化工塔设备课件

2
板
式
塔
浮阀塔的优点： 浮阀塔板是对泡罩塔板的改进。 (1)生产能力大； (2)操作弹性大； (3)塔板效率较高； (4)塔板结构及安装较泡罩简单， 重量较轻 。 浮阀塔的缺点 ：
(1) 低气速时塔板效率有所下降； (2)浮阀阀片有卡死的可能，导致操 作运转及检修困难； (3)塔板压力降较大，妨碍了它在高 气相负荷中的应用。
⑷ 填料塔塔径可以很小，但板式塔的塔径一般不小于0.6m；
⑸ 板式塔设计更为可靠，安全系数可以取得更小。
3
填
料
塔
⑹ 当塔径不很大时，填料塔造价便宜； 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 填料塔压降小，更适于真空操作。
4
板
式
塔
溢流堰促使液流均匀分布。为使上层塔板流入的液体能在塔 盘上均匀分布，常在液体进口处设置进口堰。
2
2.4 板式塔工作原理
板
式
塔
液体由塔底排出；气体由塔顶排出，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。
3
填
料
塔
3 填 料 塔
3.1 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。
2
2.2.5 板式塔的比较
板式塔
浮阀塔在蒸气负荷、操作弹性、塔板效率方面与泡罩塔相比都 具有明显优势，获得了广泛应用。筛板塔的压降小、造价低、 生产能力大，除操作弹性较小外，应用也较广。
2
2.3 塔盘
2.3.1 塔盘的结构
板
式
塔
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。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。
3
填
料
塔
规整填料种类：丝网波纹填料和板波纹填料。叠成圆筒形整 块放入塔内或分块拼成圆筒形在塔内砌装。
金属板波纹规整填料
各种陶瓷规整填料
3
填
料
塔
3.3.3 填料用材的选择 （1）塑料：要求设备操作温度较低，除强酸外，体系对 塑料无溶胀。 （2）陶瓷：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。
外形特点：体型高，长宽比大。
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
1
1.3 塔设备的种类
塔设备概述
（1）按结构形式：板式塔和填料塔。 （2）按操作单元特性：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：加压塔、常压塔和减压塔。
2
2.3.3 降液管
板
式
塔
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。
结构型式：圆形降液管通常用于塔径较小的场合，弓型降 液管适用于大直径的塔 。
2
2.3.4 受液盘
板
式
塔
为了保证降液管出口处的液封，在塔盘上设置受液 盘，受液盘有平型和凹型两种。
2
2.3.5 溢流堰及进口堰
1 塔 设 备 概 述
1.4 塔设备的主要外部构件及作用
（1）板式塔
（2）填料塔
1 塔 设 备 概 述
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。塔体承受一定的操作压力、温度，还 要考虑风载荷、地震载荷、偏心载荷。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
2
2.2.4 舌形塔
板
式
塔
气体通道为在塔盘上冲出的以一定方式排列的舌片。舌片开启 一定的角度，舌孔方向与液流方向一致。
舌形塔板是为了防止过量液沫 夹带而设计的一种塔型。
舌形塔结构简单，安装检修方便，但弹性较小，效率较低
2
板
式
塔
20世纪60年代研制的一种定向喷射型浮动舌形塔板。处理能力 大，压降小，舌片可以浮动。操作弹性显著增加，板效率也较 高，但其舌片容易损坏。
只是在生产能力变化大，操 作稳定性要求高，要求有相 当稳定的分离能力等要求时， 才考虑使用泡罩塔。
2
板式塔：泡罩塔
2
2.2.2 筛板塔
板
式
塔
应用历史较久的塔型，结构简单。筛板塔塔盘分为筛孔区、无 孔区、溢流堰及降液管等部分。
筛板塔
2
筛板塔的优点：
板
式
塔
(1)结构简单，制造和维修方便，生产 能力同比高于浮阀塔；
3
3.2 结构
塔体、填料及支承、 液体分布器及再分布 器、除沫器等。
填
料
塔
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。
3
3.3.1 散装填料
填
料
塔
以乱堆为主的填料，具有一定外形的颗体，又称颗粒填料 （1）环形填料：拉西环填料、鲍尔环填料 、阶梯环填料； （2）鞍形填料：弧鞍填料 、矩鞍填料 、改进矩鞍填料； （3）金属鞍环填料；
2
2.3.2 塔盘的分类 （1）整块式塔盘
板
式
塔
定距管式、重叠式和支撑圈式。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，装 在焊于塔体内壁的塔盘支承件上。塔 体通常为焊制整体圆筒，不分塔节。
3
填
料
塔
3.8 除沫器 安装在液体分布器上方。
3
3.9 工作原理
填
料
塔
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。
3
填
料
塔
3.10 板式塔与填料塔的比较
⑴ 填料塔操作范围较小，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 需要冷却移出热量不适宜用填料塔。
3.3.1.5 矩鞍形填料
填
料
塔
在弧鞍基础上发展起来的一种 结构不对称填料。矩鞍填料的 两端为矩形，且填料的两面大 小不等。克服了弧鞍填料相互 重叠的缺点，填料的均匀性得 到改善。气液传质速率提高。 瓷矩鞍填料是目前采用最多的 一种瓷质填料。
3
填
料
塔
3.3.1.6 金属英特洛克斯（Intalox）填料 将环形结构与鞍形结构的特点 集于一体而形成的一种独特结
化工设备基础知识
—— 塔设备
主 要 内 容
1 2 塔设备概述 板式塔
3
4
填料塔
精馏塔
5
6
吸收塔
萃取塔
1
塔 设 备 概 述
1 塔设备概述
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。
1.2 塔设备的主要特点
驼峰式支承装置
孔管式填料支承装置
3
3.5 填料塔的液体分布器
填
料
塔
3
3.6 液体收集再分布器
3.6.1 填料层分段
填
料
塔
“壁流” 倾向使液体分布不均， 降低传质效率。 填料段间液体收集再分布装置 作用为： （1）收集上层填料液体，使 其在下一层均匀分布； （2）消除塔内气液相出现的 径向浓度差。
3
3.6.2 典型结构
填
料
塔
2
3
填
料
塔
3.7 填料的压紧和限位装置
（1）填料压紧器:又称 填料压板。将其自由放 置于填料层上部，靠其 自身的重量压紧填料。
丝网压板
3
填
料
塔
（2）填料限位器:又称床层定位 器。防止高气速、高压降或塔的 操作出现较大波动时，填料向上 移动而造成填料层出现空隙，从 而影响塔的传质效率。
板
式
塔
2
2.2 板式塔的类型
板
式
塔
泡罩塔、筛板塔、浮阀塔、舌片塔等。
2.2.1 泡罩塔
应用最早的板式塔。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。
2
板
式
塔
泡罩塔的优点：操作弹性大， 气液比的范围大，不易堵塞。
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。
精
馏
塔
4
4.1 精馏塔的结构
精
馏
塔
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。
4
4.2.1 沸点、泡点、露点ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
精
馏
塔
4.2 精馏塔操作的基本概念
在一定压力下，将某液体混合物 加热至刚刚开始气化时保持的平 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）。
3
3.3.1.4 弧鞍形填料
填
料
塔
弧鞍是较早开发的一种表面全部展开的具 有马鞍形状的瓷质型填料，又称马鞍填料
优点：与拉西环相比，空隙率高，气体阻 力小，液体分布性能较好，性能优于 拉西环。 缺点：相邻填料易发生互套叠现象，使填料有 效表面降低，从而影响传质速率，弧鞍 填料很快就被矩鞍填料所取代。
3
构的填料，具有生产能力大、 压降低、液体分布性能好、传 质速率高及操作弹性大等优良 性能，获得广泛应用，如减压 蒸馏优势显著。
3
填
料
塔
3.3.1.7 网体填料（Wire gauze packings）
金属丝网制成的填料称为网体填料，如网环和鞍型网。
优点： 因网丝细密，填料的空隙很 高，比表面积很大。由于毛 细管作用，填料表面润湿性 能很好。故网体填料气体阻 力小，传质速率高。 缺点：造价很高，故多用于实验室 中难分离物系的分离。
3 填 料 塔
3.3.1.1 拉西环（Raschig ring）填料 优点：易于制造，价格低廉。
缺点：存在沟流和壁流。内表面润 湿率较低，传质速率不高。
θ环、十字环及螺旋环等，其基本 改进是在拉西环内增加一结构，以 增大填料的比表面积。
3
填
料
塔
3.3.1.2 鲍尔环（Pall ring）填料
在拉西环基础上发展起来的鲍尔环是 在其侧壁上开一层或两层长方形小孔 鲍尔环有较大的生产能力和较低的压 降，效率较高，沟流现象大大降低。
3
3.3.2 规整填料
填
料
塔
在塔内按均匀的几何图形规则、 整齐堆砌的填料，空隙大，故 生产能力大，压降小，且因流 道规则，所以只要液体初始分 布均匀，则在全塔中分布也均 匀，因此规整填料几乎无放大 效应，通常具有很高的传质效 率。 适用范围：造价较高，易堵 塞难清洗，一般用于较难分 离或分离要求很高的情况。
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，分为圆筒 形和圆锥形两种。
1 塔 设 备 概 述
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 塔 设 备 概 述
1.4.4 接管
鲍尔环填料的优良性能使它一直为工 业所重视，应用十分广泛。可由陶瓷 、金属或塑料制成。
3
填
料
塔
3.3.1.3 阶梯环填料（Stair ring） 结构与鲍尔环相似，环壁上开有长方形小 孔，环内有两层交错 45°的十字形叶片 ，环的高度为直径的一半，环的一端成喇 叭口形状的翻边。 阶梯环填料的性能在鲍尔环的基础上又有 提高，生产能力提高10%，压降降低25%， 较好地避免了沟流现象。 阶梯环一般由塑料和金属制成，其性能优 于其它侧壁开孔填料，获得广泛应用。
(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。 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。
2
2.2.3 浮阀塔
板
式
塔
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。
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。
1.4.5 除沫器 捕集夹带在气流中的液滴。
1.4.6 吊柱 安装于塔顶，主要用于安装、 检修时吊运塔内件。
2
板
式
塔
2
2.1 概念
一种逐级接触的气液传 质设备。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。
3
3.4 填料的支撑装置
填
料
塔
支承装置安装在填料层底部。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。
3.4.1 栅板型支撑
结构最简单、最常 用的填料支承装置
3
3.4.2 气液分流型支承
填
料
塔
属于高通量低压降的支承装置。为气体及液体提供不同通道， 避免了液体在板上的积聚，有利于液体的均匀再分配。