻器，合成氨裝置中的合成塔屬反應器。Thereisapointtobemadehere.Somedevicesaretowerdevicesintheirappearance,butthesubstanceoftheirworkisnotseparationbutheattransferorreaction.Suchasthecoolingwatertowercooler,thesynthesizerinammoniaplantisareactor.第二節(jié)塔設備的分類及一般構造

塔設備的構件，除了種類繁多的各種內(nèi)件外，其余構件則是大致相同。主要包括以下幾個部分：1、塔體：塔體是塔設備的外殼。常見的塔體是由等直徑、等壁厚的圓筒和作為頭蓋和底蓋的橢圓形封頭所組成。包括筒體、端蓋（主要是橢圓形封頭）及連接法蘭。Thecomponentsofthetowerequipment,inadditiontoavarietyofvariousinternalparts,theremainingcomponentsareroughlythesame.Mainlyincludesthefollowingseveralparts:1,thetowerbody:thetowerbodyistheshelloftowerequipment.Thecommontoweriscomposedofisoparic,isopariccylinders,andellipsoidalheadsastheheadcoverandbottomcover.Includesbarrelbody,endcover(mainlyovalhead)andconnectingflange.第二節(jié)塔設備的分類及一般構造

2、支座：塔體支座是塔體安防盜基礎上的連接部分。它必須保證塔體坐落在確定的位置上進行正常的工作。為此，它應當具有足夠的強度和剛度，能承受各種操作情況下的全塔重量，以及風力、地震等引起的載荷。最常用的塔體支座是裙式支座，即裙座。3、除沫器：除沫器用于捕集夾帶在氣流中的液滴。使用高效的除沫器，對于回收貴重金屬、提高分離效率，改善塔后設備的操作狀況，以及減少對環(huán)境的污染等，都是非常必要的。2.Support:thetowerbodysupportistheconnectionpartofthetowerbodysecurity.Itmustensurethatthetowerislocatedinacertainpositionfornormalwork.Forthisreason,itshouldhavesufficientstrengthandstiffnesstowithstandtheweightofthewholetowerundervariousoperatingconditions,aswellastheloadcausedbywindandearthquake.Themostcommonlyusedpedestalpedestalistheskirtholder,namelytheskirtseat.3.Defoamingdevice:thedropletusedintheentrainmenttrapsintheairflow.Usingefficientdefoamingmachines,itisnecessarytorecoverpreciousmetals,improveseparationefficiency,improvetheoperationconditionofpost-towerequipment,andreducepollutiontotheenvironment.第二節(jié)塔設備的分類及一般構造

4、接管：塔設備的接管是用以連接工藝管路，把塔設備與相關設備連成系統(tǒng)。按接管的用途，分為進液管、出液管、進氣管、出氣管、回流管、側線抽出管和儀表接管等。5、人孔和手孔：人孔和手孔一般都是為了安裝、檢修檢查和裝填填料的需要而設置的，在板式塔和填料塔中，各有不同的設置要求。4.Takeover:thetakeoveroftowerequipmentisusedtoconnecttheprocesslineandconnectthetowerequipmenttotherelatedequipment.Accordingtothepurposeofthetake-over,itisdividedintotheinletpipe,theoutgoingpipe,theinletpipe,theairpipe,thebackflowpipe,thesidelinedrawingpipeandtheinstrumenttakeover,etc.5.Manholeandhandhole:themanholeandhandholeareusuallysetforinstallation,overhaulinspectionandfillingfilling.Intheplatetowerandthepackingtower,eachhasdifferentsettingrequirements.第二節(jié)塔設備的分類及一般構造

6、吊耳：塔設備的運輸和安裝，特別是在設備大型化后，往往是工廠基建工地上一項舉足輕重的任務。為起吊方便，可在塔設備上焊接吊耳。7、吊柱：在塔頂設置吊柱是為了在安裝和檢修時，方便塔內(nèi)件的運送。6.Liftinglugs:thetransportandinstallationoftowerequipment,especiallyafterthelargescaleoftheequipment,isoftenasignificanttaskonthegroundfloorofthefactory.Itisconvenientforhoisting,itcanweldtheliftingearonthetowerequipment.7.Davit:theliftingcolumnissetatthetopofthetowertofacilitatethetransportoftheinsideofthetowerduringinstallationandmaintenance.第二節(jié)塔設備的分類及一般構造

第三節(jié)塔設備的要求Requirementsfortowerequipment

作為主要用于傳質(zhì)過程的塔設備，首先必須使氣液兩相能充分接觸，以獲得較高的傳質(zhì)效率，除了應滿足工藝條件，如壓力、溫度及耐腐蝕性等外．還應滿足如下基本要求。1、生產(chǎn)能力要大。即單位塔截面上單位時間內(nèi)物料的處理量要大。在較大的氣液流速下，仍不知發(fā)生大量的霧沫夾帶、攔液或液泛等破壞正常操作的現(xiàn)象。2、分離效率高。即氣、液相能充分接觸且分離效果好。Astowerequipmentismainlyusedinmasstransferprocess,youmustquicklytwophasecanbefullycontact,inordertoobtainhighermasstransferefficiency,besidesshouldsatisfythetechnologicalconditions,suchaspressure,temperatureandcorrosionresistance.Thefollowingbasicrequirementsshouldalsobemet.1.Bigproductioncapacity.Thatis,theamountofmaterialhandledinunittimeislarger.Inthelargeamountofgasflowvelocity,itisnotknownthatalargenumberoffogfoamentrainment,stoppingliquidorliquidcandestroynormaloperation.2.Highseparationefficiency.Thegas,liquidphasecanbefullyexposedandtheseparationeffectisgood.第三節(jié)塔設備的要求

3、操作彈性大。即有較強的適應性和寬的操作范圍。能適應不同性質(zhì)的物料且在負荷波動時能維持操作穩(wěn)定，仍有較高的分離效率。4、壓降小。即流體通過時阻力小，這樣可大大節(jié)約生產(chǎn)的動力消耗，降低成本c在減壓塔中若壓降過大系統(tǒng)將難以維持必要的真空度。5、結構簡單、耗材少，易于制造及安裝，這樣可減少基建投資，降低成本。6、耐腐蝕不易堵塞，便于操作、調(diào)節(jié)及檢修。一個塔設備要同時滿足以上各項要求是困難的，而且實際生產(chǎn)中各項指標的重要性因具體情況而異，不可一概而論。所以應從生產(chǎn)需要及經(jīng)濟合理性考慮，正確處理以上各項要求。3.Flexibleoperation.Thereisastrongadaptabilityandwiderangeofoperations.Itcanadapttodifferentmaterialsandmaintainstableoperationwhenloadfluctuation,stillhavehighseparationefficiency.4.Smallpressuredrop.Whenthefluidpassesthrough,theresistanceissmall,whichcangreatlyreducethepowerconsumptionoftheproductionandreducethecostcinthevacuumtower.5.Simplestructure,littleconsumables,easytomanufactureandinstallation,soastoreduceinfrastructureinvestmentandreducecosts.6.Corrosionresistanceisnoteasytostop,easytooperate,adjustandoverhaul.Itisdifficulttomeetalltherequirementsofatowerdeviceatthesametime,andtheimportanceoftheindicatorsinactualproductionvariesfromonespecificsituationtoanother.Therefore,theaboverequirementsshouldbehandledcorrectlyfromproductionneedsandeconomicrationality.第四節(jié)塔設備的發(fā)展和現(xiàn)狀Developmentandstatusoftowerequipment

泡罩塔是1813年Cellier提出的，它在化工生產(chǎn)中一直占有重要的地位。1832年開始用于釀造工業(yè)，使出現(xiàn)較早的并獲得廣泛應用的一種塔型。1830年出現(xiàn)了篩板塔，它們都是板式塔。工業(yè)規(guī)模的填料塔始于1881年的蒸餾操作中，1904年才用于煉油工業(yè)，當時的填料是碎磚瓦、小石塊。20世紀初，隨著煉油工業(yè)的發(fā)展和石油化工工業(yè)的興起，塔設備開始被廣泛采用，并逐漸積累了有關設計、制造、安裝、操作等方面的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗。20世紀中期，為了適應各種化工產(chǎn)品的生產(chǎn)和發(fā)展，不僅需要新建大量的塔，還得對原有的塔設備進行技術改造，故而陸續(xù)出現(xiàn)了一批能適應各方面要求的新塔型。這一時期的板式塔按塔盤類型可分為如下幾種：泡罩型、篩板型、浮閥型、噴射型。第四節(jié)塔設備的發(fā)展和現(xiàn)狀

這批新型塔盤的出現(xiàn)，不僅為創(chuàng)建綜合性能更好的塔型打開了思路，而且位接著發(fā)生的設備大型化后選擇塔型指出了方向。在此期間，許多學者總結了塔設備長期操作的經(jīng)驗，并對篩板塔作了系統(tǒng)研究，認為設計合理的篩板塔，不僅保留了制造方便、用材省、處理能力大等優(yōu)點，而且操作負荷在較大范圍內(nèi)變動時，仍能保持理想的效率。近年來，隨著對篩板塔研究工作的不斷深入和設計方法的日趨完善，篩板塔已成為生產(chǎn)上最為廣泛采用的塔型。這一時期填料塔也進入了一個新的發(fā)展階段，在瓷環(huán)填料，亦稱拉西環(huán)填料（Raschi

gring）被廣泛采用后，弧鞍形填料（Berl

saddle）相繼問世，更大大的促進了規(guī)整填料的發(fā)展。從20世紀60年代起，由于化工界械制造業(yè)成功解決了高壓離心式壓縮機的轉動密封和高溫高壓廢熱鍋爐的結構強度設計等技術關鍵，使化肥和石油化工的生產(chǎn)，在能量綜合利用方面提高到一個新水平，繼而帶動了整個化學、煉油工業(yè)向大型化方向迅速發(fā)展。在大型裝置中，塔設備的單臺規(guī)模也隨之增大，直徑在10m以上的板式塔時有出現(xiàn)，塔板數(shù)多達上百塊，塔的高度達80余米，設備重量有幾百噸；填料塔的最大直徑也有15m，塔高達100m。第四節(jié)塔設備的發(fā)展和現(xiàn)狀

在此期間，為了滿足設備大型化以及化工工藝方面提出的高壓、減壓、高操作彈性等特殊要求，又出現(xiàn)了很多新型塔盤，但按結構特點，仍屬于泡罩、篩板、浮閥、舌型等幾種典型塔型的改進和相互結合。這一時期，新型填料也有了較多的發(fā)展。進入20世紀70年代，有關塔設備的基礎理論研究工作進度放慢了，人們通過實踐接受了觀點：當負荷達到最高負荷的85%時，所有不同結構的塔盤，其效率大致是相同的。研究結構表明，塔盤的效率并不取決于塔盤的結構，而主要取決于物系的性質(zhì)，如相對揮發(fā)度、黏度、混合物的組分等。國外塔設備的發(fā)展的前提下，保持一定的操作彈性和適當?shù)膲毫?，并盡量提高塔盤的效率。至于新型填料的研究，則希望找到有利于氣液分布均勻、高效和制造方便的填料。目前，我國常用的板式塔仍為泡罩塔、浮閥塔、篩板塔和舌型塔等；填料種類除拉西環(huán)、鮑爾環(huán)外，階梯環(huán)以及波紋填料、金屬絲網(wǎng)填料等規(guī)整填料也常采用。近年來，參考國外塔設備技術的發(fā)展動向，加強了對篩板塔的科研工作，提出了斜孔塔和浮動噴射塔等新塔型。第五節(jié)塔設備的用材

塔設備與其他化工設備一樣，置于室外、無框架的自支承式塔體，絕大多數(shù)采用鋼材制造。這是因為鋼材具有足夠的強度和塑性，制造性能較好，設計制造的經(jīng)驗也比較豐富。特別是在大型的塔設備中，鋼材更具有無法比擬的優(yōu)點。因而被廣泛的采用。有些場合為了滿足腐蝕性介質(zhì)或低溫等特殊條件，采用有色金屬或非金屬耐腐蝕材料。可供制造塔設備內(nèi)件的材料，比之塔體用材，選擇余地更大。板式塔的塔盤，以及浮閥、泡罩一類氣液接觸元件，由于結構較為復雜，加之工藝和使用方面的需求（浮閥應能自由浮動），所以仍是以鋼材為主，其他材料（陶瓷、鑄鐵）為輔。填料的用材，往往只考慮制造成型方面的性能，所以可用多種材料制成同一型式和外形尺寸的填料，以滿足不同場合的需要。如拉西環(huán)最初用瓷做的，以后又出現(xiàn)了用鋼、石墨或硬聚氯乙烯塑料等制造；鮑爾環(huán)也有用鋼、鋁或聚丙烯塑料等制造；至于高效的絲網(wǎng)填料，則除了用各種金屬絲網(wǎng)外，還可將尼龍、塑料等編織成網(wǎng)，進而制得。第二章塔設備的結構Thestructureofthetowerequipmen第一節(jié)板式塔platetower板式塔是分級接觸型氣液傳質(zhì)設備，種類繁多。根據(jù)目前國內(nèi)外實際使用的情況，主要塔型是浮閥塔、篩板塔及泡罩塔。板式塔由塔體、支座和內(nèi)件等組成，塔體上設有物料進出管及各種儀表接管，為了安裝、檢修及操作的方便，在塔體上還設有人孔、手孔、吊柱、扶梯及平臺等。塔體的支承常用裙式支座，板式塔的內(nèi)件有塔盤、除沫器等。在圓柱形殼體內(nèi)按一定間距水平設置若干層塔板，液體靠重力作用自上而下流經(jīng)各層板后從塔底排出，各層塔板上保持有一定厚度的流動液層；氣體則在壓強差的推動下，自上而下從塔底依次穿過各塔板上的液層上升至塔頂排出。氣、液在塔內(nèi)逐板接觸進行質(zhì)、熱交換，故兩相的組成沿塔高呈階躍式變化。

第二章塔設備的結構第一節(jié)板式塔Plate-typetowerisagradedcontactgas-liquidmasstransferequipment,variouskinds.Accordingtotheactualsituationathomeandabroad,themaintowertypeisthefloatvalvetower,sieveplatetowerandbubblecagetower.Platecolumncomposedoftowerbody,supportandinternalparts,onthetowerbodyisequippedwiththematerialsinandoutofthetubeandvariouskindsofinstrument,forinstallationandmaintenanceandoperationconvenience,onthetowerbodyalsohasamanhole,handhole,davit,escalatorandplatform,etc.Thetowerbodysupportsthecommonskirttypesupport,theinsideoftheplatetowerhastray,defoamingdeviceandsoon.Incylindricalcasinginacertainintervallevelsetseverallayerplate,liquidbygravityflowthroughthelayersofthetopboardfromthebottomafterdischarge,thethicknessofeachlayeronthetraytokeepacertainflowfluidlayer;Thegasispusheddownfromthebottomofthetowerthroughthetopofthetower,pushingdownfromthebottomofthetowertothetopofthetower.Thecompositionofthetwophasesisastepchangeinthetowerheight.

一、塔板類型:溢流塔板塔板是板式塔的基本構件，決定塔的性能。1、溢流塔板(錯流式塔板)：塔板間有專供液體溢流的降液管(溢流管)，橫向流過塔板的流體與由下而上穿過塔板的氣體呈錯流或并流流動。板上液體的流徑與液層的高度可通過適當安排降液管的位置及堰的高度給予控制，從而可獲得較高的板效率，但降液管將占去塔板的傳質(zhì)有效面積，影響塔的生產(chǎn)能力。溢流式塔板應用很廣，按塔板的具體結構形式可分為：泡罩塔板、篩孔塔板、浮閥塔板、舌形塔板等。一、

Traytype:TheoverflowplateTheplateisthebasiccomponentoftheplatetoweranddeterminestheperformanceofthetower.1,theoverflowplate(wrongstreamingplate):aretherebetweenaplateforfluidsofthedowncomer(overflow),lateralfluidthroughtheplateandisthroughtheplateatthebottomofacross-floworandflowofgasflow.Boardoftheliquidflowdiameterandtheheightoftheliquidlayerthroughappropriatearrangementofthelocationofthedowncomerandweirheightcontrol,whichcanobtainhighplateefficiency,butthedowncomerwilltakeupthemasstransferandeffectiveareaoftheplate,affecttheproductioncapacityofthetower.Thespillwaytrayiswidelyused,whichcanbedividedinto:bubblecap,sieveplate,floatvalvetray,tongueplate,etc.一、塔板類型:溢流塔板-泡罩塔盤1.1泡罩塔這種塔板，其主要元件由升氣管和泡罩構成，泡罩安裝在升氣管頂部，泡罩底緣開有若干齒縫浸入在板上液層中，升氣管頂部應高于泡罩齒縫的上沿，以防止液體從中漏下。液體橫向通過塔板經(jīng)溢流堰流入降液管，氣體沿升氣管上升折流經(jīng)泡罩齒縫分散進入液層，形成兩相混合的鼓泡區(qū)。塔板上的主要部件是泡罩。它是一個鐘形的罩，支撐在塔板上，其下沿有長條形或橢圓形小孔，或作成齒縫狀，與板面保持一定距離。罩內(nèi)覆蓋著一段很短的升氣管，升氣管的上口高于罩下沿的小孔或齒縫。塔下方的氣體經(jīng)升氣管進入罩內(nèi)之后，折向下到達站罩與管之間的環(huán)形空隙，然后從罩下沿的小孔或齒縫分散成氣包而進入板上的液層。一、塔板類型:溢流塔板-泡罩塔盤泡罩塔具有如下優(yōu)點：（1）氣、液兩相接觸充分，傳質(zhì)面積大，因此塔盤效率高。（2）操作彈性大，在負荷變動范圍較大時，仍能保持較高的效率。（3）具有較高的生產(chǎn)能力，適合大型生產(chǎn)。（4）不易堵塞，介質(zhì)適應范圍廣，操作穩(wěn)定可靠。最大的優(yōu)點是易于操作，操作彈性大。當液體流量變化時，由于塔板上液層厚度主要由溢流堰高度控制，使塔板上液層厚度變化很小。若氣體流量變化，泡罩齒縫開啟度會隨氣體流量改變自動調(diào)節(jié)，故氣體通過齒縫的流速變化亦較小。于是，塔板操作平穩(wěn)，氣液接觸狀況不因氣液負荷變化而顯著改變，換言之，維持較高傳質(zhì)效率的氣液負荷變化范圍很大。泡罩塔的缺點是結構復雜，造價高，氣體通過每層塔板的壓降大等。由于泡罩塔的這些弱點，使之在與當今多種優(yōu)良塔板型式的比較中處于劣勢，所以現(xiàn)在泡罩塔的應用已較少了。一、塔板類型:溢流塔板-篩板塔盤1.2篩板塔篩板塔盤是在塔盤板上鉆許多小孔，工作時液體從上層塔盤經(jīng)降液管流下，橫向流過塔盤進入本層塔盤降液管流入下一層塔盤；氣體則自下而上穿過篩孔，分散成氣泡，穿過篩板上的液層，在此過程中進行相際間傳質(zhì)、傳熱。篩孔塔板即篩板出現(xiàn)也較早（1830年），是結構最簡單的一種板型。篩板塔約于1832年開始用于工業(yè)生產(chǎn)。篩板塔與泡罩塔的相同點：都有降液管，塔板上都鉆有若干小圓孔。篩板塔與泡罩塔的不同點：取消了泡罩與升氣管而直接在板上開很多小直徑的篩孔。一、塔板類型:溢流塔板-篩板塔盤篩板塔操作時液體橫過塔板，氣體則自板上小孔（篩孔）鼓泡進入板上液層。當氣速過低時篩孔會漏液；若氣速過高，氣體會通過篩孔后排開板上液體徑自向上方?jīng)_出，造成過量液沫夾帶即嚴重軸向混合。所以，篩板塔長期以來被認為操作困難、操作彈性小而受到冷遇。篩板塔的優(yōu)點：（1）結構簡單、制造維護方便。（2）生產(chǎn)能力大，比泡罩塔盤高20％～40％。（3）壓降小，適用于減壓操作。（4）比泡罩塔盤效率高，但不及浮閥塔盤。（5）若設計合理其操作彈性也較高，但不如泡罩塔盤。篩孔塔的缺點：小孔徑篩孔易堵塞，故不宜處理臟、粘性大及帶固體顆粒的料液。一、塔板類型:溢流塔板-篩板塔盤-垂直篩板1.2.1垂直篩板在塔板上開按一定排列的若干大孔(直徑100~200mm)，孔上設置側壁開有許多篩孔的泡罩，泡罩底邊留有間隙供液體進入罩內(nèi)。氣流將由泡罩底隙進入罩內(nèi)的液體拉成液膜形成兩相上升流動，經(jīng)泡罩側壁篩孔噴出后兩相分離，即氣體上升液體落回塔板。液體從塔板入口流至降液管將多次經(jīng)歷上述過程。與普通篩板相比，垂直篩板為氣液兩相提供了很大的不斷更新的相際接觸表面，強化了傳質(zhì)過程；且氣液由水平方向噴出，液滴在垂直方向的初速度為零，降低了液沫夾帶量，因此垂直篩板可獲得較高的塔板效率和較大的生產(chǎn)能力。一、塔板類型:溢流塔板-浮閥塔盤1.3浮閥型浮閥塔是1950年開發(fā)的一種新塔型。其特點是在篩板塔基礎上，在每個篩孔處安置一個可上下移動的閥片。當篩孔氣速高時，閥片被頂起上升，氣速低時，閥片因自重而下降。閥片升降位置隨氣流量大小作自動調(diào)節(jié)，從而使進入液層的氣速基本穩(wěn)定。又因氣體在閥片下側水平方向進入液層，既減少液沫夾帶量，又延長氣液接觸時間，故收到很好的傳質(zhì)效果。有多種浮閥形式，但基本結構特點相似。一、塔板類型:溢流塔板-浮閥塔盤國內(nèi)常用的浮閥有三種，即圖所示的F1型及V-4型與T型。浮閥有三條帶鉤的腿。浮閥放進篩孔后，將其腿上的鉤扳轉，可防止操作時氣速過大將浮閥吹脫。此外，浮閥邊沿沖壓出三塊向下微彎的“腳”。當篩孔氣速降低浮閥降至塔板時，靠這三只“腳”使閥片與塔板間保持2.5mm左右的間隙；在浮閥再次升起時，浮閥不會被粘住，可平穩(wěn)上升。三類浮閥中，F(xiàn)1型浮閥最簡單，該類型浮閥已被廣泛使用。我國已有部頒標準（JB1118—68）。F1型浮閥結構簡單，易于制造，應用最普遍，為定型產(chǎn)品。閥片帶有三條腿，插入閥孔后將各腿底腳外翻90°，用以限制操作時閥片在板上升起的最大高度；閥片周邊有三塊略向下彎的定距片，以保證閥片的最小開啟高度。F1型浮閥分輕閥和重閥。輕閥塔板漏液稍嚴重，除真空操作時選用外，一般均采用重閥。V-4型的特點是閥孔被沖壓成向下彎的噴咀形，氣體通過閥孔時因流道形狀漸變可減小阻力。T型閥則借助固定于塔板的支架限制閥片移動范圍。一、塔板類型:溢流塔板-浮閥塔盤浮閥的直徑比泡罩小，在塔板上可排列得更緊湊，從而可增大塔板的開孔面積，同時液體以水平方向進入液層，使帶出的液沫減少而氣液接觸時間卻加長，故可增大氣體流速而提高生產(chǎn)能力，板效率亦有所增加，壓力降卻比泡罩塔小。結構上它比泡罩塔簡單，但比篩板塔復雜。這種結構的優(yōu)點：結構簡單，生產(chǎn)能力和操作彈性大，板效率高。綜合性能較優(yōu)異。缺點是因閥片活動，在使用過程中有可能松脫或被卡住，造成該閥孔處的氣、液通過狀況失常，為避免閥片生銹后與塔板粘連，以致蓋住閥孔而不能浮動，浮閥及塔板都用不銹鋼制成，此外，膠黏性液體易將閥片粘住，液體中有固體顆粒會使閥片被架起，都不宜采用。浮閥塔的生產(chǎn)能力比泡罩塔約大20%～40%，操作彈性可達7～9，板效率比泡罩塔約高15%，制造費用為泡罩塔的60%～80%，為篩板塔的120%～130%。一、塔板類型:溢流塔板-浮閥塔盤-組合導向浮閥組合導向浮閥塔板是華東理工大學的專利技術，用于汽液傳質(zhì)過程，具有良好的操作性能。板式塔采用組合導向浮閥塔板，其主要特征為：1塔板上配有矩形導向浮閥（圖1）和梯形導向浮閥（圖2），按一定的比例組合而成。浮閥上設有導向孔，導向孔的開口方向與塔板上的液流方向一致。在操作中，從導向孔噴出的少量汽體推動塔板上的液體流動，從而可消除塔板上的液面梯度。一、塔板類型:溢流塔板-浮閥塔盤-組合導向浮閥（2）矩形導向浮閥和梯形導向浮閥，兩端設有閥腿。在操作中，汽體從浮閥的兩側流出，無向后的力，因此，組合導向浮閥塔板上的液體返混是很小的。（3）塔板上的梯形導向浮閥，適當排布在塔板兩側的弓形區(qū)內(nèi)。因為從梯形導向浮閥兩側流出的汽體有向前的推力，可以加速該區(qū)域的液體流動，從而可以消除塔板上的液體滯止區(qū)。（4）如果液流強度較大或液體流路較長，在液體進口端和中間部位，也可以排布適當數(shù)量的梯形導向浮閥，以便消除液面梯度。一、塔板類型:溢流塔板-浮閥塔盤-組合導向浮閥（5）由于矩形導向浮閥和梯形導向浮閥在操作中不轉動，因而浮閥無磨損，不脫落。因此，組合導向浮閥塔板具有合理的結構特征和良好的流體力學性能，為目前國內(nèi)最佳浮閥型塔板。組合導向浮閥塔板與F1（V1）型浮閥塔板效率相比，塔板效率可提高15-20%；處理能力可提高30%以上，塔板壓降減小20-30%。一、塔板類型:溢流塔板-舌型塔盤1.4.1舌型塔板一種斜噴射型塔板。結構簡單，在塔板上沖出若干按一定排列的舌形孔，舌片向上張角以20°左右為宜。舌片塔板是在平板上沖壓出許多向上翻的舌形小片而作成。塔板上沖出舌片后，所留下的孔也是舌的形狀，從下層板上升的氣體在舌與孔之間幾乎成水平地噴射出來，速度可達到20~30m/s，沖向液層，將液體分散成滴或束。這種噴射作用使兩相的接觸大為強化，而提高傳質(zhì)效果。由于氣體噴出的方同與液流方同大體上一致，前者對后者起推動作用，使液體流量加大而液面落差不增。板上液層薄，也就使塔板的阻力減小，液沫夾帶也少一些。一、塔板類型:溢流塔板-舌型塔盤優(yōu)點：氣流由舌片噴出并帶動液體沿同方向流動。氣液并流避免了返混和液面落差，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，故可達較高的生產(chǎn)能力。缺點：張角固定，在氣量較小時，經(jīng)舌孔噴射的氣速低，漏液嚴重，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間太短、液層太薄，板效率降低。舌片塔板是在平板上沖壓出許多向上翻的舌形小片而作成。塔板上沖出舌片后，所留下的孔也是舌的形狀，從下層板上升的氣體在舌