化工企业塔设备知识

塔设备知识

一、塔设备概况

塔设备是石油化工、化学工业、石油工业等生产中最重要的设备之一。它可使气（汽）液或液液相之间进行充分接触，达到相际传热及传质的目的。在塔设备中能进行的单元操作有：精馏、吸收、解吸，气体的增湿及冷却等。

塔设备的分类

塔设备的种类很多，为了便于比较和选型，必须对塔设备进行分类，常见的分类方法有：

①按操作压力分有加压塔、常压塔及减压塔；

②按单元操作分有精馏塔、吸收塔、解吸塔、淬取塔、反应塔、干燥塔等；

③按内件结构分有板式塔、填料塔。

二、塔设备的主要构件及作用

由上图可见，无论是板式塔还是填料塔，除了各种内件之外，均由塔体、支座、人孔或手孔、除沫器、接管、吊柱及扶梯、操作平台等组成。

a.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

b.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。

c.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。

d.接管用于连接工艺管线，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。

e.除沫器用于捕集夹带在气流中的液滴。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。

f.吊柱安装于塔顶，主要用于安装、检修时吊运塔内件。

三、塔设备的一般类型（按内件结构分）

（一）板式塔

A 常用板式塔的类型

1泡罩塔

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、升气管、溢流堰、降液管及塔板等部分组成，如下图所示。

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。

2浮阀塔

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。浮阀的类型很多，国内常用的F1型、V-4型及T型等。

优点：

∙生产能力大；

∙操作弹性大；

∙塔板效率较高，；

∙塔板结构及安装较泡罩简单，重量较轻。

缺点：

∙在气速较低时，仍有塔板漏液，故低气速时塔板效率有所下降；

∙浮阀阀片有卡死和吹脱的可能，这会导致操作运转及检修的困难；

∙塔板压力降较大，妨碍了它在高气相负荷及真空塔中的应用。

3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。

优点：

∙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；

∙塔板压力降较低，适用于真空蒸馏；

∙塔板效率较高，但稍低于浮阀塔；

∙具有较高的操作弹性，但稍低于泡罩塔。

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。

4舌形塔及浮动舌形塔

（1）舌型塔盘产生的原因

一般情况下，塔盘上气流垂直向上喷射（如筛板塔），这样往往造成较大的雾沫夹带，如果使气流在塔盘上沿水平方向或倾斜方向喷射，则可以减轻夹带，同时通过调节倾斜角度还可以改变液流方向，减小液面梯度和液体返混。

（2）舌形塔

舌型塔应用较早的一种斜喷型塔。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，如下图[a]所示。

舌形塔结构简单，安装检修方便，但这种塔的负荷弹性较小，塔板效率较低，因而使用受到一定限制。

舌孔有两种，三面切口［上图（b）］及拱形切口［上图（c）］。通常采用三面切口的舌孔。舌片的大小有25mm和50mm两种，一般采用50mm［如上图（d）］，舌片的张角常用20°

(3)浮动舌形塔

浮动舌形塔是20世纪60年代研制的一种定向喷射型塔板。它的处理能力大，压降小，舌片可以浮动。因此，塔盘的雾沫夹带及漏液均较小，操作弹性显着增加，板效率也较高，但其舌片容易损坏。

浮动舌片的结构见下图，其一端可以浮动，最大张角约20°。舌片厚度一般

1.5mm，质量约为20g。

4穿流式栅板塔

穿流式栅板塔（如下图）属于无溢流堰装置的板式塔，在工业上也得到广泛的应用。根据塔盘上所开的栅缝或筛孔，分别称为穿流式栅板塔或穿流式筛板塔。这种塔没有降液管，气液两相同时相向通过栅缝或筛孔。操作时蒸气通过孔缝上升进入液层，形成泡沫；与蒸气接触后的液体不断地通过孔缝流下。

优点：

∙由于没有降液管，所以结构简单，加工容易、安装维修方便，投资少；

∙因节省了降液管所占的塔截面（一般约为塔盘截面的15%～30%），允许通过更多的蒸气量，因此生产能力比泡罩塔大20%～100%；

∙因为塔盘上开孔率大，栅缝或筛孔处的压力降较小，比泡罩塔低40%～80%，可用于真空蒸馏。

其缺点是：

∙塔板效率比较低，比一般板式塔低30%～60%，但因这种塔盘的开孔率大，气速低，形成的泡沫层高度较低，雾沫夹带量小，所以可以降低塔板的间距，在同样分离条件下，塔总高与泡罩塔基本相同；

∙操作弹性较小，能保持较好的分离效率时，塔板负荷的上下限之比约为2.5～3.0。

5导向筛板塔

导向筛板塔盘的结构如下图所示。

它是在普通筛板塔盘上进行了两项改进，其一是在筛板上开设了一定数量与液流方向一致的导向孔；其二是在液体进口区设置了鼓泡促进装置。

利用导向孔喷出的气流推动液体，既可减少液面落差，又可通过适当安排的导向孔来改善液流分布的状况，减少液体返混，从而提高塔板效率，并且导向孔气流与筛孔气流合成了抛物线型的气流，可减少雾沫夹带。

鼓泡促进装置使塔盘进口区的液层变薄，可避免漏液，因而易于鼓泡，从而使整个鼓泡区内气体分布均匀，故可增大处理能力和减少塔板压力降。

总结：

板式塔的比较：各种板式塔的比较是一个十分复杂的问题。但就生产能力、塔板效率、操作弹性、压力降及造价等方面来看，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，因而目前获得了广泛应用。筛板塔的压降小、造价低、生产能力大，除操作弹性较小外，其余均接近浮阀塔，故应用也较广。栅板塔操作范围较窄，塔板效率随负荷变化较大，应用受到一定限制。

B 塔盘结构

板式塔的塔盘分为溢流式和穿流式两类，二者之间的区别就在于溢流式塔盘有降液管，而流式塔盘上的气液两相同时通过塔盘上的孔道流动，考虑到溢流式塔盘是炼油厂主要使用形式，今天主要介绍溢流式塔盘结构。