1、氣液傳質設備塔器設備Mass Transfer Equipments 大型化工裝置 大型化工裝置常見的化工設備：反應器 塔器 換熱器 容器1、容 器：主要用來貯存原料，中間產品和成品等。按形狀分有圓柱形、球形等，而以圓柱形容器應用最廣。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。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，或者使物料進行攪拌、沉降等單元操作。4、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。常見化工設備反應器塔器容器換熱器第一章 概論概論塔設備是化工、

2、石油化工和煉油等生產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和傳熱的增濕、減濕等。這些過程都是在一定的壓力、溫度、流量等工藝條件下，在一定的設備內完成的。由于其過程中兩種介質主要發生的是質的交換，所以也將實現這些過程的設備叫傳質設備；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。第一節 塔設備在化工生產中的作用和地位第一節 塔設備在化工生產中的作用和地位塔設備能夠為氣

3、、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、分離空間和傳質傳熱的面積，從而達到相際間質量和熱量交換的目的，實現工藝所要求的生產過程，生產出合格的產品。所以塔設備的性能對整個裝置的產品產量、質量、生產能力和消耗定額，以及三廢處理和環境保護等方面部有著重大的影響。塔設備的投資費用及鋼材耗量僅次于換熱設備。據統計，在化工和石油化工生產裝置中，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120萬噸催化裂化裝置中占48.9

4、，年產30萬噸乙烯裝置中占2528.3。可見塔設備是煉油、化工生產中最重要的工藝設備之一，它的設計、研究、使用對化工、煉油等工藝的發展起著重大的作用。第二節第二節 塔設備的分類及一般構造塔設備的分類及一般構造隨著煉油、化工生產工藝的不斷改進和發展，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，也可按其內部結構進行分類。1、按操作壓力分為加壓塔、常壓塔和減壓塔。塔設備根據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

5、關系。在實際生產中，原料和產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3040以便采用廉價的水或空氣作為冷卻劑。所以塔設備根據具體工藝要求，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。2、按塔的內件構成結構分為板式塔和填料塔。 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、內部構件及 附件組成。根據塔內部構件的結構可以將其分

6、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。第二節第二節 塔設備的分類及一般構造塔設備的分類及一般構造第二節第二節 塔設備的分類及一般構造塔設備的分類及一般構造在板式塔中裝有一定數量的塔盤，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

7、切接觸，進行傳質，使兩相的組分濃度沿塔高呈階梯式變化。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變化。第二節第二節 塔設備的分類及一般構造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度不同而進行分離。揮發度較高的物質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

8、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。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。第二節第二節 塔設備的分類及一般構造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

9、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。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的過程。第二節第二節 塔設備的分類及一般構造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蒸汽傳質、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濕分氣化的傳熱過程，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過程，而濕分從固體物料內部借擴散等的作用而

10、源源不斷地輸送到達固體表面，則是一個物料內部的傳質過程。因此干燥過程的特點是傳質和傳熱過程同時并存。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。第二節第二節 塔設備的分類及一般構造塔設備的分類及一般構造乙苯單元-塔設備第二節第二節 塔設備的分類及一般構造塔設備的分類及一般構造苯乙烯單元-塔設備第二節第二節 塔設備的分類及一般構造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

11、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。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，以及減少對環境的污染等，都是非常必要的。第二節第二節 塔設備的分類及一般構造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。按接管的用途，

12、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。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，方便塔內件的運送。第二節第二節 塔設備的分類及一般構造塔設備的分類及一般構造第三節第三節 塔設備的要求塔設備的要求作為主要用于傳質過程的塔設備，首先必須使氣液兩相能充分接觸，以獲得較高的傳質效率，除了應滿足工藝條件，如壓力、溫度及耐腐蝕性等外

13、還應滿足如下基本要求。1、生產能力要大。即單位塔截面上單位時間內物料的處理量要大。在較大的氣液流速下，仍不知發生大量的霧沫夾帶、攔液或液泛等破壞正常操作的現象。2、分離效率高。即氣、液相能充分接觸且分離效果好。3、操作彈性大。即有較強的適應性和寬的操作范圍。能適應不同性質的物料且在負荷波動時能維持操作穩定，仍有較高的分離效率。4、壓降小。即流體通過時阻力小，這樣可大大節約生產的動力消耗，降低成本c在減壓塔中若壓降過大系統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、調節及檢修。 一個塔設備要同時滿足以上各項要求是困難的

14、，而且實際生產中各項指標的重要性因具體情況而異，不可一概而論。所以應從生產需要及經濟合理性考慮，正確處理以上各項要求。第四節第四節 塔設備的發展和現狀塔設備的發展和現狀泡罩塔是1813年Cellier提出的，它在化工生產中一直占有重要的地位。1832年開始用于釀造工業，使出現較早的并獲得廣泛應用的一種塔型。1830年出現了篩板塔，它們都是板式塔。工業規模的填料塔始于1881年的蒸餾操作中，1904年才用于煉油工業，當時的填料是碎磚瓦、小石塊。20世紀初，隨著煉油工業的發展和石油化工工業的興起，塔設備開始被廣泛采用，并逐漸積累了有關設計、制造、安裝、操作等方面的數據和經驗。20世紀中期，為了適應

15、各種化工產品的生產和發展，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，故而陸續出現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。第四節第四節 塔設備的發展和現狀塔設備的發展和現狀這批新型塔盤的出現，不僅為創建綜合性能更好的塔型打開了思路，而且位接著發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驗，并對篩板塔作了系統研究，認為設計合理的篩板塔，不僅保留了制造方便、用材省、處理能力大等優點，而且操作負荷在較大范圍內變動時，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

16、完善，篩板塔已成為生產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展階段，在瓷環填料，亦稱拉西環填料（Raschi gring）被廣泛采用后，弧鞍形填料（Berl saddle）相繼問世，更大大的促進了規整填料的發展。從20世紀60年代起，由于化工界械制造業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，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、煉油工業向大型化方向迅速發展。在大型裝置中，塔設備的單臺規模也隨之增大，直徑在10m以上的板式塔時有出現，塔板數多達上百塊，塔的高度達80余米，設備重量有幾百噸；填料塔的最

17、大直徑也有15m，塔高達100m。第四節第四節 塔設備的發展和現狀塔設備的發展和現狀在此期間，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，如相對揮發度、黏度、混合物的組分等。國外塔設備的發展的前提下，保持一定的操

18、作彈性和適當的壓力降，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、鮑爾環外，階梯環以及波紋填料、金屬絲網填料等規整填料也常采用。近年來，參考國外塔設備技術的發展動向，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。第五節第五節 塔設備的用材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點。因而

19、被廣泛的采用。有些場合為了滿足腐蝕性介質或低溫等特殊條件，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。如拉西環最初用瓷做的，以后又出現了用鋼、石墨或硬聚氯乙烯塑料等制造；鮑爾環也有用鋼、鋁或聚丙烯塑料等制造；至于高效的絲網填料，則除了用各種金屬絲網外，還可將尼龍、塑料等編織成網，進而制得。

20、第二章 塔設備的結構第一節 板式塔板式塔是分級接觸型氣液傳質設備，種類繁多。根據目前國內外實際使用的情況，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，板式塔的內件有塔盤、除沫器等。在圓柱形殼體內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、液在塔內逐板接觸進行質、熱交換，故兩相的組成沿塔高呈階躍式

21、變化。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有效面積，影響塔的生產能力。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、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

22、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溢流堰流入降液管，氣體沿升氣管上升折流經泡罩齒縫分散進入液層，形成兩相混合的鼓泡區。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。塔下方的氣體經升氣管進入罩內之后，折向下到達站罩與管之間的環形空隙，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 泡罩塔具有如下優點： （1）氣、液兩相接觸充分，傳質面積大，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

23、高的效率。（3）具有較高的生產能力，適合大型生產。（4）不易堵塞，介質適應范圍廣，操作穩定可靠。最大的優點是易于操作，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節，故氣體通過齒縫的流速變化亦較小。于是，塔板操作平穩，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良塔板型式的比較中處于劣勢，所以現在泡罩塔的應用已較少了。一、塔板類型:溢流塔板-篩板塔盤

24、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、傳熱。篩孔塔板即篩板出現也較早（1830年），是結構最簡單的一種板型。篩板塔約于1832年開始用于工業生產。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

25、后排開板上液體徑自向上方沖出，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。篩板塔的優點：（1）結構簡單、制造維護方便。（2）生產能力大，比泡罩塔盤高2040。（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100200mm)，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。氣流將由泡罩底隙進入罩內

26、的液體拉成液膜形成兩相上升流動，經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節，從而使進入液層的氣速基本穩

27、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，可平穩上升。三類浮閥中，F1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（JB111868）。F1型浮閥結構簡單，易于制

28、造，應用最普遍，為定型產品。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能力，板效率亦有所增

29、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。這種結構的優點：結構簡單，生產能力和操作彈性大，板效率高。綜合性能較優異。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。浮閥塔的生產能力比泡罩塔約大20%40%，操作彈性可達79，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

30、技術，用于汽液傳質過程，具有良好的操作性能。C-101C-107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內。因為從梯形導向浮閥兩側流出的汽體有向

31、前的推力，可以加速該區域的液體流動，從而可以消除塔板上的液體滯止區。（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，

32、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2030m/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

33、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，故可達較高的生產能力。缺點：張角固定，在氣量較小時，經舌孔噴射的氣速低，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與孔之間幾乎成水平地噴射出來，速度可達到2030m/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

34、力減小，液沫夾帶也少一些。 一、塔板類型:溢流塔板-舌型塔盤-浮舌塔盤1.4.2浮舌塔板為使舌形塔板適應低負荷生產，提高操作彈性，研制出了可變氣道截面（類似于浮閥塔板）的浮舌塔板。浮舌板上的主要構件是舌頭與浮閥的結合，既可令氣體以噴射方式進人液層，又可在負荷改變時，令舌閥的開度隨著負荷改變而噴射速度大致維持不變。因此，這種塔板與固定舌片板相比較，操作較為穩定，操作彈性比較大，效率高一些，壓力降也小一些。1.4.3斜孔塔板在舌形塔板上發展的斜孔塔板，斜孔的開口方向與液流垂直且相鄰兩排開孔方向相反，既保留了氣體水平噴出、氣液高度湍動的優點，又避免了液體連續加速，可維持板上均勻的低液面，從而既能獲得

35、大的生產能力，又能達到好的傳質效果。一、塔板類型:溢流塔板-舌型塔盤-斜孔塔盤一、塔板類型:溢流塔板-網孔塔盤 1.5網孔塔板 網孔塔板由沖有傾斜開孔的薄板制成，具有舌形塔板的特點。這種塔板上裝有傾斜的擋沫板，其作用是避免液體被直接吹過塔板，并提供氣液分離和氣液接觸的表面。 網孔塔板具有生產能力大，壓降低，加工制造容易的特點。一、塔板類型:穿流塔盤2、穿流塔盤穿流塔盤是無溢流裝置的篩板塔，由于沒有溢流裝置，塔盤面積的利用率高，提高塔的生產能力，且簡化了塔盤結構，造價降低，制造業更方便。穿流塔盤的效率也較高，壓降小。其主要缺點是彈性小，不適宜易聚合生垢的系統。工作時氣體由孔縫中上升，對液體產生阻

36、滯作用，在塔盤上造成一定的液層、氣體鼓入此液層，形成泡沫層和霧滴層，進行傳質過程。在塔盤上與蒸汽接觸的液體又不斷地通過一些篩孔下落，在篩孔中形成了氣、液的上下穿流，因此稱為穿流塔盤（或淋降塔盤）。但氣、液并非同時在所有的篩孔中穿流，而是氣流通過部分篩孔，在塔盤上與液體形成泡沫層，液體則經過另外部分篩孔落下，而且氣、液交互通過的孔縫位置是不斷變化著的。一、塔板類型:穿流塔盤為了提高塔的操作彈性，促進氣、液兩相均布和傳質，還可用雙孔徑篩板和波紋篩板。與溢流式塔板相比，逆流式塔板應用范圍小得多，常見的板型有篩孔式、柵板式、波紋板式等。穿流篩板塔的扳上開小孔，穿流柵板塔的板上開條形狹縫。板與板之間不設

37、降液管，液體沿孔或縫的周邊向下流動，氣體則在孔或縫的中央向上流動。氣流對液流的阻滯，使板上保持一定的厚度的液層，讓氣體鼓泡通過。板上的泡沫層高度比較小，因此壓力降比較小，板效率比泡罩板的低一些。塔板間沒有降液管，氣、液兩相同時由塔板上的孔道或縫隙逆向穿流而過，板上液層高度靠氣體速度維持。優點：塔板結構簡單，板上無液面差，板面充分利用，生產能力較大缺點：板效率及操作彈性不及溢流塔板一、塔板類型-板式塔的比較板式塔的比較塔盤的結構影響到氣、液兩相的液體力學和傳質的性能。綜上所述，塔盤可歸納為三大類：（1）鼓泡型塔盤（包括泡罩、浮閥、篩板等）。氣、液兩相接觸是靠氣體鼓泡進入液層，產生鼓泡、泡沫和霧滴

38、區域，并主要在泡沫和霧滴區中完成傳質。由于氣、液接觸時間長，因此分離效率高。但因氣、液錯流，液面降落大，氣流分布不勻。（2）噴射型塔盤（包括舌型、浮舌等）。氣、液兩相接觸靠氣相近乎水平的噴射作用使液相分散成液滴或流束，達到密切接觸，進行傳質。因氣、液接觸時間短，故效率不高，但由于氣、液并流，靠氣流推動液體，因而處理量大，生產能力高，且塔盤上液層薄，液面降落小，壓降也小。（3）無溢流裝置塔盤（包括穿流篩板、穿流柵板等）。由于沒有溢流裝置，塔盤板利用率高，處理量大。氣、液兩相逆流流動，不存在液面落差等問題，板效率也較高，但因兩相逆流，工作不穩定，彈性小。二、塔板上氣液流動和接觸狀況為有效地實現氣液

39、兩相之間的傳質，板式塔應具有兩方面的功能：（1）在每塊塔板上氣液兩相必須保持密切而充分的接觸，為傳質過程提供足夠大而且不斷更新的相際接觸表面，減小傳質阻力；（2）在塔內應盡量使氣液兩相逆流流動，以提供最大的傳質推動力。當氣液兩相進、出塔設備的濃度一定時，兩相逆流接觸時的平均傳質推動力最大。在板式塔內，各塊塔板正是按兩相逆流的原則組合起來的。但是，在每塊塔板上，由于氣液兩相的劇烈攪動，是不可能達到充分的逆流流動的。為獲得盡可能大的傳質推動力，目前在塔板設計中只能采用錯流流動的方式，即液體橫向流過塔板，而氣體垂直穿過液層。由此可見，除保證氣液兩相在塔板上有充分的接觸之外，板式塔的設計意圖是，在塔內

40、造成一個對傳質過程最有利的理想流動條件，即在總體上使兩相呈逆流流動，而在每一塊塔板上兩相呈均勻的錯流接觸。二、塔板上氣液流動和接觸狀況1、塔板上氣液兩相接觸狀況塔板上氣液兩相的接觸狀態是決定板上兩相流流體力學及傳質和傳熱規律的重要因素。如圖所示，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。二、塔板上氣液流動和接觸狀況1.1鼓泡接觸狀態當氣速較低時，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。1.2蜂窩狀接觸狀態隨著氣速的增加，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

41、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，所以此種狀態不利于傳熱和傳質。二、塔板上氣液流動和接觸狀況1.3泡沫接觸狀態當氣速繼續增加，氣泡數量急劇增加，氣泡不斷發生碰撞和破裂，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泡沫，在板上只能看到較薄的一層液體。由于泡沫接觸狀態的表面積大，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。1.4噴射接觸狀態 當氣速繼續增加，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

42、帶走，形成液沫夾帶。此時塔板上的氣體為連續相，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。如上所述，泡沫接觸狀態和噴射狀態均是優良的塔板接觸狀態。因噴射接觸狀態的氣速高于泡沫接觸狀態，故噴射接觸狀態有較大的生產能力，但噴射狀態液沫夾帶較多，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下工作。 浮閥塔板的板面結構： 鼓泡區（有效區、開孔區） 降液管區 受液盤區 液體安定區 邊緣區 溢流堰 塔身溢流堰板降液管塔板受液盤安定區降液管區受液盤區鼓泡區

43、二、塔板上氣液流動和接觸狀況1浮閥塔板上的氣、液流程液體從上一塔板的降液管流入板面上的受液盤區，經進口安定區進入鼓泡區與浮閥吹出的氣體進行質、熱交換后，再由溢流堰溢出進入降液管流入下一塔板。1浮閥塔板上的氣、液流程 來自下一塔板的氣體經鼓泡區的閥孔分散成小股氣流，并由各閥片邊緣與塔板間形成的通道以水平方向進入液層。 由于閥片具有斜邊，氣體沿斜邊流動具有向下的慣性，因此只有進入液層一定距離待慣性消失后氣體才會折轉上升。 氣體在板面上與液體相互混合接觸進行傳熱傳質，而后逸出液面上升到上一層塔板。塔板上氣液主體流向為錯流流動。 二、塔板上氣液流動和接觸狀況氣體進、出一塊塔板（包括液層）的壓強降即為氣

44、體通過該塔板的阻力損失（左側壓差計所測的 hf 值）。hf 是以液柱高度表示的塔板的壓強降或阻力損失，因此 式中，L 為塔內液體的密度，kg/m3。板壓降 hf 可視為由氣體通過干板的阻力損失 hd 和氣體穿過板上液層的阻力損失 hl 兩部分組成，即 fLpghpldfhhh有效長度泡沫hlhfhowHTh0二、塔板上氣液流動和接觸狀況干板阻力損失 hd 浮閥塔板的干板阻力損失壓降隨空塔氣速 u 的提高而增大。區域：全部浮閥處于靜止狀態，氣體由閥片與塔板之間由定距片隔開的縫隙通過。縫隙處的氣速與壓降隨氣體流量的增大而上升。區域：氣速增至A點，閥片開始升起。浮閥開啟的個數及開啟度隨氣體流量不斷增

45、加，直至所有浮閥全開 (B點)，氣體通過閥孔的氣速變化很小，故壓降上升緩慢。區域：氣體通過浮閥的流通面積固定不變，閥孔氣速隨氣體流量增加而增加，且壓降以閥孔氣速的平方快速增加。臨界孔速 uoc：所有浮閥恰好全開時 (B點) 的閥孔氣速。 ABIIIIIIuoc氣速 u干板壓降 pd液層阻力 hl氣體通過液層的阻力損失 hl 由以下三個方面構成：(1) 克服板上充氣液層的靜壓；(2) 氣體在液相分散形成氣液界面的能量消耗；(3) 通過液層的摩擦阻力損失。其中(1)項遠大于后兩項之和。如果忽略充氣液層中所含氣體造成的靜壓，則可由清液層高度代表 hl。可用下式計算式中： 充氣系數，反映液層充氣的程度

46、，無因次。 水 =0.5；油 =0.50.35；碳氫化合物 =0.40.5。 hw 和 how 分別為堰高和堰上液流高度，m。 hf 總是隨氣速的增加而增加，但不同氣速下，干板阻力和液層阻力所占的比例有所不同。氣速較低時，液層阻力為主；氣速高時，干板阻力所占比例增大。 owwlhhh3、塔板上的不正常操作現象漏液：部分液體不是橫向流過塔板后經降液管流下，而是從閥孔直接漏下。原因：氣速較小時，氣體通過閥孔的速度壓頭小，不足以抵消塔板上液層的重力；氣體在塔板上的不均勻分布也是造成漏液的重要原因。后果：嚴重的漏液使塔板上不能形成液層，氣液無法進行傳熱、傳質，塔板將失去其基本功能。若設計不當或操作時參

47、數失調，輕則會引起板效率大降低，重則會出現一些不正常現象使塔無法工作。漏液（Weeping）氣體分布均勻與否，取決于板上各處阻力均等否。氣體穿過塔板的阻力由干板阻力和液層阻力兩部分組成。當板上結構均勻、各處干板阻力相等時，板上液層阻力即液層厚度的均勻程度將直接影響氣體的分布。二、塔板上氣液流動和接觸狀況漏液（Weeping）板上液層厚度不均勻：液層波動和液面落差。液層波動：波峰處液層厚，閥孔氣量小、易漏液。由此引起的漏液是隨機的。可在設計時適當增大干板阻力。液面落差：塔板入口側的液層厚于塔板出口側，使氣流偏向出口側，入口側的閥孔則因氣量小而發生漏液。塔板上設入口安定區可緩解此現象。單流型雙流型

48、多流型階梯流型雙流型、多流型或階梯型塔板：在塔徑或液體流量很大時可減少液面落差。 二、塔板上氣液流動和接觸狀況3、塔板上的不正常操作現象漏液（Weeping）雙流型多流型二、塔板上氣液流動和接觸狀況3、塔板上的不正常操作現象液沫夾帶和氣泡夾帶（Entrainment）液沫夾帶：氣體鼓泡通過板上液層時，將部分液體分散成液滴，而部分液滴被上升氣流帶入上層塔板。由兩部分組成：(1) 小液滴的沉降速度小于液層上方空間上升氣流的速度，夾帶量與板間距無關；(2) 較大液滴的沉降速度雖大于氣流速度，但它們在氣流的沖擊或氣泡破裂時獲得了足夠的向上初速度而被彈濺到上層塔板。夾帶量與板間距有關。氣泡夾帶：液體在降

49、液管中停留時間太短，大量氣泡被液體卷進下層塔板。后果：液沫夾帶是液體的返混，氣泡夾帶是氣體的返混，均對傳質不利。嚴重時可誘發液泛，完全破壞塔的正常操作。液沫夾帶和氣泡夾帶是不可避免的，但夾帶量必需嚴格地控制在最大允許值范圍內。 3、塔板上的不正常操作現象二、塔板上氣液流動和接觸狀況液泛（Dumping of liquid）塔內液體不能順暢逐板流下，持液量增多，氣相空間變小，大量液體隨氣體從塔頂溢出。夾帶液泛：板間距過小，操作液量過大，上升氣速過高時，過量液沫夾帶量使板間充滿氣、液混合物而引發的液泛。溢流液泛：液體在降液管內受阻不能及時往下流動而在板上積累所致。hhhhHfowwd為使液體能由上

50、層塔板穩定地流入下層塔板，降液管內必須維持一定的液柱高度Hdhf+ hHTh0howhw式中：hf 板壓降 h 液體經過降液管的阻力損失二、塔板上氣液流動和接觸狀況3、塔板上的不正常操作現象液泛（Dumping of liquid） 氣速一定，液體流量時，、how、hf 及 h ，Hd ，即塔板具有自動調節功能。 上層塔板溢流堰上緣為 Hd 極限。若再加大液體流量， Hd 與板上液面同時升高，降液管調節功能消失，板上累積液量增加，最終引起溢流液泛。 若氣速過高，液體中的氣泡夾帶加重，降液管內的泡沫層隨之增高，也易造成溢流液泛。 hf 過大必導致 Hd 大，易發生液泛。如降液管設計過小或發生部分堵塞， h 急劇增大，也會導致溢流液泛。 夾帶液泛與溢流液泛互為