板式塔

板式塔主要类型的结构和特点

工业上常用的板式塔有：

泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、穿流栅孔板塔

浮阀塔具有的优点：

生产能力大，塔板效率高，操作弹性大，结构简单，安装方便。

二、板式塔的流体力学特性

1、塔内气、液两相的流动

A 使气液两相在塔板上进行充分接触以增强传质效果

B 使气液两相在塔内保持逆流，并在塔板上使气液量相保持均匀的错流接触，以获得较大的传质推动力。

2、气泡夹带：

液体在下降过程中，有一部分该层板上面的气体被带到下层板上去，这种现象称为气泡夹带。

3、液（雾）沫夹带：

气体离开液层时带上一些小液滴，其中一部分可能随气流进入上一层塔板，这种现象称为液（雾）沫夹带。

4、液面落差

液体从降液管流出的横跨塔板流动时，必须克服阻力，故进口一侧的液面将比出口这一侧的高。此高度差称为液面落差。

液面落差过大，可使气体向上流动不均，板效率下降。

5、气体通过塔板的压力降

压力降的影响：

A 气体通过塔板的压力降直接影响到塔低的操作压力，故此压力降数据是决定蒸馏塔塔底温度的主要依据。

B 压力降过大，会使塔的操作压力改变很大。

C 压力降过大，对塔内气液两相的正常流动有影响。

压力降：ΔP

P =ΔP

C

+ΔP

L

+ΔP

δ

塔板本身的干板阻力ΔP

C

板上充气液层的静压力ΔP

L

液体的表面张力ΔP

δ

折合成塔内液体的液柱高度M，则

ΔP P/ρL g=ΔP C/ρL g +ΔP L /ρL g +ΔPδ/ρL g

即h

p =h

c

+h

L

+h

δ

浮阀塔的压力降一般比泡罩塔板的小，比筛板塔的大。在正常操作情况，塔板的压力降以290—490 N/m2 .在减压塔中为了减少塔的真空度损失，一般约为98—245Pa 通常应在保证较高塔板效率的前提下，力求减少塔板压力降，以降低能耗及改善塔的操作性能。

6、液泛（淹塔）

汽液量相中之一的流量增大到某一数值，上、下两层板间的压力降便会增大到使降液管内的液体不能畅顺地下流。当降液管内的液体满到上一层塔板溢流堰顶之后，便漫但上层塔板上去，这种现象，称为液泛（淹塔）

如气速过大，便有大量液滴从泡沫层中喷出，被气体带到上一层塔板，或有大量泡沫生成。

如当液体流量过大时，降液管的截面便不足以使液体及时通过，于是管内液面即行升高。

上述两种情况导致液泛的情况中，比较常遇到的气体流量过大，故设计时均先以不发生过量液沫夹带为原则，定出气速的上限，在此限度内再选定一个合理的操作气速。

当气速增大到液滴所受阻力恰等于其净重时，液滴便在上升气流中处于稳定的悬浮状态。

因为d、ζ不易准确求得，

所以用C代替，即：

（1）史密斯关联图

横坐标：液气动能参数

纵坐标：C

20

参数：H

T －h

L

（2）板间距H

T

一般D<1.5m H

T

=0.2～0.4m

D>1.5m H

T

=0.4～0.6m

（3）板上液层高度h

L

常压 h

L

=0.05～0.1m 通常取0.05～0.08m

减压 h

L

≤0.025m

（4）

C

20

：由图6—53查得的负荷稀疏值。

C：操作物系的负荷系数。

δ：操作物系的表面张力，N/m。

（5）适宜的空塔气速u，即：

u=(0.6～0.8)u

max

对于直径较大、板间距较大及加压或常压操作的塔以及不易起泡物系，安全系数可取较高的数值，而对直径较小及减压操作的塔以及严重起泡的物系，安全系数应取较低的数值。

7、液沫夹带

是指板上液体被上升气流带入上一层塔板的现象。

为了保证板式塔能维持正常的操作效果，应使每千克上升气体夹

埃到上一层塔板的液体联不超过0.1kg，即控制雾沫夹带量e

V

<0.1kg （液）/kg（气）。

影响雾沫夹带的因素很多，最主要的是空塔气速和塔板间距。对于浮阀塔板上雾沫夹带量的计算，迄今尚无适用于一般工业塔的确切公式。通常是间接地用操作时的空塔气速与发展液泛时的空塔气速的比值作为估算雾沫夹带量大小的指标。此比值称为泛点百分数或称泛点率。

在下列泛点率数值范围内，一般可保证雾沫夹带量达到规定的指

标，即e

V

<0.1kg（液）/kg（气）。

大塔 F

1

<80～82%

负压塔 F

1

<75～77%

D<900mm的塔, F

1

<65～75%

式中，F

1

：泛点率，%。

C

V

：气相负荷系数，m3/s.

V

S ,L

S

：气相及液负荷，m3/s.

Z

L ：板上液体流径长度，对单溢流塔板Z

L

=D－2W

d.

。

A

b ：板上也流面积，对单溢流塔板A

B

=A

T

－A

f

。

C

F ：泛点负荷系数，可根据气相密度ρ

V

及板间距H

T

查得。

K：物系系数，其值见表6—4。

依上式算得的泛点率不在上述范围内，则应当调整有关参数，如板间距、塔径，重新计算，直至符合上述泛点率规定的范围为准。

8、泄漏

但气相符合减少，致使上升气体通过阀孔的动压不足以阻止流体经阀孔流下时，便会出现泄漏现象。

泄漏发生，塔板效率严重下降，正常操作时，泄漏应不大于液体

=5～6时，泄漏量常接近10%。流量的10%。经验证明，但阀孔动能因数F

故取F

=5～6作为控制泄漏量的操作下限。

=8～11。

当浮阀在刚全开操作，气体通过阀孔处的动能因数F

9、降液管内液面高度与液体停留时间

为了防止液泛现象的发生，须控制降液管中的清液层和泡沫层高度不能高出上层塔板的出口堰顶，否则年内液体便会漫回本层塔板，令：

一般物系取Φ= 0.5

发泡暗中物系Φ=0.3～0.4

不发泡物系Φ= 0.6～0.8

在降液观被1—1’和下一层板上

液面2—2’之间列柏努利方程，得：

要保证气相夹带不超过允许的程度，降液观内液体停留时间θ应不小于3—5S。

10、塔板的负荷性能图

确定了塔板的工艺尺寸，再按前述的各项进行流体力学验算，便可确认所设计的塔板能在的任务规定的气液负荷下正常操作，此时，还要进一步揭示该塔板的操作性能，即求出维持该塔板正常操作所允许的气液负荷波动，这个范围通常以塔板负荷性能图的形式表示，在以V

S

，

L

S

分别为纵横轴的直角坐标系中，标绘出各种不正常流体力学条件下的

V S —L

S

关系曲线，在以这些曲线为界的范围之内，才是塔的适宜操作区。

（1）、液沫夹带上限线AA’

液沫夹带上限线表示雾沫夹带量e

V

<0.1kg（液）/kg（气）时的V

S —L

S

关系，塔板的适宜操作区应在此线以下，否则将因过多的液沫夹

带而使效率下降。

此线可根据下式作出，即：

对于一定的物系及一定的塔板结构尺寸C

V ，Z

L

，A

b

，C

F

，K均为已知值，

相应于雾沫夹带量e

V <0.1kg（液）/kg（气）时的泛点率F

1

值亦可确定，

将已知值代入，便可得出一个的关系的函数式，据以作出A A’线。

(2)液泛线BB’（淹塔线）

此线表示降液管内泡沫层高度超过最大允许值时的V

S —L

S

关系，

塔板的适宜操作区应在此线以下，否则将可能发生液泛现象，破坏塔的正常操作。

将h

c ，h

L

，h

l

及h

d

的计算式代入上式，便可得出一个

的关系的函数式，据以作出BB’线，据以作出BB’。

（3）液相负荷上限线CD

亦称降液管超负荷线，此线表明液体流量大小应保证液体在降液

管内停留时间的起码条件。

θ不应小于3～5S，而按θ=5S计算，则：

依上式求得液相负荷上限L

S

的数值（常数），据以作出液相负荷上限线。

（4）泄漏线

气相负荷上限线，此线表明不发生严重泄漏现象的最低气相负荷，

再低将产生超过液体量的10%泄漏量。对于F

I

重阀，当阀孔动能因数F 0

=5～6时，泄漏量接近10%，即以此阀孔动能因数作为气相负荷下限的

依据，按F

=5计算，则

式中ρ

V ，N，d都为已知值，故可依上式求出气相负荷V

S

的下限

值，据以作出一条水平的泄漏线DE。

（5）液相负荷下限线EE’

对于平堰，一般取堰上液层高度h

ow

=0.06mm作为液相符合下限条件，低于此限时，便不能保证板上恩流的均匀分布，见低气液接触效果。

式中：L

h

—塔内液体流量，m3/h.

L

w

—堰长，m。

E—液流收缩稀疏，可从图6—57查得。一般情况下可取E值为1。所引起的误差不大。

将已知的L

W 值及h

OW

的下限值，便可求得的下限值（常数），据以

作出EE’。

在负荷性能图上有五条线所包围的阴影区域，应是塔四用于出力指定物系时的适宜操作区域。在此区域内，塔四上的流体力学状态是正常的，但区域内各点的板效率并不完全相同。如果塔的预定气液负荷的设计点P能落在该区域内的适中位置，则可望获得良好的操作效果，如果操作电紧靠某一条标界线，则当负荷稍有变动便会使效率急剧下降，甚至破坏塔的操作。

三、板式塔的设计原则

带有降液管的板式塔型虽多，但各种结构塔型的设计原则大致相同，下面一浮阀塔为例来说明。

1、板上液体的流动形式

板上液体流动形式，主要根据塔径与液体流量来确定，常用的形式有：

U形流：流体流径最长，塔板面积利用率也最高，但液面落差大，仅用于小塔。

单溢流：又称直径流，液体流径长，塔板效率较高，塔板结构简单，广泛用于直径2.2 m以下的塔。

双溢流：又称半径流，可减小液面落差，但塔板结构复杂，一般用于直径2m以上的大塔。

阶梯式双溢流：结构最复杂，只宜于塔径很大，流量很大的特殊场合。

总之，液体在塔板上的流径愈长，气液接触时间就愈长，有利于提高分离效果；但是液面落差也随之增大，不利于气体均匀分布，使分离效果降低。

目前，凡直径在2.2m以下的浮阀塔，一般都采用单溢流。但在大塔中，由于液面落差大或造成浮阀开启不均，使气体分布不均匀及出现泄漏现象，应采用双遗留以及阶梯流。见表6—5。

2、降液管

确定降液管底隙高度的原则是：保证液体流经此处时的阻力不太大，同时要有良好的液封。

h 0=L

s

/(L

w

u

`)

式中：Ls––塔内液体流量；

u

o

`––液体通过降液管时流速，一般可取0.07～0. 25m/s

有时为了简单，可用下式：

h 0 = h

W

- 0.006

h

w

––外堰高度

3、溢流堰

（1）外堰（出口堰）

堰长:单溢流取为(0.6～0.8)D；双溢流取为(0.5～0.7)D，其中D 为塔径。

堰高: h

L = h

W

+h

0W

式中：h

L

––板上清液层高度

h

OW

––堰上清液层高度。

（2）内堰（进口堰）及受液盘

若h

W >h

,h

W

`=h

W

若h

W

,h

W

`>h

0。

此外，为了保证液体有降液管流出时不致于受很大阻力,进口堰与

降液管间水平距离h

1>h

.

4、弓形降液管的宽度和截面积

降液管应有足够的横截面积，保证液体在降液管内有足够的沉将时间分离其中夹带的气泡。因此要验算降液管内液体停留时间θ

5、浮阀的数目与布置

（1）数目：浮阀塔的操作性能以浮阀刚刚全开时的最好。此时F

0=8～11。所以设计时可在此范围内选择合适的F

，然后计算出U

0（2）排列：

正三角形

等腰三角形

对于整块塔板多采用正三角形排列，孔心距t为75mm,100mm,125

mm,150mm等。

对于分块式塔板，宜采用等腰三角形叉排，t为75mm,t`为65mm, 80mm,100mm等几种尺寸，必要时还可以调整孔心距，阀数，重新作图。

否则验算F

=8～11之间。

（3）开孔率

常压塔（减压塔）开孔率常在10～13%。

加压塔开孔率＜10%，常见的为6～9%

四、塔板的流体力学验算

目的：验算所确定的塔，在设计任务规定的气液两相负荷下，能否正常操作。

内容：压降、液泛、液沫夹带、泄漏等项，直到合适为止。

第二节填料塔

一、填料塔的结构

1 塔体

金属或陶瓷塔体一般均为圆柱形

大型耐酸石或耐酸砖则以砌成放形或年多角形为便

2 填料

对操作影响较大的填料特性有：

比表面积δ：

δ=s/v=m2/m3=单位体积填料层所具有的表面积

δ传质面积

空隙率ε：

单位体积填料层所具有的空隙体积

ε应尽可能大,以提高气液通过能力和减小气液阻力

填料因子φ：

把有液体喷淋条件下实测的δ/2相应数值称湿填料因子,也称填料因子φ,单位:l/m

φ↓填料阻力↓发生液泛时的气速亦即流体力学性能好

单位堆积体积的填料数目：

填料尺寸↓数目δε↓气流阻力填料造价

填料尺寸塔壁处ε气流易短路,为控制气流不均匀,填料尺寸不应大于（1/10----1/8）D

填料的种类:：

分实体填料和网体填料两大类

常用填料有:：

拉西环、鲍尔环、阶梯环、弧鞍与矩鞍填料、网体填料

3 填料支承装置：删板填料支承、升气管式支承

4 液体的分布装置：

塔顶液体分布装置：a 莲蓬头式喷洒器b 盘式分布器c 齿槽式分布器

液体再分布器： a 截锥式液体再分布器b 升气管式支承板作液体再分布器

二、填料塔的流体力学特性

1 塔内气液两相的流动

当液体自塔顶向下借重力在填料表面作膜状流动时,膜内平均流速决定于流动的阻力。而此阻力来自于液膜与填料表面,及液膜与上升气流之间的摩擦

液膜厚度不仅取决于液体流量,而且与气体流量有关

气量液膜厚填料内的持液量

图7-29为不同液体喷淋量下取得的填料层压力降与空塔气速的双对数关系线

线A:气体通过干填料层时,压力降与空塔气速的关系,为直线

线B:有液体喷淋,液体量小

线C:有液体喷淋,液体量大

以线B为例:

u较低（点L以下）:线与A线大致平行。u ?P 液体下流与流速无关

u大于u

以后:线斜率增大,上升气流开始阻碍液体顺利下流,?P

L

u大于u

以后:?P与u成垂直关系,表明上升气体足以阻止液体下流,于

F

是液体填料层充满填料层空隙,气体只能鼓泡上升,随之液体被气流带出塔顶,发生液泛。

以后,气速以使上升气流与下降液体载点（L点）:空塔气速u增大到u

L

间摩擦力开始阻碍液体顺利下流,使填料表面持液量增多,战去更多空隙,气体实际速度与空塔气速的比值显著提高,故压力降比以前增加的快,这种现象称载液,L点称载点。

泛点F:u增大到u

以后?P与u成垂直关系,表明上升气体足以阻止液体

F

下流,于是液体填料层充满填料层空隙,气体只能鼓泡上升,随之液体被气流带出塔顶,塔的操作极不稳定,甚至被完全破坏,这种现象称液泛,F 点称为泛点。

线C的载点和泛点气速都比线B的更低

目前一般认为填料塔的正常操作状态只到泛点为止。

2 填料层的压力降

吸收操作中,需知压力降以确定动力消耗；精馏操作中,需知压力降以确定釜压

目前多用埃克特的通用图而重新绘制的填料层压降和填料塔泛点的通用关联图求?P。

3 泛点气速

用图7-30计算

（1）先求横坐标

（2）过横坐标点作垂线,交泛点线得泛点纵坐标

（3）由泛点纵坐标求泛点气速

三、填料塔的设计原则

1 填料的选择

填料尺寸的选定

填料材质方面的选定

2塔径

塔径取决于气体的体积流量和适宜的空塔气速。前者由生产条件决定,后者则在设计时规定

泛点率:适宜空塔气速与泛点气速之比

u

适宜=（50%--80%）u

泛点

一般填料塔的操作气速大致在0.2--1.0m/s

D2=4V

S

/πu

u:适宜的空塔气速

用上法计算出的塔径要进行圆整,且要验算塔内液体的喷淋密度是否大于最小喷淋密度

喷淋密度U

min =（L

W

）

min

δ

润湿率L

W

:指塔的横截面上,单位长度的填料周边上,液体的体积流量

L

W

=U/δ

一般D≤75mm （L

W ）

min

=0.08m3/mh

D>75mm （L

W ）

min

=0.12m3/mh

如果限于生产条件,所采用的喷淋密度使润湿率低于上述规定数值时,就要增高填料层作为补偿,即按正常方法算出的填料层高度再除以填料表面效率η

表

η表由图7-31查查得

此外,为保证填料润湿均匀,还应注意使塔径与填料尺寸之比大于8,即选用填料不宜过大,以免使填料与塔壁之间存在额外空隙,而易于出现壁流现象

3 压力降

以图7-30计算?P。

若?P超出工艺要求时,则按?P由图7-30反求气速u,再重算塔径D

普通常压塔:?P=147--490P

a

/m填料层

真空塔:?P≤78P

/m填料层

a

4 填料高度

传质单元法

等板高度法

四、填料塔与板式塔的比较

1 操作范围

2 物料要求和清洗

3 温度要求装置的安装难易

4 规模

5 准确可靠性

6 造价

7 对易气泡的物系的适用情况

8 对物系的腐蚀性的适用情况

9 热敏性物系

10 板压降,耗能

11 对气膜控制的适用

板式塔

板式塔主要类型的结构和特点 工业上常用的板式塔有： 泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、穿流栅孔板塔 浮阀塔具有的优点： 生产能力大，塔板效率高，操作弹性大，结构简单，安装方便。 二、板式塔的流体力学特性 1、塔内气、液两相的流动 A 使气液两相在塔板上进行充分接触以增强传质效果 B 使气液两相在塔内保持逆流，并在塔板上使气液量相保持均匀的错流接触，以获得较大的传质推动力。 2、气泡夹带： 液体在下降过程中，有一部分该层板上面的气体被带到下层板上去，这种现象称为气泡夹带。 3、液（雾）沫夹带： 气体离开液层时带上一些小液滴，其中一部分可能随气流进入上一层塔板，这种现象称为液（雾）沫夹带。 4、液面落差 液体从降液管流出的横跨塔板流动时，必须克服阻力，故进口一侧的液面将比出口这一侧的高。此高度差称为液面落差。 液面落差过大，可使气体向上流动不均，板效率下降。 5、气体通过塔板的压力降 压力降的影响： A 气体通过塔板的压力降直接影响到塔低的操作压力，故此压力降数据是决定蒸馏塔塔底温度的主要依据。 B 压力降过大，会使塔的操作压力改变很大。 C 压力降过大，对塔内气液两相的正常流动有影响。

压力降：ΔP P =ΔP C +ΔP L +ΔP δ 塔板本身的干板阻力ΔP C 板上充气液层的静压力ΔP L 液体的表面张力ΔP δ 折合成塔内液体的液柱高度M，则 ΔP P/ρL g=ΔP C/ρL g +ΔP L /ρL g +ΔPδ/ρL g 即h p =h c +h L +h δ 浮阀塔的压力降一般比泡罩塔板的小，比筛板塔的大。在正常操作情况，塔板的压力降以290—490 N/m2 .在减压塔中为了减少塔的真空度损失，一般约为98—245Pa 通常应在保证较高塔板效率的前提下，力求减少塔板压力降，以降低能耗及改善塔的操作性能。 6、液泛（淹塔） 汽液量相中之一的流量增大到某一数值，上、下两层板间的压力降便会增大到使降液管内的液体不能畅顺地下流。当降液管内的液体满到上一层塔板溢流堰顶之后，便漫但上层塔板上去，这种现象，称为液泛（淹塔） 如气速过大，便有大量液滴从泡沫层中喷出，被气体带到上一层塔板，或有大量泡沫生成。 如当液体流量过大时，降液管的截面便不足以使液体及时通过，于是管内液面即行升高。 上述两种情况导致液泛的情况中，比较常遇到的气体流量过大，故设计时均先以不发生过量液沫夹带为原则，定出气速的上限，在此限度内再选定一个合理的操作气速。 当气速增大到液滴所受阻力恰等于其净重时，液滴便在上升气流中处于稳定的悬浮状态。 因为d、ζ不易准确求得，

板式塔设计

板式塔设计 概述 本章符号说明 英文字母 A a——塔板开孔区面积，m2； A f——降液管截面积，m2； A0——筛孔总面积，m2； A T——塔截面积，m2； c0——流量系数，无因次； C——计算u max时的负荷系数，m/s； C s——气相负荷因子，m/s； d0——筛孔直径，m； D——塔径，m； ev——液沫夹带量,kg(液)/kg(气)； E——液流收缩系数，无因次; E T——总板效率，无因次； F——气相动能因子，kg1/2/(s·m1/2)； F0——筛孔气相动能因子，kg1/2/(s·m1/2)； h1——进口堰与降液管间的水平距离，m； h c——与干板压降相当的液柱高度，m液柱； h d——与液体流过降液管的压降相当的液柱高度，m：h f——塔板上鼓泡层高度，m； h l——与板上液层阻力相当的液柱高度，m； h L——板上清液层高度，m； h0——降液管的底隙高度，m； h ow——堰上液层高度，m； h w——出口堰高度，m； h′w——进口堰高度，m； hσ——与克服σ的压降相当的液柱高度，m；H——板式塔高度; H B——塔底空间高度，m； H d——降液管内清液层高度，m； H D——塔顶空间高度，m； H F——进料板处塔板间距，m ；

H P——人孔处塔板间距，m； H T——塔板间距，m； H1——封头高度，m； H2——裙座高度，m； K——稳定系数，无因次； l W——堰长，m； L h——液体体积流量，m3/h； L S——液体体积流量，m3/s； n——筛孔数目； N T——理论板层数； P——操作压力，Pa； △P——压力降，Pa； △P p——气体通过每层筛板的压降，Pa；r——鼓泡区半径，m； t——筛孔的中心距，m； u——空塔气速，m/s； u F——泛点气速，m/s u0——气体通过筛孔的速度，m/s； u0.min——漏液点气速，m/s； u′0——液体通过降液管底隙的速度，m/s；V h——气体体积流量，m3/h； V S——气体体积流量，kg/s； W L——液体质量流量，kg/s； W V——气体质量流量，kg/s； W c——边缘无效区宽度，m； W d——弓形降液管宽度，m； W s——破沫区宽度，m； Z——板式塔的有效高度，m； 希腊字母 β——充气系数，无因次； δ——筛板厚度，m θ——液体在降液管内停留时间，s；μ——粘度，Pa·s； ρ——密度，kg/m3； σ——表面张力，N/m； φ——开孔率或孔流系数，无因次；

板式塔介绍

塔设备是化工、石油等工业中广泛使用的重要生产设备。塔设备的基本功能在于提供气、液两相以充分接触的机会，使质、热两种传递过程能够迅速有效地进行；还要能使接触之后的气、液两相及时分开，互不夹带。因此，蒸馏和吸收操作可在同样的设备中进行。 根据塔内气液接触部件的结构型式，塔设备可分为板式塔与填料塔两大类。 板式塔内沿塔高装有若干层塔板(或称塔盘)，液体靠重力作用由顶部逐板流向塔底，并在各块板面上形成流动的液层；气体则靠压强差推动，由塔底向上依次穿过各塔板上的液层而流向塔顶。气、液两相在塔内进行逐级接触，两相的组成沿塔高呈阶梯式变化。 填料塔内装有各种形式的固体填充物，即填料。液相由塔顶喷淋装置分布于填料层上，靠重力作用沿填料表面流下；气相则在压强差推动下穿过填料的间隙，由塔的一端流向另一端。气、液在填料的润湿表面上进行接触，其组成沿塔高连续地变化。 目前在工业生产中，当处理量大时多采用板式塔，而当处理量较小时多采用填料塔。蒸馏操作的规模往往较大，所需塔径常达一米以上，故采用板式塔较多；吸收操作的规模一般较小，故采用填料塔较多。 本章重点介绍板式塔的塔板类型，分析操作特点并讨论浮阀塔的设计，同时还介绍各种类型填料塔的流体流体力学特性和计算。 第1节板式塔 板式塔为逐级接触式气液传质设备。在一个圆筒形的壳体内装有若干层按一定间距放置的水平塔板，塔板上开有很多筛孔，每层塔板靠塔壁处设有降液管。气液两相在塔板内进行逐级接触，两相的组成沿塔高呈阶梯式变化。板式塔的空塔气速很高，因而生产能力较大，塔板效率稳定，造价低，检修、清理方便 3.1.1塔板类型 按照塔内气液流动的方式，可将塔板分为错流塔板与逆流塔板两类。 错流塔板：塔内气液两相成错流流动，即流体横向流过塔板，而气体垂直穿过液层，但对整个塔来说，两相基本上成逆流流动。错流塔板降液管的设置方式及堰高可以控制板上液体流径与液层厚度，以期获得较高的效率。但是降液管占去一部分塔板面积，影响塔的生产能力；而且，流体横过塔板时要克服各种阻力，因而使板上液层出现位差，此位差称之为液面落差。液面落差大时，能引起板上气体分布不均，降低分离效率。错流塔板广泛用于蒸馏、吸收等传质操作中。 逆流塔板亦称穿流板，板间不设降液管，气液两相同时由板上孔道逆向穿流而过。栅板、淋降筛板等都属于逆流塔板。这种塔板结构虽简单，板面利用率也高，但需要较高的气速才能维持板上液层，操作范围较小，分离效率也低，工业上应用较少。 本教材只介绍错流塔板。

用Aspen模拟板式塔与填料塔的区别

用Aspen 模拟塔单元操作分为操作模拟和设计计算。两种模拟计算方法有所不同。 1 填料塔操作模拟 模拟已知的填料操作可以用radFrace 和rateFrace模块。 模拟操作是对已有的塔进行操作模拟，塔的结构参数是已知的，通过调节某些参数来与实际生产情况吻合。填料塔操作模拟要有两个难点问题：一是平衡级数的选择，二是调节那些参数选择。 1.1 平衡级数 rateFrace 和radFrace 模块要求输入板数，和板式塔模拟操作一样，操作模拟数据应该是实际塔的参数，这里要输入实际塔的板数。对于板式塔没有问题，但对于填料塔的实际板数如何取？ 作操作模拟时，和rateFrace和radFrace模块板数（平衡级数）可以任意取，只是计算精度的问题。然后，设置填料核算（Pack Rating）中的每段填料高度（Section pack height）与之对应。如：某填料塔实际填料高度15m，进行操作模拟时，塔板数（Number of stages）输入为5，则在下面的Pack Rating 页的Packed height 栏选择Section packed height 并填入3。 这里的实际级数最好不要小于理论级数，在不确定理论级数时应尽量多取。 1.2 调节参数 进行塔操作模拟时，通过调节塔板效率来与实际相吻合。 和板式塔一样，如果不输入塔板效率则系统按选择的计算方法计算塔板效率（这个效率计算方法有两种：Vaporization efficiencies和Murphree efficiencies）。作操作模拟时按计算效率得到的结果和实际值会不一致，这时通过调节塔板效率来与实际相吻合。 2 填料塔设计 填料精馏塔与填料吸收塔的设计计算有所区别，对于单进料的精馏塔，与板式塔设计计算一样，首先用简捷模块计算理论板数，然后radFrace 或rateFrace 模块进行详细计算。无论用那种模块，设计计算都要用到设计规定，通过调整填料高度来满足设计要求。 填料塔设计比板式塔复杂，原因是由于填料塔设计本身的复杂性，设计软件无法依据给定的设计参数，按照某一个不变的设计路线作出最后的设计结果，需要设计者利用各模块的功能，自己设计一个计算路线，完成给定的设计任务。 2.1 用RadFrace计算 1.吸收剂用量的初步估算（手算）

板式塔发展现状资料讲解

板式塔发展现状

一、板式塔的发展历程与研究方向 蒸馏是一种量大而面广的工业分离混合物的方法，广泛应用于化工、炼油、食品、轻工业等许多工业部门，在国民经济中占有很大的比重。据统计，塔设备的投资费用占化工和石化过程共投资费用的25%，占总能耗的40%。此外，塔设备性能的好坏对产品质量和产量起着十分重要的作用，对降低能耗、降低生产成本和提高企业竞争实力有着重大的意义。 近年来，尽管涌现出很多新的分离技术，在实际生产过程中，蒸馏操作仍占据这很重要的地位。虽然从20世纪80年代开始，高效规整填料在工业塔中的成功应用改变了工业蒸馏设备长期以来已板式塔为主的的局面，但板式塔因其设备造价低廉、操作范围广、对各种物系适应强、易于清理和检修等优点，在蒸馏操作中仍占有不可替代的地位。特别是高压、高粘度等特殊工况条件下，板式塔仍占有优势。由于板式塔在蒸馏设备中占有重要地位，所以各国研究者对塔板性能的研究和新型塔板的开发与应用方面做了大量的工作，其中一个重要的方面就是对塔板的流体力学性能和塔板上流体流动状况的研究，另外就是开发高效、节能、结构简单和的新型塔设备。板式塔作为完成蒸馏操作的过程的一个主要设备，得到了广泛深入的研究。 二、板式塔发展历史 早在1813年Cellier就提出了泡罩塔，筛板塔也早在1832年开始用于生产。19世纪初，新的炼油工艺又推动了塔设备的发展。进入20世纪后，石油成为主要能源和石油化学工业的原料，早期的塔设备已不能满足这些不断更新的工艺过程需要，这就促进了精馏技术和塔设备有了新的发展。塔设备的发展大致可分为四个阶段：

(1)第二次世界大战结束前，塔设备主要用于炼油工业，塔型中以泡罩塔为主，而在无机酸工业中则多用于填料塔。 （2）第二次世界大战结束后，炼油和石油化学工业有了较大的发展，促使塔设备不断增加，除了对筛板、泡罩等原有塔型进行改进外，也出现了一些新型塔板。 （3）进入60年代以后，炼厂生产能力不断增大，使设备向大型化方向发展，与此同时，石油化工凶猛发展，提出了对塔型的某些特殊要求，因此出现了一些具有相应性能的塔板，适应高压、减压、高效、大液负荷、高弹性等要求。 （4）70年代后，塔板研究逐年减少。据报道，欧美等国大学中研究新塔板的课题为数不多，其原因是他们认为现有的各类塔板性能颇为接近，基本上可以满足所有蒸馏操作的要求。有人预言，除“并流”塔以外，近期内不会有彻底革新的新型踏板问世。但是由于能源愈益紧张而昂贵，使得能耗巨大的蒸馏过程与设备的研究开发工作仍在持续进行，新型塔板不断仍不断出现，尤其是那些大通量、低压降和高效率的塔板，更受人们欢迎。 三、塔板的发展概况 板式塔的种类繁多，根据其板内件的结构不同可分为泡罩型塔板、浮阀型塔板和筛孔型塔板等。 1.泡罩型塔板 泡罩塔是最早的典型的板式塔，自从1813年Cellier提出泡罩塔，并在化学工业生产上采用以来，泡罩塔在蒸馏、吸收等两相传质设备中曾占主导地位。泡罩塔在1920年被引入炼油工业，但是直到1924年在克劳斯过程中获得成功，泡罩塔才被广泛应用。近二三十年来，出现了许多新型塔板和高效填料。与泡罩塔相

板式塔和填料塔对比

板式塔和填料塔对比 Company number：【WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998】

1.1.1.1填料塔与板式塔的比较 表8-2 精馏塔的主要类型及特点 类型板式塔填料塔 结构特点每层板上装配有不同型式的 气液接触元件或特殊结构， 如筛板、泡罩、浮阀等；塔 内设置有多层塔板，进行气 液接触塔内设置有多层整砌或乱堆的填料，如拉西环、鲍尔环、鞍型填料等散装填料，格栅、波纹板、脉冲等规整填料；填料为气液接触的基本元件 操作特点气液逆流逐级接触微分式接触，可采用逆流操作，也 可采用并流操作 设备性能空塔速度（亦即生产能力） 高，效率高且稳定；压降 大，液气比的适应范围大， 持液量大，操作弹性小大尺寸空塔气速较大，小尺寸空塔气速较小；低压时分离效率高，高压时分离效率低，传统填料效率较低，新型乱堆及规整填料效率较高； 大尺寸压力降小，小尺寸压力降大； 要求液相喷淋量较大，持液量小， 制造与维修直径在600mm以下的塔安装 困难，安装程序较简单，检 修清理容易，金属材料耗量 大新型填料制备复杂，造价高，检修清理困难，可采用非金属材料制造，但安装过程较为困难 适用场合处理量大，操作弹性大，带 有污垢的物料处理强腐蚀性，液气比大，真空操作要求压力降小的物料 1.1.1.2板式塔塔型选择一般原则： 选择时应考虑的因素有：物料性质、操作条件、塔设备性能及塔的制造、安装、运转、维修等。 1）下列情况优先选用填料塔： a.在分离程度要求高的情况下，因某些新型填料具有很高的传质效率，故可采用新型填料以降低塔的高度； b.对于热敏性物料的蒸馏分离，因新型填料的持液量较小，压降小，故可优先选择真空操作下的填料塔； c.具有腐蚀性的物料，可选用填料塔。因为填料塔可采用非金属材料，如陶瓷、塑料等； d.容易发泡的物料，宜选用填料塔。 2）下列情况优先选用板式塔： a.塔内液体滞液量较大，操作负荷变化范围较宽，对进料浓度变化要求不敏感，操作易于稳定； b.液相负荷较小； c.含固体颗粒，容易结垢，有结晶的物料，因为板式塔可选用液流通道较大的塔板，堵塞的危险较小； d.在操作过程中伴随有放热或需要加热的物料，需要在塔内设置内部换热组件，如加热盘管，需要多个进料口或多个侧线出料口。这是因为一方面板式塔的

塔器及塔内件介绍要点

塔器及塔内件介绍 一、塔器 1.塔器：是进行气相和液相或液相和液相间物质传递的设备。 2.塔器的分类：按结构分板式塔和填料塔两大类。 3.板式塔：内设有一定数量的塔板，气体以鼓泡或喷射形式与塔板上液层相接触进行物质传递。可根据气液操作状态分为鼓泡式塔板，如浮阀、泡帽、筛板等塔板和喷射式，如网孔、舌形等塔板。又可以根据有无降液管分为溢流式塔板（泡帽等）和穿流式（穿流式栅板和穿流式筛板等）。 4.填料塔：内装有一定高度的填料，液体沿填料自上向下流动，气体由下向上同液膜逆流接触，进行物质传递。常应用于蒸馏、吸水、萃取等操作中。根据结构特点分为乱堆填料（阶梯环、鲍尔环等颗粒填料）和规则填料（网波纹填料和波板纹填料） 5.填料塔的结构特点 填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备。填料塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动。液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，经气体分布装置（小直径塔一般不设气体分布装置）分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。 当液体沿填料层向下流动时，有逐渐向塔壁集中的趋势，使得塔壁附近的液流量逐渐增大，这种现象称为壁流。壁流效应造成气液两相在填料层中分布不均，从而使传质效率下降。因此，当填料层较高时，需要进行分段，中间设置再分布装置。液体再分布装置包括液体收集器和液体再分布器两部分，上层填料流下的液体经液体收集器收集后，送到液体再分布器，经重新分布后喷淋到下层填料上。填料塔具有生产能力大，分离效率高，压降小，持液量小，操作弹性大等优点。填料塔也有一些不足之处，如填料造价高；当液体负荷较小时不能有效地润湿填料表面，使传质效率降低；不能直接用于有悬浮物或容易聚合的物料；对侧线进料和出料等复杂精馏不太适合等。 塔设备有许多种类型，塔设备是化工、石油化工和炼油生产中最重要的设备之一。它可使气液或液液两相之间进行紧密接触，达到相际传质及传热的目的。可在塔设备中

板式塔和填料塔对比

表8-2 精馏塔的主要类型及特点 类型板式塔填料塔 结构特点每层板上装配有不同型式的 气液接触元件或特殊结构，如 筛板、泡罩、浮阀等；塔内设 置有多层塔板，进行气液接触塔内设置有多层整砌或乱堆的填料，如拉西环、鲍尔环、鞍型填料等散装填料，格栅、波纹板、脉冲等规整填料；填料为气液接触的基本元件 操作特点气液逆流逐级接触微分式接触，可采用逆流操作，也 可采用并流操作 设备性能空塔速度（亦即生产能力）高， 效率高且稳定；压降大，液气 比的适应范围大，持液量大， 操作弹性小大尺寸空塔气速较大，小尺寸空塔气速较小；低压时分离效率高，高压时分离效率低，传统填料效率较低，新型乱堆及规整填料效率较高；大尺寸压力降小，小尺寸压力降大；要求液相喷淋量较大，持液量小，操作弹性大 （续表） 制造与维修直径在600mm以下的塔安装困 难，安装程序较简单，检修清 理容易，金属材料耗量大新型填料制备复杂，造价高，检修清理困难，可采用非金属材料制造，但安装过程较为困难 适用场合处理量大，操作弹性大，带有 污垢的物料处理强腐蚀性，液气比大，真空操作要求压力降小的物料 1.1.1.1板式塔塔型选择一般原则： 选择时应考虑的因素有：物料性质、操作条件、塔设备性能及塔的制造、安装、运转、维修等。 1）下列情况优先选用填料塔： a.在分离程度要求高的情况下，因某些新型填料具有很高的传质效率，故可采

用新型填料以降低塔的高度； b.对于热敏性物料的蒸馏分离，因新型填料的持液量较小，压降小，故可优先选择真空操作下的填料塔； c.具有腐蚀性的物料，可选用填料塔。因为填料塔可采用非金属材料，如陶瓷、塑料等； d.容易发泡的物料，宜选用填料塔。 2）下列情况优先选用板式塔： a.塔内液体滞液量较大，操作负荷变化范围较宽，对进料浓度变化要求不敏感，操作易于稳定； b.液相负荷较小； c.含固体颗粒，容易结垢，有结晶的物料，因为板式塔可选用液流通道较大的塔板，堵塞的危险较小； d.在操作过程中伴随有放热或需要加热的物料，需要在塔内设置内部换热组件，如加热盘管，需要多个进料口或多个侧线出料口。这是因为一方面板式塔的结构上容易实现，此外，塔板上有较多的滞液以便与加热或冷却管进行有效地传热； e.在较高压力下操作的蒸馏塔仍多采用板式塔。 1.1.1.2板式塔塔盘的类型与选择 1）塔板种类 根据塔板上气、液两相的相对流动状态，板式塔分为穿流式和溢流式。目前板式塔大多采用溢流式塔板。穿流式塔板操作不稳定，很少使用。 2）各种塔盘性能比较 工业上需分离的物料及其操作条件多种多样，为了适应各种不同的操作要求，迄今已开发和使用的塔板类型繁多。这些塔板各有各的特点和使用体系，现将几种主要塔板的性能比较。 表8-3 塔板性能的比较 塔盘类型优点缺点适用场合 泡罩板较成熟、操作稳定结构复杂、造价高、塔 特别容易堵塞的物系 板阻力大、处理能力小

板式塔知识

浮阀塔F-型（国外通称V-型）是用钢板冲压而成的圆形阀片，浮阀塔F-型下面有三条阀腿，把三条阀腿装入塔板的阀孔之后，用工具将腿下的阀脚扭转90°，则浮阀就被限制在浮孔内只能上下运动而不能脱离塔板。当气速较大时，浮阀塔F-型浮阀被吹起，达到最大开度；当气速较小时，气体的动压头小于浮阀自重，于是浮阀塔F-型浮阀下落，浮阀周边上三个朝下倾斜的定距片与塔板接触，此时开度最小。定距片的作用是保证最小气速时还有一定的开度，使气体与浮阀塔F-型塔板上液体能均匀地鼓泡，避免浮阀与塔板粘住。浮阀塔F-型浮阀的开度随塔内气相负荷大小自动调节，可以增大传质的效果，减少雾沫夹带。 10.2.8浮阀塔的设计 1.浮阀塔型式 前已提及，浮阀的型式有很多，国内采用的多为F－1型浮阀，这种浮阀的结构简单、制造方便、省材料，对其性能已有所掌握。F－1型浮阀分轻阀和重阀良种，轻阀约25g，重阀约33。已有部颁标准（JB1118－81），其结构尺寸见图10－26和表10－6。 图10－26 F－1型浮阀

2.阀的排列 浮阀一般按正三角形排列，也有采用等腰三角形排列的（例如分块式塔板中）。在正三角形排列中分顺派和叉排，见图10－27(a)、(b)。叉排时从相邻两阀吹出气流搅动液层的作用较显著，使相邻两阀容易吹开，液面落差较小，鼓泡均匀。 （a ）顺排 图10－27 浮阀的排列 浮阀中心距可取75、100、125、150mm 等几种。现国内浮阀中心距推荐为75mm(见浮阀塔盘系列JB1206－91)。当用钻孔法加工时，中心距可不受此限制。排与排间距t 推荐为65、80、100mm 三种，必要时可以适当调整。塔板上阀控开孔率按阀数而定，一般为4%5% 左右。 3.阀数确定 一般在正常负荷下，希望浮阀刚好在全开时操作，根据试验表明，此时阀孔动能因数 08~11F =，一般按此确定所需阀数，对不同工艺情况，可适当调整。如要求操作下限大 时可采取较大的0F 。选定0F 值后，由下式确定孔速： 0u = （10—31） 式中，0u —孔速，m/s ； 0F —阀孔动能因素； G ρ—气体密度，kg/m 3； F-1型浮阀的孔径为39mm ，故浮阀个数n 为 20008370.232 0.785(0.039)s s V V V n u u u = ==? （10—32） 式中，s V —气体流量，m 3/s ； V —气体流量，m 3/h 。

板式塔和填料塔对比

1.1.1.1填料塔与板式塔的比较 表8-2 精馏塔的主要类型及特点 类型板式塔填料塔 结构特点每层板上装配有不同型式的 气液接触元件或特殊结构， 如筛板、泡罩、浮阀等；塔 内设置有多层塔板，进行气 液接触塔内设置有多层整砌或乱堆的填料，如拉西环、鲍尔环、鞍型填料等散装填料，格栅、波纹板、脉冲等规整填料；填料为气液接触的基本元件 操作特点气液逆流逐级接触微分式接触，可采用逆流操作， 也可采用并流操作 设备性能空塔速度（亦即生产能力） 高，效率高且稳定；压降大， 液气比的适应范围大，持液 量大，操作弹性小大尺寸空塔气速较大，小尺寸空塔气速较小；低压时分离效率高，高压时分离效率低，传统填料效率较低，新型乱堆及规整填料效率较高； 大尺寸压力降小，小尺寸压力降大； 要求液相喷淋量较大，持液量小，操作弹性大 （续表） 制造与维修直径在600mm以下的塔安装 困难，安装程序较简单，检 修清理容易，金属材料耗量 大新型填料制备复杂，造价高，检修清理困难，可采用非金属材料制造，但安装过程较为困难 适用场合处理量大，操作弹性大，带 有污垢的物料处理强腐蚀性，液气比大，真空操作要求压力降小的物料 1.1.1.2板式塔塔型选择一般原则： 选择时应考虑的因素有：物料性质、操作条件、塔设备性能及塔的制造、安装、运转、维修等。 1）下列情况优先选用填料塔： a.在分离程度要求高的情况下，因某些新型填料具有很高的传质效率，故可采用新型填料以降低塔的高度； b.对于热敏性物料的蒸馏分离，因新型填料的持液量较小，压降小，故可优先选择真空操作下的填料塔； c.具有腐蚀性的物料，可选用填料塔。因为填料塔可采用非金属材料，如陶

精馏塔的介绍

无论是平衡蒸馏还是简单蒸馏，虽然可以起到一定的分离作用，但是并不能将混合物分离为具有一定量的高纯度产品。在石油化工生产中常常要求获得纯度很高的产品，通过精馏过程可以获得这种高纯度的产品。 精馏过程所用的设备称为精馏塔，大体上可以分为两大类：①板式塔，气液两相总体上作多次逆流接触，每层板上气液两相一般作交叉流。②填料塔，气液两相作连续逆流接触。 一般的精馏装置由精馏塔塔身、冷凝器、回流罐，以及再沸器等设备组成。进料从精馏塔中某段塔板上进人塔内，这块塔板称为进料板。进料板将精馏塔分为上下两段，进料板以上部分称为精馏段，进料板以下部分称为提馏段。 塔板的分类

板式塔是一种应用极为广泛的气液传质设备，它由一个通常呈圆柱形的壳体及其中按一定间距水平设置的若干塔板所组成。板式塔正常工作时，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，气体穿过板上液层时，两相接触进行传质。 板式塔种类繁多，通常可分类如下： 按塔板结构分，有泡罩板、筛板、浮阀板、网孔板、舌形板等等。历史上应用最早的有泡罩塔及筛板塔，20世纪50年代前后，开发了浮阀塔板。现应用最广的是筛饭和浮阀塔板，其他不同型式的塔板也有应用。一些新型塔板或传统塔板的改进型也在陆续开发和研究中。 按气液两相的流动方式分，有错流式塔板和逆流式塔板，或称有降液管塔板和无降液管塔板。有降液管塔板应用极广，它们具有较高的传质效率和较宽的操作范围；无降液管的逆流式塔板也

常称为穿流式塔板，气液两相均由塔板上的孔道通过。塔板结构简单，整个塔板面积利用较充分。常用的有穿流式筛板、穿流式栅板、穿流式波纹板等。 按液体流动型式分，有单流形、双流形、U形流形及其他流形(如四流形、阶梯形、环流形等)。 单流形塔板应用最为广泛，它结构简单，液流行程长，有利于提高塔板效率。但当塔径或液量过大时，塔板上液面梯度会较大，导致气液分布不均，或造成降液管过载，影响塔板效率和正常操作。 双流形塔板宜用于塔径较大及液流量较大时，此时，液体分流为两股，可以减少溢流堰的液流强度和降液管负荷，同时，也减小了塔板上的液面梯度。但塔板的降液管要相间地置于塔板的中间或两边，多占一些塔板传质面积。

精馏塔结构

10. 气液传质设备 精馏和吸收都属气液传质过程，过程进行的主要设备是塔设备。它广泛用于各种化工生产中。本章主要讨论其设计和应用、操作情况。 塔设备可按气液接触部件的结构形式分为：板式塔和填料塔。无论哪一种塔设备，其基本功能都在于提供气、液两相充分接触的机会，使热质两种传递过程能够有效的进行，还要使接触后两相及时分开，互不夹带。 评价塔设备的基本指标主要包括： 1、生产能力：即单位塔截面上单位时间的物料处理量； 2、分离效率：对板式塔是指每层塔板可达到的分离程度；对填料塔是指单位高度填料层所能达到的分离程度； 3、适应能力及操作弹性：指对各种物料性质的适应性以及在负荷波动时维持稳定操作而且保持较高分离效率的能力； 4、流动阻力：即气相通过每层塔板或单位高度填料层的压强降； 5 造价和安装、维修的难易。 在实际生产中，一个塔的性能不仅与其结构因素有关，还与设计是否合理、使用是否得当、操作范围是否在适宜范围之内等因素有关。 10.1 板式塔 10.1.1 概述 板式塔的设计意图 板式塔的结构简图见图10-1。 塔体是圆柱形，塔内每隔一定间距装一块塔板。液体 由上部进入流过每层塔板，气体由下部进入穿过每层 塔板，板上有一定液层，以保持气液接触。在总体上 汽液呈逆流，在每块塔板上汽液成错流。 筛孔塔板的构造 塔板是板式塔的主要部件。塔板的 形式有许多种，此处以筛孔塔板为例进行介绍。 塔板的主要构件或结构包括：

1、塔板上的气体通道，主要是使气体通过并与板上液体接触。对筛板塔、筛孔就是按一定排列方式钻出的小孔，孔径一般3～8mm，也有大孔径12～25mm。 2、溢流堰 为使塔板上保留一定液层，板出口处装置溢流堰，大液量 采用平直堰，小液量采用齿形堰，高用hw，长度用lw表示。 3、降液层 每层塔板下流的液体经降液管流入下层塔板。对小塔采用 管式降液管，对稍大一点的塔都采用弓形降液管。 降液层下部必须液封，以防止气体短路，从降液管进入上 层塔板。液封的方法有两种：一是在降液管前安装进口堰，但 进口堰高度必须小于出口堰高，另一种是采用凹形受液盘，即如图所示。参见上图。 对于小塔（直径约2m以下）多用单流道，即一个降液管，对于大塔，采用双流道或多流道，则有两个或多个降液管。 10.1.2塔板上的汽液接触状态 塔板上的汽液接触状态有三种： 鼓泡接触状态 低气速时，气体以鼓泡状态通过液层，此时液相为连续相，气相为分散相，两相接触表面为气泡表面。此时湍动程度小，传质阻力大。 泡沫接触状态 也称蜂巢状接触，此时气速较高，气泡表面连成一片，并不断发生合并和破裂，板上液体大部分以液膜状态存在于气泡之间，此即称泡沫接触或蜂巢状接触。在此状态下，液相仍为连续相，气相为分散相，并且接触面积为液膜面积。筛孔塔板的正常操作工况都应在此种接触工况下操作。

板式塔技术说明

板式塔技术说明 板式塔的主要特征是在塔内装置一定数量的塔板，原水水平流过塔板，经降液管流入下一层塔板，载气以鼓泡或喷射方式穿过板上水层，相互接触传质。塔内气相和水相组成沿塔高呈阶梯变化。板式塔的传质效率比填料塔高。 一、板式塔的结构 板式塔为逐级接触式的气液传质设备，其结构如图 12-6 所示。它由圆柱形壳体、塔板、溢流堰、降液管及 受液盘等部件组成。操作时，塔内液体依靠重力作用， 由上层塔板的降液管流到下层塔板的受液盘，然后横向 流过塔板，从另一侧的降液管流至下一层塔板。溢流堰 的作用是使塔板上保持一定厚度的流动液层。气体则在 压力差的推动下，自下而上穿过各层塔板的升气道（泡 罩、筛孔或浮阀等），分散成小股气流，鼓泡通过各层塔板的液层。在塔板上，气液两相必须保持密切而充分的接触，为传质过程提供足够大而且不断更新的相际接触表面，减小传质阻力。在板式塔中，尽量使两相呈逆流流动，以提供最大的传质推动力。气液两相逐级接触，两相的组成沿塔高呈阶梯式变化，在正常操作下，液相为连续相，气相为分散相。

二、塔板类型 塔板可分为有降液管式塔板和无降液管式塔板（也称为穿流式或逆流式）两类。在有降液管式塔板上，气液两相呈错流方式接触，这种塔板效率较高，具有较大的操作弹性，使用广泛。在无降液管式塔板上，气液两相呈逆流接触，塔板板面利用率较高，生产能力大，结构简单，但效率低，操作弹性较小，工业使用较少。 有降液管式塔板分为泡罩塔板、筛孔塔板、浮阀塔板、喷射型塔板。（1）泡罩塔板 泡罩塔板的主要元件为升气管及泡罩。泡罩安装在升气管顶部，分圆形和条形两种，其中圆形泡罩使用较广。泡罩的下部周边有很多齿缝，齿缝一般为三角形、矩形或梯形。泡罩在塔板上按一定规律排列。操作时，板上有一定厚度的液层，齿缝浸没于液层中而形成液封。升气管的顶部应高于泡罩齿缝的上沿，以防止液体从升气管中漏下。上升气体通过齿缝进入板上液层时，被分散成许多细小的气泡或流股，在板上形成鼓泡层，为气液两相的传热和传质提供大量的接触界面。（2）筛孔塔板 筛孔塔板简称筛板，塔板上开有许多均匀的小孔，孔径一般为3～8mm，筛孔直径大于10mm的筛板称为大孔径筛板。筛孔在塔板上作正三角形排列。塔板上设置溢流堰，使板上能保持一定厚度的液层。操作时，气体经筛孔分散成小股气流，鼓泡通过液层，气液间密切接触而进行传热和传质。在正常的操作条件下，通过筛孔上升的气流应

板式塔主要类型得结构与特点

板式塔主要类型得结构与特点 工业上常用得板式塔有： 泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、穿流栅孔板塔 浮阀塔具有得优点： 生产能力大，塔板效率高，操作弹性大，结构简单，安装方便。 二、板式塔得流体力学特性 1、塔内气、液两相得流动 A 使气液两相在塔板上进行充分接触以增强传质效果 B 使气液两相在塔内保持逆流，并在塔板上使气液量相保持均匀得错流接触，以获得较大得传质推动力。 2、气泡夹带： 液体在下降过程中，有一部分该层板上面得气体被带到下层板上去，这种现象称为气泡夹带。 3、液（雾）沫夹带： 气体离开液层时带上一些小液滴，其中一部分可能随气流进入上一层塔板，这种现象称为液（雾）沫夹带。 4、液面落差 液体从降液管流出得横跨塔板流动时，必须克服阻力，故进口一侧得液面将比出口这一侧得高。此高度差称为液面落差。 液面落差过大，可使气体向上流动不均，板效率下降。 5、气体通过塔板得压力降 压力降得影响： A 气体通过塔板得压力降直接影响到塔低得操作压力，故此压力降数据就是决定蒸馏塔塔底温度得主要依据。 B 压力降过大，会使塔得操作压力改变很大。 C 压力降过大，对塔内气液两相得正常流动有影响。

压力降：ΔP P =ΔP C +ΔP L +ΔP δ 塔板本身得干板阻力ΔP C 板上充气液层得静压力ΔP L 液体得表面张力ΔP δ 折合成塔内液体得液柱高度M，则 ΔP P /ρ L g=ΔP C /ρ L g +ΔP L /ρ L g +ΔP δ /ρ L g 即h p =h c +h L +h δ 浮阀塔得压力降一般比泡罩塔板得小，比筛板塔得大。在正常操作情况，塔板得压力降以290—490 N/m2、在减压塔中为了减少塔得真空度损失，一般约为98—245Pa 通常应在保证较高塔板效率得前提下，力求减少塔板压力降，以降低能耗及改善塔得操作性能。 6、液泛（淹塔） 汽液量相中之一得流量增大到某一数值，上、下两层板间得压力降便会增大到使降液管内得液体不能畅顺地下流。当降液管内得液体满到上一层塔板溢流堰顶之后，便漫但上层塔板上去，这种现象，称为液泛（淹塔） 如气速过大，便有大量液滴从泡沫层中喷出，被气体带到上一层塔板，或有大量泡沫生成。 如当液体流量过大时，降液管得截面便不足以使液体及时通过，于就是管内液面即行升高。 上述两种情况导致液泛得情况中，比较常遇到得气体流量过大，故设计时均先以不发生过量液沫夹带为原则，定出气速得上限，在此限度内再选定一个合理得操作气速。 当气速增大到液滴所受阻力恰等于其净重时，液滴便在上升气流中处于稳定得悬浮状态。 因为d、ζ不易准确求得，

板式塔

一．板式塔的组成 基本结构可概括为：塔体：圆筒、封头 内件：塔盘、支承结够 支座（裙座） 接管：人孔，进出料管、仪表接管、 附件：扶梯、平台、保温层。 二．塔的类型（略） 三．塔盘结构 类型：溢流式塔盘：结构有降液管 特点板上液层高可调、操作弹性大、大 穿流式塔盘结构无降液管、气液同时穿过板上通道流动 特点操作弹性差、（因为液面高度不可调）处理量大、小。 故本节重点讲溢流式塔盘 1 溢流式塔盘的结构盘圈按结构分角焊结构 翻焊结构 塔节长度：P351 第一自然段，因为只能伸手安装，所以H=800-1000 ，因为人可勉强入塔，所以H>2000-2500 ，因为受拉杆长限制，所以H=2500-3000，且盘数<=5-6层 结构尺寸图17-37 h1>溢流堰 间隙10-12mm （2）分块式塔盘采用原因 a.便于拆装 b.增大板刚度

类型自身梁式 槽式特点是冲压边可增大板刚度，减小厚度，减少材料用量 尺寸 P352 第三行—段末 分块数原则： a.设置中间通道板一块。目的是为进塔检修（因为塔体上下有人孔）尺寸且小于人孔尺寸。 b.分块数不易过多，过少。过多：水平度降低 过少：人孔取不出 2．溢流式分块塔盘的安装（固定） （1）板与板之间的固定上可拆式 上、下可拆式垫片为椭圆形 板I板II开同样椭圆孔 螺母外尺寸<垫片尺寸（椭圆垫内） 当垫片与板孔形状重合时，可拆开 （2）板与支撑圈的固定卡子固定图17-43 板孔与垫片形状重合，可拆 契形铁固定图17-43 二者特点：卡子：紧固件的加工量大，装拆麻烦 契铁：简单、成本低 （3）支撑圈与壳体的连接 一般小塔用扁钢、角钢弯制成圆弧，点焊壳体上。 大塔 DN=2000-3000 板跨度大，刚度不够。所以为增加刚度，缩短跨度，需中间支撑梁。即一头支撑圈，一头支撑梁。 常用支撑梁的结构主梁由两槽钢焊成 主梁由钢板冲制或焊接成中间受液槽

填料塔的简单的介绍和相应计算

目录 一、塔设备的概述 (2) 1.1 填料塔 (3) 1.2 板式塔 (4) 1.3填料塔与板式塔的比较 (5) 二、塔设备设计的基本步骤 (6) 三、塔设备的强度和稳定性计算 (6) 3.1塔设备的载荷分析和设计准则 (6) 3.2 质量载荷 (8) 3.3地震载荷 (8) 3.4偏心弯矩 (8) 3.5最大弯矩 (8) 3.6 圆筒轴向应力核核 (9) 3.6.1 圆筒轴向应力 (9) 3.6.2 圆筒稳定校核 (9) 3.6.3 圆筒拉应力校核 (10) 3.7裙座轴向应力校核 (10) 3.7.1 裙座底截面的组合应力 (10) 4.7.2裙座检查孔和较大管线引出孔截面处组合应力 (11) 4.8轴向应力校核条件 (12) 五、心得体会 (13)

一、塔设备的概述 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。表1中所示为几个典型的实例。 表1 塔设备的投资及重量在过程设备中所占的比例 实现气（汽）—液相或液—液相之间的充分接触，从而达到相际传质和传热的目的。塔设备广泛用于蒸馏、吸收、介吸、萃取、气体的洗涤、增湿及冷却等单元操作中，它的操作性能好坏，对整个装置性能好坏、对整个装置的生产，产品产量、质量、成本以及环境保护、“三废”处理等都有较大的影响。因此对设备的研究一直是工程界所关注的热点。随着石油、化工的发展，塔设备的合理造型及设计将越来越受到关注和重视。 为了使塔设备能更有效、更经济的运行，除了要求它满足特定的工艺条件，还应满足以下基本要求。 ①满足特定的工艺条件； ②气—液两相能充分接触，相际传热面积大； ③生产能力大，即气、液处理量大； ④操作稳定，操作弹性大，对工作负荷的波动不敏感； ⑤结构简单、制造、安装、维修方便，设备投资及操作成本低； ⑥耐腐蚀，不易堵塞。 为了便于研究和比较,人们从不同的角度对塔设备进行分类。按单元操作分为精馏塔、吸收塔、解吸塔、萃取塔、反应塔和干燥塔。用以实现蒸馏和吸收两种分离操作的塔设备分别称为蒸馏塔和吸收塔。这类塔设备的基本功能在于提供气、液两相以充分接触的机会,使质、热两种传递过程能够迅速有效地进行,还要能够使接触之后的气、液两相及时分开,互不夹带。也有按形成相际接触面的方式和按塔釜型式分类的;但是,最常用的分类是按塔的内件结构分为板式塔和填

板式塔设计

设计 塔设备是化工、石油等工业中广泛使用的重要生产设备。塔设备的基本功能在于提供气、液两相以充分接触的机会，使质、热两种传递过程能够迅速有效地进行；还要能使接触之后的气、液两相及时分开，互不夹带。因此，蒸馏和吸收操作可在同样的设备中进行。 根据塔内气液接触部件的结构型式，塔设备可分为板式塔与填料塔两大类。 板式塔内沿塔高装有若干层塔板(或称塔盘)，液体靠重力作用由顶部逐板流向塔底，并在各块板面上形成流动的液层；气体则靠压强差推动，由塔底向上依次穿过各塔板上的液层而流向塔顶。气、液两相在塔内进行逐级接触，两相的组成沿塔高呈阶梯式变化。 填料塔内装有各种形式的固体填充物，即填料。液相由塔顶喷淋装置分布于填料层上，靠重力作用沿填料表面流下；气相则在压强差推动下穿过填料的间隙，由塔的一端流向另一端。气、液在填料的润湿表面上进行接触，其组成沿塔高连续地变化。 目前在工业生产中，当处理量大时多采用板式塔，而当处理量较小时多采用填料塔。蒸馏操作的规模往往较大，所需塔径常达一米以上，故采用板式塔较多；吸收操作的规模一般较小，故采用填料塔较多。 本章重点介绍板式塔的塔板类型，分析操作特点并讨论浮阀塔的设计，同时还介绍各种类型填料塔的流体流体力学特性和计算。 第1节板式塔 板式塔为逐级接触式气液传质设备。在一个圆筒形的壳体内装有若干层按一定间距放置的水平塔板，塔板上开有很多筛孔，每层塔板靠塔壁处设有降液管。气液两相在塔板内进行逐级接触，两相的组成沿塔高呈阶梯式变化。板式塔的空塔气速很高，因而生产能力较大，塔板效率稳定，造价低，检修、清理方便 3.1.1塔板类型 按照塔内气液流动的方式，可将塔板分为错流塔板与逆流塔板两类。 错流塔板：塔内气液两相成错流流动，即流体横向流过塔板，而气体垂直穿过液层，但对整个塔来说，两相基本上成逆流流动。错流塔板降液管的设置方式及堰高可以控制板上液体流径与液层厚度，以期获得较高的效率。但是降液管占去一部分塔板面积，影响塔的生产能力；而且，流体横过塔板时要克服各种阻力，因而使板上液层出现位差，此位差称之为液面落差。液面落差大时，能引起板上气体分布不均，降低分离效率。错流塔板广泛用于蒸馏、吸收等传质操作中。 逆流塔板亦称穿流板，板间不设降液管，气液两相同时由板上孔道逆向穿流而过。栅板、

板式精馏塔

精馏塔是进行精馏的一种塔式汽液接触装置。作为精馏过程的主要设备，有板式塔与填料塔两种主要类型。根据操作方式又可分为连续精馏塔与间歇精馏塔。 小七之前已经为大家详细介绍过填料塔和各类填料。今天就开始带大家了解板式塔的结构和原理。 板式塔通常是由一个圆柱型的壳体及沿塔高按一定的间距水平设置的若干层塔板（或塔盘）所组成。 板式塔的塔板可分为有降液管及无降液管两大类。有降液管的一般液体呈错流式，无降液管的液体呈逆流式。 板式塔由塔板不同可以分为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、舌型板和斜孔板等等。其中以泡罩塔，浮阀塔和筛板塔在工业生产中使用最为广泛。 1泡罩塔泡罩塔板是工业上应用最早的塔板，它由升气管及泡罩构成。泡罩安装在升气管的顶部，分圆形和条形两种，以前者使用较广。泡罩有 f80、f100和f150mm三种尺寸，可根据塔径大小选择。泡罩下部周边开有很多泡罩边缘开有纵向齿缝，中心装升气管。升气管直接与塔板连接固

定。塔板下方的气相进入升管，然后从齿缝吹出与塔板上液相接触进行传质。由于升气管作用，避免了低气速下的漏液现象。 优点：该塔板操作弹性，塔效率也比较高，运用较为广泛。 缺点：是结构复杂，塔压降低，生产强度低，造价高。 2筛板塔筛孔塔板简称筛板，其结构特点是在塔板上开有许多均匀小孔，孔径一般为3～8mm。筛孔在塔板上为正三角形排列。塔板上设置溢流堰，使板上能保持一定厚度的液层。 优点是结构简单、造价低，生产能力大，板上液面落差小，气体压降低，同时塔板效率较高。 缺点是操作弹性小，筛孔易堵塞，不宜处理易结焦、黏度大的物料。 3浮阀塔浮阀是20世纪二战后开始研究，50年代开始启用的一种新型塔板，后来又逐渐出现各种型式的浮阀。 其型式有圆形、方形、条形及伞形等。较多使用圆形浮阀，而圆形浮阀又分为多种型式。 其特点是浮阀取消了泡罩塔的泡罩与升气管，改在塔上开孔，阀片上装有限位的三条腿。但是操作时阀片易脱落或卡死。 浮阀可随气速的变化上、下自由浮动，提高了塔板的操作弹性、降低塔板的压降，同时具有较高塔板效率，在生产中得到广泛的应用。 板式塔内部原理 液体靠重力作用由顶部逐板流向塔底排出，并在各层塔板的板面上形成流动的液层；气体则在压力差推动下，由塔底向上经过均布在塔板上的开孔依次传播各层塔板由塔顶排出。 塔板上气液两相的接触状态是决定板上两相流流体力学及传质和传热规律的重要因素。当液体流量一定时，随着气速的增加，可以出现一下几种接触状态： 1鼓泡接触状态气速较低时，气体以鼓泡形式通过液层。由于气泡的数量不多，形成的气液混合物基本上以液体为主，气液两相接触的表面积不大，传质效率很低。 2蜂窝状接触状态随着气速增加，气泡数量不断增加。当气泡形成速度大于气泡浮升速度时气泡在液层中累积。气泡间相互碰撞，形成各种多面体的大气泡。由于气泡不易破裂，表面得不到更新，所以此种状态不利于传热和传质。 3泡沫接触状态当气速继续增加，气泡数量急剧增加，气泡不断发生碰撞和破裂，此时板上液体大部分以液膜的形式存在于气泡之间，形成一些直径较小，扰动十分剧烈动态泡沫，由于泡沫接触状态表面积大，并不断更新，是一种较好的接触状态。