塔设备基础知识

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3 填
料
塔
3.1 填料塔的概念
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。
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3.2 填料塔的结构
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。
3.3 填料
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。——填料类型
3.3.1填料用材的选择 （1）塑料：设备操作温度较低，除浓硫酸、浓硝酸等强酸 外，体系对塑料无溶胀，但塑料表面对水溶液的润湿性差。 天然气事业部牙哈作业
⑴ 填料塔操作范围较小，特别是对于液体负荷的变化更为敏感； ⑵ 填料塔不宜于处理易聚合或含有固体悬浮物的物料； ⑶ 当气液接触过程中需要冷却以移出反应热或溶解热时，不 适宜用填料塔。另外，当有侧线出料时，填料塔也不如板式塔 方便； ⑷ 填料塔的塔径可以很小，但板式塔的塔径一般不小于0.6m；
⑸ 板式塔的设计资料更容易得到而且更为可靠，安全系数可以 取得更小； 天然气事业部牙哈作业
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2.3.3 降液管
作用：使夹带气泡的液流进入降液管后具有足够的分离空 间，能将气泡分离出来，从而仅有清液流往下层塔盘。
结构型式：可分为圆形降液管和弓形降液管两类 。圆形 降液管通常用于液体负荷低或塔径较小的场合，弓型降液管 适用于大液量及大直径的塔 。——降液管模型
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1.3 塔设备的种类
（1）按塔的内部构件结构形式，可将塔设备分为 两大类：板式塔和填料塔。 （2）按化工操作单元的特性（功能），可将塔 设备分为：精馏塔、吸收塔、萃取塔、反应塔、 解吸塔、再生塔和干燥塔等。 （3）按操作压力可将塔设备分为：加压塔、常 压塔和减压塔。
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主 要 内 容
1 塔设备概述
2 板式塔
3 填料塔
4 精馏塔
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1 塔 设 备 概 述
化工厂塔设备1
化工厂塔设备2
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1.1 塔设备的概念 化工生产过程中可提供气液或 液液两相之间进行直接接触机会， 达到相际传质及传热目的，又能使 接触之后的两相及时分开，互不夹 带的设备。
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2.3.2 塔盘的分类
塔盘按结构特点可分为整块式塔盘和分块式塔盘。当塔径 ≤700mm时，采用整块式塔盘；塔径≥800mm时宜采用分块 式塔盘。
（1）整块式塔盘 整块式塔盘根据组装方式不同可分为定距管式、重叠式和 支撑圈式。采用整块式塔盘时，塔体由若干个塔节组成，每 个塔节中装有一定数量的塔盘，塔节之间采用法兰连接。 （2）分块式塔盘 直径较大的板式塔，为便于制造、安装、检修，可将塔盘 板分成数块，通过人孔送入塔内，装在焊于塔体内壁的塔盘 支承件上。分块式塔盘的塔体，通常为焊制整体圆筒，不分 塔节。 天然气事业部牙哈作业
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⑹ 当塔径不很大时，填料塔的造价便宜； ⑺ 对于易起泡的物系，填料塔更合适； ⑻ 对于腐蚀性物系，填料塔更合适； ⑼ 对于热敏性物系，采用填料塔较好； ⑽ 填料塔的压降比板式wk.baidu.com小，更适于真空操作。
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4 精
馏
塔
4.1 精馏塔的结构
液体混合物的蒸馏操作，是提纯物质和分离混合物的一种 方法，它广泛应用于化工生产中。——板式精馏塔模型
3.7 填料塔工作原理
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。——工作模型
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3.8板式塔与填料塔的比较
对许多逆流接触的过程，填料塔和板式塔都可以使用。各种 塔型各有优劣，应根据物系综合考虑选择。
(2)塔板压力降较低，适用于真空蒸馏； (3)塔板效率较高，但稍低于浮阀塔； (4)具有较高的操作弹性，但稍低于泡罩塔。 筛板塔的缺点 ：
小孔径筛板易堵塞，不适于处理脏的、粘性大的和带固体 粒子的料液。
筛孔塔板是最简单的塔板，造价低廉，只要设计合理，其 操作弹性是可以满足生产需要的，目前已成为应用最为广泛 的一种板型 。 天然气事业部牙哈作业
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2.2.2 筛板塔 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。
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筛板塔的优点：
(1)结构简单，制造和维修方便，相同条件下生产能力 高于浮阀塔；
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3.5 填料塔的液体分布器
液体分布器：对进入塔内的液体进行分布，使得液体在塔截面上分布均匀。 液体分布器根据其结构形式，可分为以下几种：
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3.6 除沫器
用来除去由填料层顶部逸出的气体中的液滴，安装在液 体分布器上方。
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2.2.1泡罩塔
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。
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。
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4.2.4 雾沫夹带 上升气流穿过塔板上液层时，将板上液体带入上层 塔板的现象。 后果：过量液沫夹带后 果－－造成返混，导致板 效率严重下降。 采取措施：
（1）控制气速；
（2）增大板间距； 为保证传质达到一定效果，将液沫夹带量控制 在0.1kg(液)/kg(气)以下。 天然气事业部牙哈作业
4.2.2 精馏基本原理 精馏是把液体混合物在传质设备（塔）中，进行多次部分 汽化，同时把产生的蒸汽多次部分冷凝，达到完全分离混合 物，获得所要求纯度的组分的操作。
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精馏的操作过程中，是在逆流作用的塔式设备中进行的。 被塔釜加热的流体，所产生的蒸汽在塔内自下而上地流动， 而送入塔顶的回流液体，则与上升的蒸汽相迎，自上而下地 流动。由于气液两相在塔中不断地相互接触，进行热和质的 交换，使两相在热交换过程中，易挥发组分不断地从液相中 向气相中扩散，气相中易挥发组分增浓；液相中易挥发组分 逐渐减少，难挥发组分逐渐增浓；两相处于不平衡情况下， 则存在推动力，产生质的传递，直至两相达到平衡时，这种 传质过程停止。 通过整个精馏过程，最终由塔顶得到纯度较高的易挥发组 分（塔顶馏出物）的产品，由塔釜排出不易挥发的物质。
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4.2.6 塔的操作弹性
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（2）陶瓷一般用于腐蚀性介质，尤其是高温时，但对HF 和高温下的H3PO4与碱不能使用。 （3）金属耐高温，但不耐腐蚀。不锈钢可耐一般的酸碱 腐蚀（含Cl-的酸除外），但价格较昂贵。
3.4 填料的支承装置
填料的支承装置安装在填料层的底部。其作用是防止填料 穿过支承装置而落下；支承操作时填料层的重量；保证足够 的开孔率，使气液两相能自由通过。常用的支撑装置有栅板 型、气液分流型。
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1.4.3 人孔及手孔
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。
1.4.4 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。除此之外还有除 沫器、吊柱等。
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4.2.3 液泛 塔正常工作时,降液管中的液面必须有足够的高度,以克服 两板间的压降而流动。当气液两相之一的流量增大，使降液管 内液体不能顺利下流，造成两板间液体相连。 后果：出现淹塔现象。 采取措施： （1）控制气液速度于液泛速度之下； （2）采用较大的板间距；
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2 板
式
塔
2.1 板式塔的概念
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。
2.2 板式塔的类型
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、舌片塔等。 天然气事业部牙哈作业
4.2 精馏塔操作的基本概念
4.2.1 沸点、泡点、露点 任何液体受热，其饱和蒸汽压等于外界大气压时的温度， 叫该液体的沸点。外界压强越高，液体的沸点就越高；外界 的压强越低，液体的沸点也越低。
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在一定压力下，将某液体混合物加热至刚刚开始气化（即 刚刚出现第一个微小气泡）时保持的平衡温度，称为该液体 混合物的泡点温度（简称泡点）。继续加热，直至全部气化 并将这种气体混合物在一定压力下，冷却至刚刚出现第一滴 液珠所保持平衡时的温度，称为露点温度（简称露点）。
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1.4 塔设备的主要外部构件及作用
（1）板式塔
（2）填料塔
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1.4.1 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 。 1.4.2 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。 天然气事业部牙哈作业
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4.2.5 漏液
指当上升气体流速减小，气体通过升气孔道的动压不足以 阻止板上液体经孔道流下，便会出现漏液现象。
后果：塔板效率下降，严 重时塔无法正常工作。 采取措施： 增大气速，使气流分布不均。 漏液量不大于液体流量的10％。
漏液气速<操作气速 <液泛速度
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注：相是指没有外力作用下， 物理、化学性质完全相同，成 分相同的均匀物质的聚集态。
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1.2 塔设备的主要特点
外形特点：体型高，长宽比大。
塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备 之一。常见的、可在塔设备中完成单元操作 的有精馏、吸收、解吸、萃取及气体的洗涤 、冷却、增湿、干燥等。 天然气事业部牙哈作业
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2.3 塔盘
2.3.1 塔盘的结构 板式塔的塔盘主要分为溢流式和穿流式两大类，二者之间的 区别就在于溢流式塔盘有降液管，而穿流式塔盘上的气液两相 同时通过塔板上的一些孔道流动。穿流式塔盘处理能力较大， 压力降较小，但效率及操作弹性较差。 溢流式塔盘由气液接触元件（如浮阀、筛 孔、泡罩等）、塔板、降液管及受液盘、溢 流堰等构成。——塔板结构
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2.4 板式塔工作原理
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。——工作模型 为有效地实现气液两相之间的传质，板式塔应具有两方 面的功能： （1）每块板上气液两相保持密切充分的接触，为传质过程提 供足够大且不断更新的相界面，减小传质阻力； （2）使气液两相尽量保持逆流流动状态，以提供最大的传 质推动力。 总之，设计意图是塔内逆流、板上错流。 天然气事业部牙哈作业