9.7 板式塔

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。

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支撑梁的强度与刚度计算=（最大弯矩 Mmax= 操作时按均匀载荷的简支梁 M=（17-3）检修时按均匀载荷与集中载荷 DN>200 M=(17-4)，DN<2000时M 17-5）最大挠度 fmax=（17-6）判断其中由手册查得四．降液管及受液盘1．降液管（1）类型圆形一根或数根钢管长圆形适用于DN较小的塔弓形用挡板把塔壁隔成弓形。

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：ΔPP =ΔPC+ΔPL+ΔPδ塔板本身的干板阻力ΔPC板上充气液层的静压力ΔPL液体的表面张力ΔPδ折合成塔内液体的液柱高度M，则ΔPP /ρLg=ΔPC/ρLg +ΔPL/ρLg +ΔPδ/ρLg即hp =hc+hL+hδ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。

板式塔一、板式塔的概念、用途、示意图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。

用途：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。

板式塔结构示意图如右图：塔板又称塔盘，是板式塔中气液两相接触传质的部位，塔板决定了塔的操作性能，一般由以下三个部分组成：1 气体通道为保证气液两相充分接触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3 降液管使液体有足够的停留时间二、各类型塔板的结构及其特点：按照塔内气、液流动方式，可将塔板分为错流塔板与逆流塔板两类。

错流塔板为塔内气、液两相成错流流动，即液体横向流过塔板，而气体垂直穿过液层，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，板上不设降液管，气、液两相同时由板上孔道逆向穿流而过。

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。

常见塔板泡罩塔板 Bubble-cap tray泡罩塔塔板上的主要部件是泡罩。

罩内覆盖着一段很短的升气管，升气管的上口高于罩下沿的小孔或齿缝。

塔下方的气体经升气管进入罩内之后，折向下到达罩与管之间的环形空隙，然后从罩下沿的小孔或齿 缝分散气泡而进入板上的液层。

优点：弹性大、操作稳定可靠。

缺点：结构复杂，成本高，压降大。

对于大直径塔，塔板液面落差大，导致塔板操作不均匀。

现状：近二、三十年来已趋于淘汰三、板式塔的工艺设计筛板塔化工设计计算（1）塔的有效高度 Z已知：实际塔板数 N P ； 塔板间距 H T ；有效塔高： 塔体高度=有效高+顶部+底部+其他（2）塔径 确定原则： 防止过量液沫夹带液泛步骤： 先确定液泛气速 uf (m/s)；然后选设计气速 u ；最后计算塔径 D 。

板式塔资料板式塔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（图1）。

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。

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）。

板式塔知识大全板式塔内装有一定数量的塔盘，气体以鼓泡或喷射形式穿过塔盘的液层使两相密切接触，进行传质。

两相的组分浓度沿塔高呈阶梯式变化。

板式塔的主要部件包括塔体、塔体支座、除沫器、接管、人孔和手孔，以及塔内件。

根据塔板结构不同，塔式板可以分为以下几种类型：1、泡罩塔塔板上的主要部件是泡罩。

它是一个钟形的罩，支撑在塔板上，其下沿有长条形或椭圆形小孔，或作成齿缝状，与板面保持一定距离。

罩内覆盖着一段很短的升气管，升气管的上口高于罩下沿的小孔或齿缝。

塔下方的气体经升气管进入罩内之后，折向下到达站罩与管之间的环形空隙，然后从罩下沿的小孔或齿缝分散成气包而进入板上的液层。

2、筛板塔筛板与泡罩板的差别在于取消了泡罩与升气管而直接在板上开很多小直径的筛孔；操作时气体以高速通过小孔上升，液体则通过降液管流到下一层板。

分散成泡的气体使板上液层成为强烈湍动的泡沫层。

3、浮阀塔浮阀塔兼有泡罩塔、筛板塔的优点，板上开有按正三角形排列的阀孔，每孔之上安置一个阀片，气速达到一定时，阀片被推起，但受脚钩的限制，推到最高也不能脱离阀孔，气速减小则阀片落到板上，靠阀片底部三处突出物支撑住，仍与板面保持约2.5mm 的距离，塔板上阀孔开启的数量按气体流量的大小而有所改变。

因此气体从浮阀送出的线速度变动不大，鼓泡性能可以保持均衡一致，使得浮阀具有较大的操作弹性。

浮阀的直径比泡罩小，在塔板上可排列得更紧凑，从而可增大塔板的开孔面积，同时液体以水平方向进入液层，使带出的液沫减少而气液接触时间却加长，故可增大气体流速而提高生产能力，板效率亦有所增加，压力降却比泡罩塔小。

结构上它比泡罩塔简单，但比筛板塔复杂。

这种结构的缺点是因阀片活动，在使用过程中有可能松脱或被卡住，造成该阀孔处的气、液通过状况失常，为避免阀片生锈后与塔板粘连，以致盖住阀孔而不能浮动，浮阀及塔板都用不锈钢制成，此外，胶黏性液体易将阀片粘住，液体中有固体颗粒会使阀片被架起，都不宜采用。