塔类设备

第一章塔类设备

名称的由来：它的外形是一个直立的圆柱形容器，它的高度要比直径大的多，从外形看起来好象一座“塔”，所以通常叫做塔类设备。

工作原理：塔设备是使气相和液相或液相和液相间得以充分接触,从而完成传质和传热过程的设备。

用途：用于物料的蒸馏、吸收、解吸、萃取、冷却等单元操作过程。

分类：

1、按操作压力分类：①加压塔②减压塔、③常压塔

2、按化工单元操作分类：①精馏塔、②吸收塔和解吸塔、③萃取塔、④反应塔、⑤再生塔、⑥干燥塔

3、按气液两相接触的部件结构型式分：板式塔和填料塔。

1、填料塔：

在大型生产装置中，填料塔的使用范围正在扩大，六十年代前，塔的直径一般小于3米，而六十年代后期，直径超过3米的塔已十分普遍。填料塔不仅可以大型化，而且在某些方面超过板式塔的规模，塔料塔的地位变得日益重要。填料塔是一直立圆筒，内装有填料堆砌在筒底的支承板上，液体在塔顶经过液体分布器喷洒到填料层表面上，沿填料表面下降，气体从底部通入，沿填料间的空隙上升，互成逆流接触，汽液两相在润湿的填料表面进行传热和传质。

塔填料的作用：是为气、液相提供充分的接触面，常用填料有散装填料、规整填料两种。

填料的选择：1、传质效率高，单位体积填料的比表面积要大；

2、生产能力大，要求有较大的气液通过能力，即填料层空隙率要大；

3、重量要轻，机械强度要高；

4、耐介质腐蚀，经久耐用，价格低廉。

填料的分类：

Ⅰ、实体填料（和网体填料）：拉西环、鲍尔环、阶梯环、金属鞍环

拉西环鲍尔环

拉西环

鲍尔环

实体填料金属鞍环

波纹填料：金属薄板、玻璃钢

栅板填料：木料制做

填料材质：陶瓷、碳质（石墨）、塑料、钢质

2、板式塔：

板式塔是沿着塔的整个高度内装有许多块塔板，相邻两板有一定的板间距，汽液两相在塔板上互相接触进行传热和传质。大致可分为三类：泡罩塔、筛板塔、浮阀塔。

Ⅰ、泡罩塔是工业上使用最早的塔型之一。在泡罩塔塔板上设有许多蒸汽通道（称作升气管），每一个升气管上覆盖着一个钟形泡罩。泡罩与升气管之间有环隙。每个泡罩的下半部周围开有很多长形孔（称为齿缝），泡罩的下半部（包括齿缝）浸没在塔板上的液体中，形成液封。操作时，

塔板下面的蒸气沿着升气管上升，经过环隙后，从齿缝中鼓泡而出。因蒸汽被分散成许多细小的气泡而通过板上的液层，使汽、液两相的接触面积大大增加，从而提高了传热、传质的效果。

●塔板上设有圆管或弓形的溢流管，它是板上的通道，溢流管的下端

伸到下一层液体中，以形成液封，防止下一块板的气体从溢流管内进入上层空间。

●特点：塔板上的液层不靠气流来维持，即使在低气速时也不易发生

液体的泄漏现象。塔板适应强，当负荷变化较大，对塔板效率影响不大。

缺点是生产能力较低，蒸汽上升路线曲折，塔板压强较大，雾沫夹带大。

另一方面泡罩塔钢材消耗量大，造价高，安装检修比较困难。如一回收的脱苯塔就是此种塔型。

Ⅱ、筛板塔也称泡沫塔，也是应用较早的塔型。它泡罩塔的区别在于升气通道不同，筛板塔的塔板上开有很多小孔（称为筛孔）作为升起通道。主要构成部件是筛板、溢流堰、降液管。

●操作时，上升蒸气通过筛孔分散成许多细小的气流鼓泡通过筛板上

的液层，在塔板上形成一层泡沫层，蒸汽与液体主要在泡沫层传热、传质。液体沿溢流管逐板下流，由溢流堰的高度控制板上的液层高度。

●特点：结构简单，制造维修方便，成本低，流体阻力小，生产能力

和塔板效率较泡罩塔高。缺点是操作稳定性差，塔板安装水平要求高。

筛板塔一般使用在塔板间距较小，操作状况稳定和蒸馏清洁液体的场合。Ⅲ、浮阀塔浮阀塔的结构与泡罩塔相似，只是在升气通道上装有可以上下浮动的浮动阀来代替泡罩。经常采用的阀片有T型、V型。T型阀片借助固定于塔板上的支架限制阀片的运动，V型阀片有三条“腿”限制阀片的运动。

Ⅳ、其它类型：舌形塔

第二章换热设备

温度不同的两种流体相互交换热量的设备叫换热设备，也叫换热器。

换热设备可按用途、换热方式、结构和材料进行分类。

a.按用途可分为：

(1)热交换器。把流体加热到必要的温度，但加热流体没有发生相的变化。

(2)蒸发器。用于加热流体，达到沸点以上温度，使其液体蒸发，一般有相的变

化。

(3)再沸器。用于使装置中冷凝了的液体再度加热，使其蒸发。

(4)冷凝器。用于冷却凝结性气体，使其流体凝结液化。

b.按换热方式可分为：

(1)间壁式换热器。把温度不同的两种流体在被壁面分开的空间里流动，通过壁面的导热和流体在壁表面对流，使两种流体之间进行换热。

(2)蓄热式换热器。借助于由固体构成的蓄热体，把热量从高温流体传递给低温流体，蓄热体与高温流体接触一定时间，接受和储蓄了一定热量，然后与低温流体接触一定时间，把热量释放给低温流体。 (3)流体连接间接式换热器。把两个表面式换热器由在其中循环的热载体连接起来的换热器。 (4)直接接触式换热器。是两种流体直接接触进行换热的设备。

c.按结构和材料可分为：

(1)管壳换热器。套管式、管壳式、沉浸式、喷淋式、翅片式。

(2)板式换热器。夹套式、平板式、板式、螺旋板式、翅片板式、板壳式。

(3)新型材料换热器。石墨、聚四氟乙烯、玻璃钢、钛材、锆材换热器。

(4)热管式换热器。多室回转式、离心式、重力热管式、离心热管式。

按照传统方式的不同，换热设备可分为三类：

1．混合式换热器

利用冷、热流体直接能与混合的作用进行热量的交换这类交换器的结构简单、但价便宜、常做成塔状。

两种容许完全混合且不同温度的介质，在直接接触的过程中完成其热量的传递。例如：冷水塔（凉水塔）、造粒塔、气流干燥装置、流化床等。

2．蓄热式换热器

在这类换热器中，能量传递是通过格子砖或填料等蓄热体来完成的。首先让热流体通过，把热量积蓄在蓄热体中，然后再让冷流体通过，把热量带走。由于两种流体交变转换输入，因此不可避免的存在着一小部分流体相互掺和的现象，造成流体的“污染”。

蓄热式换热器结构紧凑、价格便宜、单位体积传热面大，故较适用于气——气热交换的场合。主要用于石油化工生产中的原料气转化和空气余热。回转蓄热式换热器的结构特点是实现连续操作，换热器中的蓄热体一般采用成型板片或金属丝网组装的扇形柜内，其外部由金属壳体密封，并以每分1～4转得慢速转动进行连续换热。

3、间壁式换热器

所谓间壁式换热器，是指两种不同温度的流体在固定的壁面（称为传热面）相隔的空间里流动，通过璧面得导热和壁表面的对流换热进行热量的传递。参加换热的流体不会混合，传递过程连续而稳定地进行。间壁式换热器的传热面大多采用导热性能良好的金属制造。在某些场合由于防腐的需要，也有用非金属（如石墨，聚四乙烯等）制造的。这是工业制造最为广泛应用的一类换热器。冷、热流体被一固体壁面隔开通过璧面进行传热。按照传热面的形状与结构特