化工设备简介——塔设备

?化工行业设备大体分为动设备和静设备

静设备包括塔器、换热器、反应器、工业管式炉、气柜、储罐等，又称“化工设备”。

?动设备是指有驱动机带动的转动设备（亦即有能源消耗的设备），如压缩机、风机、离心机、泵等。即“三机一泵”。又称

“化工机器”。

塔设备通过其内部构件使气（汽）-液相或液-液相之间的充分接触，从而使不同相之间进行质量传递和热量传递。

塔设备完成的单元操作通常有：精馏、吸收、解吸、萃取等，也可以进行介质冷却，气体的净制与干燥以及增湿等。是化工、石油、生物、制药等生产过程中广泛采用的设备。

化工生产对塔设备提出的要求：

?①工艺性能好——塔设备要使气、液两相尽可能充分接触，具有较大的接触面积和分离空间，以获得较高的传质效率。

?②生产能力大——在满足工艺要求的前提下，要使塔截面上单位时间内物料的处理量大。

?③操作稳定性好——当气液负荷产生波动时，仍能维持稳定、连续操作，且操作弹性好。

化工生产对塔设备提出的要求：

?④能量消耗小——要使流体通过塔设备时产生的阻力小、压降小，热量损失少，以降低塔设备的操作费用。

?⑤结构合理——塔设备内部结构既要满足生产的工艺要求，又要结构简单、便于制造、检修和日常维护。

?⑥选材要合理——塔设备材料要根据介质特性和操作条件进行选择，既要满足使用要求，又要节省材料，减少设备投资费

用。

?⑦安全可靠——在操作条件下，塔设备各受力构件均应具有足够的强度、刚度和稳定性，以确保生产的安全运行。

?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。

?塔设备的种类很多，常见的分类：

⑴按操作压力分为加压塔、常压塔及减压塔

⑵按单元操作分为精馏塔、吸收塔、萃取塔、反应塔等。

⑶按塔内气、液接触构件的结构分为板式塔和填料塔。

?目前工业生产中应用最广泛的是填料塔和板式塔。

填料塔是一种常用的气、液传质设备。它结构简单，塔内装有填料，其作用是使向下流动的液体与向上逆流的气体在填料层中充分接触达到传质的目的。填料塔造价低，阻力小，具有良好的耐腐蚀性能。

?在生产中，当生产量较大时，一般采用板式塔。在板式塔中，塔内设有许多块塔盘，相邻两块塔盘有一定的距离，气、液两

相传质就在塔板上进行。板式塔具有单位处理量大，分离效果

好、重量轻、清理检修方便等特点。

?无论是填料塔还是板式塔，大体上都是由塔体、支座、人孔或手孔、除沫器、接管、吊柱及塔的内件等组成。

1 塔体

塔体即塔设备的外壳，常见的塔体由等直径、等厚度的圆筒及上下封头组成。塔设备通常安装在室外，因而塔体除了承受一定的操作压力（内压或外压）、温度外，还要考虑风载荷、地震载荷、偏心载荷。此外还要满足在试压、运输及吊装时的强度、刚度及稳定性要求。

2 支座

塔体支座是塔体与基础的连接结构。因为塔设备较高、重量较大，为保证其足够的强度及刚度，通常采用裙式支座（简称“裙座”）。裙座分为圆筒形和圆锥形两种。

3 人孔和手孔

为安装、检修、检查等需要，往往在塔体上设置人孔或手孔。不同的塔设备，人孔或手孔的结构及位置等要求不同。

4 接管

为用于连接工艺管线，使塔设备与其他相关设备相连接。按其用途可分为进液管、出液管、回流管、进气出气管、侧线抽出管、取样管、仪表接管、液位计接管等。

5 除沫器

为用于捕集夹带在气流中的滴。除沫器工作性能的好坏对除沫

效率、分离效果都具有较大的影响。

6 吊柱

安装于塔顶，主要用于安装、检修时吊运塔内件。

板式塔是一种逐级（板）接触的气液传质设备。塔内以塔板为基本构件，气体自塔底以鼓泡或喷射的形式穿过塔板上的液层，使气-液相密切接触而进行传质传热，两相的浓度呈阶梯式变化。

板式塔类型的不同，在于其中的塔板结构不同，常见的主要类型有：泡罩塔、筛板塔、浮阀塔等。

工作原理：正常工作时，液体在重力作用下自上而下通过各层塔板后由塔底排出；气体在压差推动下，经均布在塔板上的开孔由下而上穿过各层塔板后由塔顶排出，在每块塔板上皆储有一定的液体，气体穿过时两相接触进行传质。

1 泡罩塔是工业应用最早的板式塔，而且在相当长的一段时期内是板式塔中较为流行的一种塔型。泡罩塔盘的结构主要由泡罩(气液接触元件)、升气管、溢流堰、降液管及塔板等部分组成。

泡罩塔的优点：

操作弹性大，因而在负荷波动范围较大时，仍能保持塔的稳定操作及较高的分离效率；气液比的范围大，不易堵塞等。

泡罩塔的缺点：

结构复杂、造价高、气相压降大、以及安装维修麻烦等。

目前，只是在某些情况如生产能力变化大，操作稳定性要求高，要求有相当稳定的分离能力等要求时，可考虑使用泡罩塔。

2 筛板塔也是应用历史较久的塔型之一，与泡罩塔相比，筛板塔结构简单，筛板塔结构及气液接触状况如下图所示。筛板塔塔盘分为筛孔区、无孔区、溢流堰及降液管等部分。

优点缺点（你发的ppt里面有）

3 浮阀塔板的结构特点是在塔板上开有若干个阀孔，每个阀孔装有一个可上下浮动的阀片，阀片本身连有几个阀腿，插入阀孔后将阀腿底脚拨转90°，以限制阀片升起的最大高度，并防止阀片被气体吹走。阀片周边冲出几个略向下弯的定距片，当气速很低时，由于定距片的作用，阀片与塔板呈点接触而坐落在阀孔上，在一定程度上可防止阀片与板面的粘结。

优点，缺点（你发的ppt里面有）

填料塔属于微分接触型的气液传质设备。塔内以填料为气液接触和传质的基本元件。液体在填料表面呈膜状自上而下流动，气体呈连续相自下而上与液体做逆流流动，并进行气液两相间的传质与传热。两相的浓度或温度沿塔高呈连续变化。

工作原理：操作时，液体自塔上部进入，并通过液体分布器均匀喷洒于塔截面上，并在填料表面呈膜状流下；气体自塔下部进入，通过填料层中的空隙由塔顶排出。气液两相在液膜表面进行传质。

结构：典型填料塔的结构如上图所示，主要部件有塔体、填料及支承、液体分布器及再分布器、除沫器等。

填料是填料塔的核心内件，它为气－液两相充分接触进行传热传

质提供了表面积。可分为散装填料和规整填料两大类。

散装填料，规整填料（你发的ppt里面有）

塔设备常见故障：工艺性故障；机械性故障

?工艺性故障：如操作时出现的液泛。漏液量大、雾沫夹带过多、传质效率下降等。

?机械性故障：塔设备振动、腐蚀破坏、密封失效、工作表面积垢、局部过大变形、壳体减薄或产生裂纹等。

脉动风力（脉动风是由于风的不规则性引起的其强度随时间随机变化）是塔设备产生振动的主要原因。

?当脉动风力的变化频率（或周期）与塔自振频率（或周期）相近时，塔体便产生共振。

塔体产生共振后，塔发生弯曲，倾斜，塔板效率下降，影响塔设备的正常操作，甚至导致塔设备严重破坏，造成重大事故。

防止产生共振，采取的措施：

①提高塔体的固有频率，从根本上消除产生共振的根源—降低高度增加内径；增加壁厚或采用密度小、弹性量大的材料；在离塔顶0.22H 处安装一个铰支座。

?②增加塔体的阻尼，抑制塔的振动——利用塔盘上的液体或塔内填料的阻尼作用；在塔体外部装置阻尼器或减振器；在塔壁

上悬挂外包橡胶的铁链条；采用复合材料等。

?③采用扰流装置——合理布置塔体上的管道、平台扶梯和其他连接件，以破坏或消除周期性形成的漩涡；在塔体周围焊接螺

旋条。

?塔体腐蚀：金属材料制造；处理物料大多为各种酸、碱、盐、有机溶剂及腐蚀性气体等介质。

腐蚀类型：化学腐蚀，电化学腐蚀，局部腐蚀，均匀腐蚀。

腐蚀原因：塔设备的选材，介质的特性，操作条件及操作过程等因素。防止腐蚀采取的措施：

①正确选材—不锈钢在大气，水及硝酸溶液中有很好的耐蚀性能；铜及铜合金在稀盐酸、稀硫酸中耐蚀。

②采用覆盖层——将主体与介质隔绝。常用的有金属覆盖层和非金属覆盖层。常用方法有电镀，喷镀，不锈钢衬里等。

?③采用电化学保护——通过改变金属材料与介质电极电位来达到保护作用。分为阴极保护和阳极保护两种，其中阴极保护法

应用较多。

④设计合理的结构—不合理的结构往往引起机械应力，热应力，应力集中和液体的滞留。

⑤添加缓蚀剂——可以使设备腐蚀速度降低或者停止，但在选择缓蚀剂时注意对某种介质的针对性，合理确定缓蚀剂的类型和用量。

介质泄漏：

一般发生在构件连接处。

泄漏原因：安装法兰时未达到技术要求；受力过大引起法兰刚度不足

而变形；法兰密封件失效，操作压力过大等。

采取措施：保证安装质量；改善法兰受力情况或更换法兰；选择合适的密封件材料或更换密封件；稳定操作条件，不超温，不超压。

壳体减薄局部变形：

介质腐蚀和物料冲刷。

对其进行厚度测试，确定能否安全继续使用；设计时合理选择耐蚀，耐磨的材料或采用衬里，以确保其服役期内正常运行。

采取措施：改善结构来改善应力分布状态；满足工艺条件的前提下减少温差应力；在设备制造时进行焊后热处理以消除焊接残余应力。局部变形过大时，可采用局部挖补的方法进行修补。

工作表面积垢：

通常发生在结构的死角区。

?在死角区流动速度降低，介质中杂质很容易形成积淀。也可能出现在塔壁、塔盘和填料的表面。积垢严重时影响内件的传质、传热效率。

?积垢的消除通常有机械除垢法和化学除垢法。