第五章 塔 设 备.docx

第五章 塔 设 备塔设备通过其内部构件使气(汽)—液相和液-液相之间充分接触，进行质量传递和热量传 递通过塔设备完成的单元操作通常有：精馏、吸收、解吸、萃取等，也可用来进行介质的 冷却、气体的净制与干燥以及增湿等塔设备操作性能的优劣，对整个装置的产品产量、质 量、成本、能耗、“三废”处理及环境保护等均有重大影响因此，随着石油、化工生产的 迅速发展，塔设备的合理构造与设计越来越受到关注和重视化工生产对塔设备提出的要求 如下① 工艺性能好② 生产能力大③ 操作稳定性好④ 能量消耗小⑤ 结构合理⑥ 选材要合理⑦ 安全可靠上述各项指标的重要性因不同设备而异，要同时满足所有要求很困难因此，要根据传 质种类、介质的物化性质和操作条件的具体情况具体分析，抓住主要矛盾，合理确定塔设备 的类型和内部构件的结构形式，以满足不同的生产要求第一节 板式塔结构一、总体结构与基本类型板式塔的内部装有多层相隔一定间距的开孔塔板，是一种逐级 (板)接触的气液传质设 备塔内以塔板作为基本构件，气体自塔底向上以鼓泡喷射的形式穿过塔板上的液层，而液 体则从塔顶部进入，顺塔而下上升的气体和下降的液体主要在塔板上接触而传质、传热。

两相的组分呈阶梯式变化板式塔的总体结构如图5-1 所示，主要构件如下1)塔体 塔体是塔设备的外壳，通常由等直径、等壁厚的钢制圆筒和上、下椭圆封头组成2)支座支座是塔体与基础的连接部件塔体支座的形式一般为裙式支座3)塔内件板式塔内件由塔板、降液管、溢流堰、紧固件、支承件及除沫装置等组成4)接管为满足物料进出、过程监测和安装维修等要求，塔设备上有各种开孔及接管5)塔附件塔附件包括人孔、手孔、吊柱、平台、扶梯等根据塔板结构，板式塔可分为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔等形式1．泡罩塔泡罩塔是最早应用于工业生产的典型板式塔泡罩塔盘由塔板、泡罩、升气管、降液管 液流溢等组成生产中使用的泡罩形式有多种，最常用的是圆形泡罩泡罩塔的优点是：相对于其他塔形操作稳定性较好，易于控制，负荷有变化时仍有较好 的弹性，介质适应范围广缺点是生产能力较低，流体流经塔盘时阻力与压降大，且结构较 复杂，造价较高，制造加工有较大难度囲50冈形泡罩图5-3 袍擺塔盘上*况2．筛板塔 筛板塔的塔盘为一钻有许多孔的圆形平板筛板分为筛孔区、无孔区、溢流堰、降液管 区等几个部分筛板塔与泡罩塔相比，生产能力提咼20%~40%，塔板效率咼10%~15%，压力降小 于 30％一 50％，且结构简单，造价较低，制造、加工、维修方便，故在许多场合都取代了 泡罩塔。

筛板塔的缺点是操作弹性不如泡罩塔，当负荷有变动时，操作稳定性差当介质粘 性较大或含杂质较多时，筛孔易堵塞3．穿流板塔 穿流板塔与筛板塔相比，其结构特点是不设降液管气体和液体同时经由板上孔道逆流 通过，在塔盘上形成泡沫进行传质与传热常用的塔板结构有筛孔板和栅板两种穿流板塔 结构简单，制造、加工、维修简便，塔截面利用率咼，生产能力大，塔盘开孔率大，压降小 但塔板效率较低，操作弹性较小4．浮阀塔浮阀塔是 20世纪 50年代发展起来的板式塔，现已广泛应用于精馏、吸收、解吸等传质 过程浮阀塔塔盘结构的特点是在塔板上开设有阀孔，阀孔里装有可上下浮动的浮阀（阀片）5．舌形塔 舌形塔属于喷射形塔20世纪60年代开始应用与开有圆形孔的筛板不同，舌形塔板 的气体通道是按一定排列方式冲出的舌片孔舌形塔盘物料处理量大，压降小，结构简单，安装方便但操作弹性小，塔板效率低 6．浮动舌形塔浮动舌形塔盘是在塔板孔内装设了可以浮动的舌片浮动舌片既保留了舌形塔倾斜喷射 的结构特点，又具有浮阀操作弹性好的优点浮动舌形塔具有处理量大、压降小、雾沫夹带少、操作弹性大、稳定性好、塔板效率高 等优点缺点是在操作过程中浮舌易磨损7．导向筛板塔 导向筛板塔是近年来开发应用的新型塔形。

它在普通筛板塔的基础上改进而成它的结 构特点是：在塔盘上开有一定数量的导向孔，通过导向孔的气流与液流方向一致，对液流有 一定的推动作用，有利于减少液面梯度；在塔板的液体人孔处增设了鼓泡促进结构，有利于 液体刚流人塔板就可以生产鼓泡，形成良好的气液接触条件，以提高塔板利用率，减薄液层， 减小压降与普通筛板塔相比，塔板效率可提高 13％左右，压降可下降 15％左右8．板式塔比较板式塔的结构形式多种多样，各种塔盘结构都具有各自的特点，且都有各自适宜的生产 条件和范围，在具体选择塔盘结构时应根据工艺要求选择表5-1 对几种常用塔形的性能进 行了比较，供使用时参考二、塔盘结构 塔盘是板式塔完成传质、传热过程的主要部件板式塔塔盘可分为穿流式与溢流式两大 类穿流式塔盘上无降液管装置，气液两相同时通过孔道逆流，处理量大，压降小但塔板 效率较低，操作弹性较差溢流式塔盘上装有供液相流体进入下层塔板的降液管，液层高度 可通过堰高来调节，有利于传质和传热本节介绍溢流式塔盘塔盘由气液接触元件、塔板、受液盘、溢流堰、降液管、塔盘支承件和紧固件组成一)塔盘根据塔径大小及塔盘结构特点，塔盘可分为整块式和分块式两种1．整块式塔盘整块式塔盘用于内径小于 700—800mm 的板式塔。

塔体由若干个塔节组成，每个塔节内 安装若干块塔盘，每个塔节之间通过法兰连接根据塔盘的组装方式不同，整块式塔盘又可 分为定距管式和重叠式两种1)定距管式塔盘 塔盘通过拉杆和定距管固定在塔节内的支座上，定距管起着支承塔盘的作用并保持塔板 间距塔盘与塔壁间的缝隙，以软填料密封并用压圈压紧塔节的长度取决于塔径，当塔径为300~500 mm时，只能伸人手臂安装，塔节长度为 800一1 000mm为宜；当塔径为500〜800 mm时，人可进人塔内，塔节长度一般不宜超过 2 000一2 500mm为避免安装困难，每个塔节的塔板数一般不超过6块2) 重叠式塔盘 重叠式塔盘是在每一塔节的下部焊有一组支座，底层塔盘安置在塔内壁的支座上，然后依次装入上一层塔盘，塔盘间距由焊在塔盘下的支柱保证，并用调节螺钉来调整塔盘的水平 度塔盘与塔壁之间的缝隙，以软质填料密封后通过压板及压圈压紧3) 整块式塔盘的结构整块式塔盘有角焊与翻边两种结构4) 整块式塔盘的密封 在整块式塔盘结构中，为了便于安装塔盘，在塔盘与塔壁间留有一定的空隙，为了防止气体在此通过，必须进行密封2．分块式塔盘当塔体直径大于800—900mm时，为了便于塔盘的安装、检修、清洗，而将塔板分成数 块，通过人孔送人塔内，装到焊在塔体内壁的支持圈或支持板上，这种结构称为分块式塔盘。

此时，塔体不需要分成塔节，而是焊制成开设有人孔的整体圆筒根据塔径大小，分块、式 塔盘可分为单流塔盘和双流塔盘两种当塔径为800一2 400mm时，一般采用单流塔盘；当 塔径大于 2 400mm 时，采用双流塔盘1)塔板结构分块式塔盘的塔板块数与塔体直径有关在数块塔板中，靠近塔壁的两块塔板做成弓形，称弓形板两弓形板之间的塔板做成矩 形，称矩形板为了安装、检修需要，在矩形板中，必须有一块用作通道板各层塔盘板上 的通道板，最好开在同一垂直位置上，以利于采光和拆卸为了提高刚度，分块的塔盘板多采用自身梁式或槽式这种结构是将塔板边缘冲压折边 而成使用最多的是自身梁式2)塔板的连接通道板与其他塔板的连接，一般采用上、下均可拆的结构形式塔板之间的连接也可采 用楔形紧固件的结构其特点是结构简单，装拆方便塔板与支持圈(或支持板)一般用上可拆的卡子连接连接结构由卡子、卡板、螺柱、螺 母、椭圆垫板及支持圈组成支持圈焊在塔壁或降液板上3)塔盘的支承 为了使得塔板上液层厚度一致、气体分布均匀，传质效果良好，不仅塔板在安装时要保 证规定的水平度，而且在工作时也不能因承受液体重量而产生过大的变形因此，塔盘应有 良好的支承条件。

对于直径较小的塔(D5v2 000 mm)的塔板跨度也较小，而且自身梁式塔板 本身有较大的刚度，所以通常采用焊在塔壁上的支持圈来支承即可对于直径较大的塔，为 了避免塔板跨度过大而引起刚度不足，通常在采用支持圈支承的同时，还采用支承梁结构 分块塔板一端支承在支持圈上，另一端支承在支承梁上二)溢流装置板式塔内溢流装置包括降液管、受液盘、溢流堰等部件1．降液管 降液管有圆形与弓形两大类常用的是弓形降液管弓形降液管由平板和弓形板焊制而 成，并焊接固定在塔盘上2．受液盘为了保证降液管出口处的液封，在塔盘上一般都设置有受液盘受液盘的结构形式对塔 的侧线取出、降液管的液封、液体流出塔盘的均匀性都有影响受液盘有平形和凹形两种在塔或塔段的最底层塔盘降液管末端应设液封盘，以保证降液管出口处的液封液封盘 上开设有泪孔，以供停工时排液3．溢流堰根据溢流堰在塔盘上的位置可分为进口堰和出口堰当塔盘采用平形受液盘时，为保证 降液管的液封，使液体均匀流入下层塔盘，并减少液流沿水平方向的冲击，应在液体进口处 设置进口堰三、除沫装置 除沫装置的作用是分离出塔气体中含有的雾沫和液滴，以保证传质效率，减少物料损失， 确保气体纯度，改善后续设备的操作条件。

常用的除沫装置有丝网除沫器、折流板除沫器、旋流板除沫器等1．丝网除沫器 丝网除沫器具有比表面积大、重量轻、空隙率大、效率高、压降小和使用方便等特点， 从而得到广泛应用丝网除沫器适用于洁净的气体，不宜用于液滴中含有易粘结物的场合， 以免堵塞网孔丝网除沫器由丝网、格栅、支承结构等构成丝网可由金属和非金属材料制 造常用的金属丝网材料有奥氏体不锈钢、镍、铜、铝、，钛、银、钼等有色金属及其合金； 常用的非金属材料有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、涤纶等丝网材料的选择要 由介质的物性和工艺操作条件确定2．折流板除沫器折流板除沫器结构简单，但消耗金属量大，造价较高若增加折流次数，能有较高的分 离效率除沫器的折流板常由 50mmX50mmX3mm 的角钢制成3．旋流板除沫器旋流板除沫器由固定的叶片组成风车状夹带液滴的气体通过叶片时产生旋转和离心作 用在离心力作用下，将液滴甩至塔壁，从而实现气、液的分离除沫效率可达 95％四、进出口管装置1．进料管液体进料管可直接引入加料板为使液体均匀通过塔板，减少进料波动带来的影响，通 常在加料板上设进口堰气体进料管一般做成 45‘的切口，以使气体分布较均匀2．出料管五、人孔与手孔分块式塔盘的塔体一般都开设有人孔。

人孔是人员进出塔器和传送内件的通道除此之 外，在气、液进出口等需经常维修清理的部位，以及塔顶和塔釜处，应各设置一个人孔在塔体上宜采用垂直吊盖人孔若垂直吊盖妨碍人员操作或塔体有保温层时，可采用回 转盖人孔人孔和手孔都有标准件第二节 填料塔结构填料塔是一种以连续方式进行气、液传质的设备，其特点是结构简单、压力降小、填料 种类多、具有良好的耐腐蚀性能，特别是在处理容易产生泡沫的物料和真空操作时，有其独 特的优越性过去由于填料本体特别是内件的不够完善，使得填料塔局限于处理腐蚀性介质 或不宜安装塔板的小直径塔近年来，由于填料结构的改进，新型高效填料的开发，以及对 填料流体力学、传质机理的深入研究，使填料塔技术得到了迅速发展，填料塔已被推广到所 有大型气、液传质操作中在某些场合，甚至取代了传统的板式塔填料塔主要由塔体、填料、喷淋装置、液体分布器、填料支承结构、支座等组成一、填料填料是填料塔气、液接触的元件，填料性能的优劣直接决定着填料塔的操作性能和传质 效率到目前为止，各种形。