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设备知识—板式塔

时间:2015-06-18 来源:网络 作者:佚名 收藏到我的收藏夹
简介:板式塔是一类用于气液或液液系统的分级接触传质设备,由圆筒形塔体和按一定间距水平装置在塔内的若干塔板组成。广泛应用于精馏和吸收,有些类型(如筛板塔)也用于萃取,还可作为反应器用于气液
板式塔是一类用于气液或液液系统的分级接触传质设备,由圆筒形塔体和按一定间距水平装置在塔内的若干塔板组成。广泛应用于精馏和吸收,有些类型(如筛板塔)也用于萃取,还可作为反应器用于气液相反应过程。操作时(以气液系统为例),液体在重力作用下,自上而下依次流过各层塔板,至塔底排出;气体在压力差推动下,自下而上依次穿过各层塔板,至塔顶排出。每块塔板上保持着一定深度的液层,气体通过塔板分散到液层中去,进行相际接触传质。

沿革

工业上最早出现的板式塔是筛板塔和泡罩塔。筛板塔出现于1830年,很长一段时间内被认为难以操作而未得到重视。泡罩塔结构复杂,但容易操作,自1854年应用于工业生产以后,很快得到 推广,直到20世纪50年代初,它始终处于主导地位。第二次世界大战后,炼油和化学工业发展迅速,泡罩塔结构复杂、造价高的缺点日益突出,而结构简单的筛板塔重新受到重视。通过大量的实验研究和工业实践,逐步掌握了筛板塔的操作规律和正确设计方法,还开发了大孔径筛板,解决了筛孔容易堵塞的问题。因此,50年代起,筛板塔迅速发展成为工业上广泛应用的塔型。与此同时,还出现了浮阀塔,它操作容易,结构也比较简单,同样得到了广泛应用。而泡罩塔的应用则日益减少,除特殊场合外,已不再新建。60年代以后,石油化工的生产规模不断扩大,大型塔的直径已超过 10m。为满足设备大型化及有关分离操作所提出的各种要求,新型塔板不断出现,已有数十种。

2 塔板

又称塔盘,是板式塔中气液两相接触传质的部位,决定塔的操作性能,通常主要由以下三部分组成:

①气体通道 为保证气液两相充分接触,塔板上均匀地开有一定数量的通道供气体自下而上穿过板上的液层。气体通道的形式很多,它对塔板性能有决定性影响,也是区别塔板类型的主要标志。筛板塔塔板的气体通道最简单,只是在塔板上均匀地开设许多小孔(通称筛孔),气体穿过筛孔上升并分散到液层中(图2)。泡罩塔塔板的气体通道最复杂,它是在塔板上开有若干较大的圆孔,孔上接有升气管,升气管上覆盖分散气体的泡罩(图3)。浮阀塔塔板则直接在圆孔上盖以可浮动的阀片,根据气体的流量,阀片自行调节开度(图4)。

②溢流堰 为保证气液两相在塔板上形成足够的相际传质表面,塔板上须保持一定深度的液层,为此,在塔板的出口端设置溢流堰。塔板上液层高度在很大程度上由堰高决定。对于大型塔板,为保证液流均布,还在塔板的进口端设置进口堰。

③降液管 液体自上层塔板流至下层塔板的通道,也是气(汽)体与液体分离的部位。为此,降液管中必须有足够的空间,让液体有所需的停留时间。此外,还有一类无溢流塔板,塔板上不设降液管,仅是块均匀开设筛孔或缝隙的圆形筛板。操作时,板上液体随机地经某些筛孔流下,而气体则穿过另一些筛孔上升。无溢流塔板虽然结构简单,造价低廉,板面利用率高,但操作弹性太小,板效率较低,故应用不广。

操作特性

各种塔板只有在一定的气液流量范围内操作,才能保证气液两相有效接触,从而得到较好的传质效果。可用塔板负荷性能图(图5)来表示塔板正常操作时气液流量的范围,图中的几条边线所表示的气液流量限度为:①漏液线。气体流量低于此限时,液体经开孔大量泄漏。②过量雾沫夹带线气体流量高于此限时,雾沫夹带量超过允许值,会使板效率显著下降。③液流下限线。若液体流量过小,则溢流堰上的液层高度不足,会影响液流的均匀分布,致使板效率降低。④液流上限线。液体流量太大时,液体在降液管内停留时间过短,液相夹带的气泡来不及分离,会造成气相返混,板效率降低。⑤液泛线。气液流量超过此线时,引起降液管液泛,使塔的正常操作受到破坏。如果塔板的正常操作范围大,对气液负荷变化的适应性好,就称这些塔板的操作弹性大。浮阀塔和泡罩塔的操作弹性较大,筛板塔稍差。这三种塔型在正常范围内操作的板效率大致相同。

4工业要求

工业生产对塔板的要求主要是:

①通过能力要大,即单位塔截面能处理的气液流量大。

②塔板效率要高。

③塔板压力降要低。

④操作弹性要大。

⑤结构简单,易于制造。在这些要求中,对于要求产品纯度高的分离操作,首先应考虑高效率;对于处理量大的一般性分离(如原油蒸馏等),主要是考虑通过能力大。

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