塔设备选型讲解--实用.doc

塔设备选型

1.1 设计标准

设计依据标准号

《钢制压力容器》GB151-2011

《压力容器用钢板》GB6654-96 《钢制化工容器设计基础规定》HG20580-98

《钢制化工容器材料选用规定》HG20581-98

《钢制化工容器强度计算规定》HG20582-98

《钢制化工容器结构设计规定》HG20583-98

《钢制化工容器制造技术规定》HG20584-98 《化工设备设计基础规定》HG/T20643-98

《压力容器无损检测》JB4730-2005

1.2 塔设备设计原则

塔设备设计应满足以下原则：

(1)生产能力大。在较大的气 (汽)液流速下，仍不致发生大量的雾沫夹带、

拦液或液泛等破坏正常操作的现象。

(2)操作稳定、弹性大。当塔设备的气 (汽 )液负荷量有较大的波动时，仍能

在较高的传质效率下进行稳定的操作，并且塔设备应保证能长期连续操作。

(3)流体流动阻力小，即流体透过塔设备的压力降小。这将大大节省生产中的动力消耗，以降低操作费用。对于减压蒸馏操作，较大的压力降还将使系统无

法维持必要的真空度。

(4)结构简单、材料耗用量小、制造和安装容易。这可以减少基建过程中的

投资费用。

(5)耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修。

1.3 塔型的选择

1.3.1 板式塔与填料塔的比较

精馏塔按传质元件区别可分为两大类，即板式精馏塔和填料精馏塔。根据上述要求，可对板式塔和填料塔的性能作一简要的比较，详见表1-1 所示。

表 1-1 板式塔与填料塔的对比

项目板式塔填料塔空塔气速空塔气速小空塔气速大

塔效率效率稳定，大塔效率比小塔效塔径在1400mm 一下效率较高，率有所提高塔径增大，效率常会下降

液气比适应范围较大对液体喷淋量有一定要求持液量较大较小

材质要求一般用金属材料制作可用非金属耐腐蚀材料安装维修较容易较困难

造价直径大时一般比填料塔造价低直径小于800mm，一般比板式塔便宜，直径增大，造价明显增加

重量较轻重

1.3.2塔型选择时应考虑的因素

选择塔型时应考虑的因素有很多，主要有：物料性质、操作条件、塔设备的

性能，以及塔设备的制造、安装、运输和维修等，具体如下：

与物性有关的因素

a）易起泡的物系，如处理量不大时，以选择填料塔为宜。因为填料能使

泡沫破裂，在板式塔中则易引起液泛。

b）具有腐蚀性的介质，可选用填料塔，如必须用板式塔，宜选用结构简

单、造价便宜的筛板塔、穿流式塔盘或舌形塔盘，以便及时更换。

c）具有热敏性的物料需减压操作，以防过热引起分解或聚合时，应选用压

力降较小的塔型，如可采用装填规整填料的塔、湿壁塔等，当要求真空度较低时，宜用筛板塔和浮阀塔。

d）粘性较大的物系，可以选用大尺寸填料。板式塔的传质效率太差。

含有悬浮物的物料，应选择液流通道较大的塔型，以板式塔为宜。可选用泡罩塔、浮阀塔、栅板塔、舌形塔和孔径较大的筛板塔等。不宜使用小填料。

e）操作过程中有热效应的系统，用板式塔为宜。因塔盘上有液层，可在其

中安放换热管，进行有效的加热或冷却。

与操作条件有关的因素

a）若气相传质阻力大 (即气相控制系统，如低粘度液体的蒸馏，空气增湿等 )，

宜采用填料塔，因填料层中气相呈湍流，液相为膜状流。反之，受液相控制的系

统，宜采用板式塔，因为板式塔中液相呈湍流，用气体在液层中鼓泡。

b）大的液体负荷，可选用填料塔，若用板式塔时，宜选用气液并流的塔型 (如喷射型塔盘 )或选用板上液流阻力较小的塔型 (如筛板和浮阀 )。此外，导向筛板塔

盘和多降液管筛板塔盘都能承受较大的液体负荷。

c）低的液体负荷，一般不宜采用填料塔。因为填料塔要求一定数量的喷淋

密度，但网体填料能用于低液体负荷的场合。

d）液气比波动的适宜性，板式塔优于填料塔，故当液气比波动较大的宜用

板式塔。

e）操作弹性，板式塔较填料塔大，其中以浮阀塔为最大，泡罩塔次之，

一般地说，穿流式塔的操作弹性较小。

其他原因

a）对于多数情况，塔径大于 800mm 时，宜用板式塔，小于 800mm 时，宜用填料塔。但也有例外，鲍尔环及某些新型填料在大塔中的使用效果可优于板式塔。同样，塔径小于 800mm 时，也有使用板式塔的。

b）一般填料塔比板式塔重。

c）大塔以板式塔造价较廉。因填料价格约与塔体的容积成正比，板式塔按

单位面积计算价格，随塔径增大而减小。

1.4 板式塔中板型的选择

1.4.1 塔盘的选择

板式塔的塔盘有泡罩、筛板、浮阀及穿流式，其性能比较如1-2 表所示：

表 1-2 板式塔塔盘比较

塔板形式蒸汽量液量效率操作弹性压力降造价可靠性泡罩良优良优差高优筛板优优优优优低优浮阀优优优优良高优穿流式优低差差优低良各塔板的优缺点及用途比较如表1-3 所示

表 1-3 塔板优缺点比较

塔板形式结构优点缺点用途

费用高；

用于具有特殊圆形泡罩复杂弹性好；无泄漏板间距大；

要求的场合

压降比较大

泡罩型

费用高；

稍简用于具有特定S 型泡罩简化了泡罩的形式板间距大；

单要求的场合

压降比较大

筛板型筛孔塔板简单弹性好；费用低；板效

易漏液用途广泛率高；处理量大

条形浮阀

适用于加压及

较简操作弹性好；板效率费用较高；

浮阀型重盘式浮阀常压下的气液

单高；处理量大安装较困难

T 型浮阀传质过程

筛板正常负荷下板效率高；未定操作范围

适于处理变动费用最低；压降小窄；要么扩大

小且不析出固比筛板压降稍高孔径，否则易

波纹筛板体物的系统穿流气液分布好堵塞物料

简单

型式操作弹性较

处理量大；

小；处理量小

栅板压降小；适于粗精馏

时，效率剧烈

费用低

下降

1.4.2 溢流形式的选择

塔盘上液相流动形式取决于液相负荷的范围，单流型是最常用的；当塔径较大，或液相负荷较大时，宜采用双流型。甚至三、四流型或阶梯型；在液气比很

小时才采用 U 形流型。下表 1-4 是液相负荷（m

3

/ h

）与塔板溢流型式的关系表。

表 1-4 液相负荷 ( m3/ h）与塔板溢流形式的关系