塔設(shè)備

1、板式塔結(jié)構(gòu)填料塔結(jié)構(gòu)塔強度校核塔設(shè)備常見機械故障及排除方法,第五章 塔設(shè)備,概述,1.塔設(shè)備的作用： 塔設(shè)備通過其內(nèi)部構(gòu)件使氣(汽)—液相和液-液相之間充分接觸，進行質(zhì)量傳遞和熱量傳遞。 通過塔設(shè)備完成的單元操作通常有：精餾、吸收、解吸、萃取等，也可用來進行介質(zhì)的冷卻、氣體的凈制與干燥以及增濕等。,2、塔設(shè)備對生產(chǎn)的影響,塔設(shè)備操作性能的優(yōu)劣，對整個裝置的產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量、成本、能耗、“三廢”處理

2、及環(huán)境保護等均有重大影響。因此，隨著石油、化工生產(chǎn)的迅速發(fā)展，塔設(shè)備的合理構(gòu)造與設(shè)計越來越受到關(guān)注和重視?；どa(chǎn)對塔設(shè)備提出的要求如下。,3、化工生產(chǎn)對塔設(shè)備提出的要求如下。,①工藝性能好。②生產(chǎn)能力大。③操作穩(wěn)定性好。④能量消耗小。⑤結(jié)構(gòu)合理。⑥選材要合理。⑦安全可靠。,上述各項指標(biāo)的重要性因不同設(shè)備而異，要同時滿足所有要求很困難。因此，要根據(jù)傳質(zhì)種類、介質(zhì)的物化性質(zhì)和操作條件的具體情況具體分析，抓住主要矛盾，合理確定塔

3、設(shè)備的類型和內(nèi)部構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式，以滿足不同的生產(chǎn)要求。,4、塔設(shè)備分類,從不同角度可以有不同分類按操作壓力分：加壓塔；常壓塔；減壓塔按單元操作分：精餾塔；吸收塔；萃取塔；反應(yīng)塔；干燥塔按塔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分：板式塔和填料塔（最常用的分類方式）,第一節(jié) 填料塔,填料塔是一種以連續(xù)方式進行氣、液傳質(zhì)的設(shè)備,結(jié)構(gòu)：填料塔主要由塔體、填料、噴淋裝置、液體分布器、填料支承結(jié)構(gòu)、支座等組成。,如圖所示，在圓筒形塔體內(nèi)部，分段裝有若干段填料。填料

4、堆積于支撐裝置上，液體由塔頂入口管進入分布器，均勻噴淋在填料表面上并在重力作用下向下流動，氣體在壓強差的推動下，由支承板下方氣體入口管進入塔內(nèi)，通過填料間的空隙由塔的頂部排出。填料塔內(nèi)氣液兩相呈逆流流動，氣體和液體在填料表面上進行傳質(zhì)和傳熱，兩相的組成沿塔高連續(xù)變化 。,特點：結(jié)構(gòu)簡單、壓力降小、填料種類多、具有良好的耐腐蝕性能，特別是在處理容易產(chǎn)生泡沫的物料和真空操作時，有其獨特的優(yōu)越性。 發(fā)展：過去由于填料本體特別是內(nèi)件的不夠完善

5、，使得填料塔局限于處理腐蝕性介質(zhì)或不宜安裝塔板的小直徑塔。 近年來，由于填料結(jié)構(gòu)的改進，新型高效填料的開發(fā)，以及對填料流體力學(xué)、傳質(zhì)機理的深入研究，使填料塔技術(shù)得到了迅速發(fā)展，填料塔已被推廣到所有大型氣、液傳質(zhì)操作中。在某些場合，甚至取代了傳統(tǒng)的板式塔。適用范圍： 1）直徑較小的塔； 2）處理有腐蝕性物料； 3）處理熱敏性物料的真空蒸餾。 填料塔會發(fā)生液泛現(xiàn)象, 應(yīng)絕對避免.,一、填料,填料

6、是填料塔氣、液接觸的元件。填料性能的優(yōu)劣直接決定著填料塔的操作性能和傳質(zhì)效率。到目前為止，各種形式、各種規(guī)格、各種材料的填料達數(shù)百種之多，填料結(jié)構(gòu)改進的方向為：增加填料的通過能力，以適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)的需要；改善流體的分布與接觸，以提高分離效率；解決放大問題。,什么是放大效應(yīng)?,從實驗室到工業(yè)生產(chǎn)特別是大規(guī)模的生產(chǎn)，都要解決一個裝置的放大問題。生產(chǎn)規(guī)模擴大和經(jīng)濟效益提高的重要途徑是裝置的放大，以節(jié)省投資，降低消耗，減少占地 , 節(jié)約人力。

7、但是 , 在大裝置上所能達到的某些指標(biāo)，通常低于小型試驗結(jié)果，原因是隨著裝置的放大，物料的流動、傳熱、傳質(zhì)等物理過程的因素和條件發(fā)生了變化。這種起源于放大過程的效應(yīng)，長期以來被籠統(tǒng)地稱作“放大效應(yīng)”，它包含了很多已查明或未查明的物理因素（或稱工程因素）的影響。,常用填料大致分為兩大類：（一）個體填料：例如：拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、階梯環(huán)、鞍形環(huán)等。,1、拉西環(huán)(使用最早的一種填料)外形：外徑和高度相等的空心圓柱體優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、

8、使用經(jīng)驗豐富；缺點：阻力大、通量小，傳質(zhì)效率低 拉西環(huán)存在著嚴(yán)重的溝流及壁流現(xiàn)象，塔徑愈大，填料層愈高，則壁流現(xiàn)象愈嚴(yán)重，致使傳質(zhì)效率顯著下降,一般直徑在75mm以下的拉西環(huán)采用亂堆方式；直徑大于100mm的拉西環(huán)多采用整砌方式，以降低流體阻力。,瓷質(zhì)拉西環(huán),金屬拉西環(huán),四氟拉西環(huán),四氟拉西環(huán),拉西環(huán)可用陶瓷、金屬、塑料及石墨等材質(zhì)制造。,2．鮑爾環(huán),鮑爾環(huán)是在拉西環(huán)的基礎(chǔ)上改進的環(huán)形填料。外形：填料的側(cè)壁上開設(shè)兩層長方形窗

9、孔，小窗的舌片的一端連接在側(cè)壁上，另一端彎入環(huán)心優(yōu)點：鮑爾環(huán)由于環(huán)壁開孔，大大提高氣液接觸面積，內(nèi)表面利用率增加，且使氣體流動阻力降低，液體分布也較均勻,液體分散度大，通量提高，因此，鮑爾環(huán)比拉西環(huán)的傳質(zhì)效率高，操作彈性大,而氣體壓降明顯降低，但價格較高。,目前，鮑爾環(huán)以其優(yōu)良的性能為工業(yè)上廣泛采用。,3．階梯環(huán),階梯環(huán)是的鮑爾環(huán)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型填料。外形：與鮑爾環(huán)相比，高度減小了一半，而填料的一端做成翻邊喇叭形。優(yōu)點：這一改

10、進，不僅使填料在堆積時由線接觸為主變?yōu)辄c接觸為主，增加了填料顆粒的空隙，減少了阻力，而且改善了液體分布，促進了液膜更新，提高了傳質(zhì)效率。階梯環(huán)填料可由金屬、陶瓷和塑料等材料制造。 目前使用的環(huán)形填料中性能最為良好的一種。,4．金屬環(huán)矩鞍填料,外形：環(huán)矩鞍填料既保留了鞍形填料的弧形結(jié)構(gòu)，又吸收了鮑爾環(huán)的環(huán)形形狀和具有內(nèi)彎葉片小窗的結(jié)構(gòu)特征。優(yōu)點：通過能力大、壓力降低、滯液量小、容積重量輕(因為它采用極薄的金屬板軋制,仍能保持住良好

11、的機械強度）填料層結(jié)構(gòu)均勻，是一種開敞結(jié)構(gòu)的、綜合性能較好的新型填料。特別適用于乙烯、苯乙烯等減壓操作。,屬敞開型填料，如圖所示。敞開形填料的特點是表面全部散開，不分內(nèi)外，液體在表面兩側(cè)均勻流動，表面利用率高，氣體流動阻力小，制造也方便,鞍形填料,環(huán)矩鞍填料,,,（二）規(guī)整填料例如：柵板、θ網(wǎng)環(huán)、波紋填料等絲網(wǎng)波紋填料,外形：絲網(wǎng)波紋填料由若干平行直立放置的波網(wǎng)片組成。網(wǎng)片的波紋方向與塔軸線成30度或45度，相鄰兩片波紋方向相反，使得

12、波紋網(wǎng)片之間形成一個相互交叉又相互貫通的三角形截面的通道網(wǎng)。組裝在一起的波紋片周圍用帶狀絲網(wǎng)圈箍住，構(gòu)成一個圓柱形的填料盤。優(yōu)點：由于結(jié)構(gòu)緊湊，具有很大的比表面積，且因氣體和液體均不斷重新分布，氣、液分布均勻，放大效應(yīng)不明顯，故傳質(zhì)效率高，又因填料的規(guī)整排列，使流動阻力減小。缺點：造價高、抗污能力差，清洗、裝卸困難。 不適于處理粘度大，易聚合或有沉淀物的物料,(三）填料的裝填方式 分為亂堆和整砌兩種。,亂堆填料,,混

13、堆填料層示意圖,,二、填料支承裝置,填料支承結(jié)構(gòu)的作用 填料的支承結(jié)構(gòu)安裝在填料層的底部，其作用是支撐填料及填料層中所載液體，同時還要保證氣流能均勻地進入填料層，并使氣流的流通面積無明顯減少。 填料的支承裝置結(jié)構(gòu)對填料塔的操作性能影響很大。若設(shè)計不當(dāng)，將導(dǎo)致填料塔無法正常工作。對填料支承裝置的基本要求為：有足夠的強度以支承填料的重量；有足夠的自由截面，以使氣、液兩相通過時阻力較?。谎b置結(jié)構(gòu)要有利于液

14、體的再分布；制造、安裝、拆卸要方便。常用的填料支承裝置有柵板、格柵板、波形板等。,1.柵板支承（柵板式）,柵板通常由若干豎立的扁鋼組焊成型，柵板間距一般為散堆填料環(huán)外徑的0．6—0．8倍。當(dāng)塔徑小于350 mm時，柵板可直接焊在塔壁上；當(dāng)塔徑為400～500 mm時，柵板需擱置在焊于塔壁的支持圈上；當(dāng)塔體直徑較大時，柵板不僅需擱置在支持圈上，而且支持圈還得用支持板來加強。若塔徑不大(D≤500 mm)，可采用整塊式柵板，塔徑較大時，

15、宜采用分塊式柵板。柵板外徑比塔內(nèi)徑小10～40 mm。分塊式中每塊柵板的寬度為300—400mm，以便從人孔送人塔內(nèi)進行組裝。 柵板支承結(jié)構(gòu)簡單，強度較高，是填料塔應(yīng)用較多的支承結(jié)構(gòu)。但柵板自由截面積較小，氣速較大時易引起液泛，且塔內(nèi)組裝時，各塊之間常有卡嵌現(xiàn)象。,1、規(guī)整填料2、支撐柵板3、液體收集器4、集液環(huán)5、多級槽式液體分布器6、填料壓圈7、支撐柵板8、蒸汽入口管9、塔底10、至再沸器循環(huán)管11、裙座

16、12、底座環(huán)此結(jié)構(gòu)適合于直徑大于等于800mm的填料塔。,2．格柵板（柵板式）,格柵板由格條、柵條以及邊圈組成。格柵板通常由碳鋼制成。當(dāng)介質(zhì)腐蝕性較大時，可采用不銹鋼制造。格柵板適用于規(guī)整填料的支承。,3．開孔波形板（升氣管式）,開孔波形板屬于梁形氣體噴射式支承裝置。結(jié)構(gòu)：波形板由開孔金屬平板沖壓為波形而成。在每個波形梁的側(cè)面和底部上開有許多小孔，上升的氣體從側(cè)面小孔噴出，下降的液體從底部小孔流下，故氣液在波形板上為分道逆流。既減

17、少了流體阻力，又使氣、液分布均勻。開孔波形板的特點是：支承板上開孔的自由截面積大，需要時，可達100％；支承板上氣液分道逆流，允許較高的氣、液負(fù)荷；氣體通過支承板時所產(chǎn)生的壓降??；支承板做成波形，提高了剛度和強度。波形板結(jié)構(gòu)為多塊拼裝形式，每塊支承件之間用螺栓連接，波形的間距與高度和塔徑有關(guān)。,開孔波形板,三、液體噴淋裝置,填料塔在操作時，保證在任一截面上氣、液的分布均勻十分重要，它直接影響到塔內(nèi)填料表面的有效利用率，進而影響傳質(zhì)效率。

18、而氣液是否能均勻分布，取決于液體能否均勻分布，所以，液體從管口進入塔內(nèi)的均勻噴淋，是保證填料塔達到預(yù)期分離效果的重要條件。液體是否初始分布均勻，依賴于液體噴淋裝置的結(jié)構(gòu)與性能。為了滿足不同塔徑、不同液體流量以及不同均布程度的要求，液體噴淋裝置有多種結(jié)構(gòu)形式，按操作原理可分為噴灑形、溢流形、沖擊形等，按結(jié)構(gòu)又可分為管式、噴頭式、盤式、槽式等形式。,1．管式噴淋器,圖5-6(a)為直管式噴淋器。它結(jié)構(gòu)簡單，安裝、拆卸簡便。但噴淋面積小

19、，而且不均勻，只能用于塔徑小于300mm，且對噴淋均勻性要求不高的場合。圖5-6(b)為環(huán)管多孔噴淋器。它是在環(huán)管的下部開有3～5排孔徑為4—5 mm的小孔，開孔總面積與管子截面積大約相等。環(huán)管中心圓直徑一般為塔徑的0．6～0．8倍。環(huán)管多孔噴淋器結(jié)構(gòu)較簡單，噴淋均勻度比直管好，適用于直徑小于1200mm的塔設(shè)備。,圖5—6(c)為排管式噴淋器。它由液體進口主管和多列排管組成。主管將進口液體分流給各列排管。每根排管上開有1～3排布液孔

20、，孔徑為φ3~φ6 mm。排管式噴淋器一般采用可拆連接，以便通過人孔進行安裝和拆卸。安裝位置至少要高于填料表面層150—200mm。當(dāng)液體負(fù)荷小于25 m3／m2·h時，排管式噴淋器可提供良好的液體分布。其缺點是當(dāng)液體負(fù)荷過大時，液體高速噴出，易形成霧沫夾帶，影響分布效果，且操作彈性不大,2．噴頭式噴淋器,噴頭式噴淋器又叫蓮蓬頭，是應(yīng)用較多的液體分布裝置。蓮蓬頭一般由球面構(gòu)成。蓮蓬頭噴淋器結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，但易堵塞，一般適用

21、于直徑小于600mm的塔設(shè)備。,3．盤式噴淋器,它與多孔式液體噴淋器不同，進入布液器的液體超過堰的高度時，依靠液體的自重通過堰口流出，并沿著溢流管壁呈膜狀流下，淋灑至填料層上。溢流型布液裝置目前廣泛應(yīng)用于大型填料塔。優(yōu)點：操作彈性大，不易堵塞，操作可靠且便于分塊安裝。 缺點：制造比較麻煩。 操作時，液體從中央進液管加到分布盤內(nèi)，然后從分布盤上的降液管溢出，淋灑到填料上。氣體則從分布盤與塔壁的間隙和各升氣溢流管上升。降液管一般

22、按正三角形排列。為了避免堵塞，降液管直徑不小于15mm，管子中心距為管徑的2—3倍。分布盤的周邊一般焊有三個耳座，通過耳座上的螺釘，將分布盤支承在支座上。擰動螺釘，還可調(diào)整分布盤的水平度，以便液體均勻地淋灑到填料層上。,4．槽式噴淋器,槽式噴淋器也屬于溢流型分布器。操作時，液體由上部進液管進入分配槽，漫過分配槽頂部缺口流人噴淋槽，噴淋槽內(nèi)的液體經(jīng)槽的底部孔道和側(cè)部的堰口分布在填料上。分配槽通過螺釘支承在噴淋槽上，噴淋槽用卡子固定在塔體的

23、支持圈上。 優(yōu)點：槽式噴淋器的液體分布均勻，處理量大，操作彈性好，抗污染能力強，適應(yīng)的塔徑范圍廣，是應(yīng)用比較廣泛的液體分布裝置。,5．沖擊形噴淋器,反射板式噴淋器屬于沖擊形布液裝置結(jié)構(gòu)：由中心管和反射板組成。操作時液體沿中心管流下，靠液體沖擊反射板的反射分散作用而分布液體。反射板可做成平板、凸板和錐形板等形狀，為了使填料層中央部分有液體噴淋，在反射板中央鉆有小孔。當(dāng)液體噴淋均勻性要求較高時，還可由多塊反射板組成寶塔式噴淋器。

24、優(yōu)點：沖擊形噴淋器噴灑范圍大，液體流量大、結(jié)構(gòu)簡單、不易堵塞。但應(yīng)當(dāng)在穩(wěn)定的壓頭下工作，否則影響噴淋范圍和效果。,四、液體再分布裝置,當(dāng)液體沿填料層流下時，由于周邊液體向下流動阻力較小，故液體有逐漸向塔壁方向流動的趨勢，使液體沿塔截面分布不均勻，降低了傳質(zhì)效率。為了克服這種現(xiàn)象，必須設(shè)置液體再分布裝置。同時，為了提高塔的傳質(zhì)效率，應(yīng)將填料層分段，在各填料層之間，安裝液體再分布器。當(dāng)采用金屬填料時，每段填料高度不應(yīng)超過7m，采用塑料填料

25、時，每段填料高度不應(yīng)超過4．5m。 工廠中應(yīng)用最多的是錐形分布器。它的結(jié)構(gòu)特點是將分配錐倒裝以收集壁流，并將液體通過設(shè)在錐殼上的3—4根管子引入塔的中央。槽形分配錐有較大的自由截面，可用于較大直徑的塔。,盤式再分布器,作業(yè)：P176 5-1 5-8,,第二節(jié) 板式塔結(jié)構(gòu),板式塔稱為逐級接觸式的氣液傳質(zhì)設(shè)備。 在一個圓筒形的殼體內(nèi)裝有若干塊按一定間距放置的水平塔板，塔板上開有很多篩孔，液體靠重力作用由上層塔板經(jīng)

26、降液管流至下層塔板，最后由塔底流出；氣體靠壓強差推動，逐板由下向上穿過篩孔及板上液層而流向塔頂。 氣體通過每層板上液層時，形成氣泡與液沫，泡沫可為兩相接觸提供足夠大的相際接觸面，有利于相間傳質(zhì)，氣液組成沿塔高逐漸增大。,一、總體結(jié)構(gòu)與基本類型,如圖5-1所示，主要構(gòu)件如下。,(1)塔體 塔體是塔設(shè)備的外殼，通常由等直徑、等壁厚的鋼制圓筒和上、下橢圓封頭組成。 (2)支座支座是塔體與基礎(chǔ)的連接部件。塔體支座的形式一

27、般為裙式支座。 (3)塔內(nèi)件 板式塔內(nèi)件由塔板、降液管、溢流堰、緊固件、支承件及除沫裝置等組成。 (4)接管 為滿足物料進出、過程監(jiān)測和安裝維修等要求，塔設(shè)備上有各種開孔及接管。 (5)塔附件塔附件包括人孔、手孔、吊柱、平臺、扶梯等。根據(jù)塔板結(jié)構(gòu)，板式塔可分為泡罩塔、浮閥塔、篩板塔等形式。,（二）基本類型——按照塔板結(jié)構(gòu)，板式塔可分為泡罩塔、浮閥塔、篩板塔等形式。,1．泡罩塔

28、 泡罩塔是最早應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的典型板式塔。泡罩塔盤由塔板、泡罩、升氣管、降液管液流溢等組成。生產(chǎn)中使用的泡罩形式有多種，最常用的是圓形泡罩（見圖5-14）。 每層塔板上開有若干個孔，升氣管上覆以泡罩，上升氣體通過泡罩進入液層時，被分散成許多細(xì)小的氣泡，為氣液兩相提供了大量的傳質(zhì)界面。優(yōu)點：相對于其他塔形操作穩(wěn)定性較好，易于控制，負(fù)荷有變化時仍有較好的彈性，介質(zhì)適應(yīng)范圍廣。缺點：生產(chǎn)能力較低，流體流經(jīng)塔盤時阻力與壓降大

29、，且結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，造價較高，制造加工有較大難度。,2．篩板塔（圖5-16） 塔板上開有許多均布的篩孔，孔徑一般為3～8mm。操作時，上升氣流通過篩孔分散成細(xì)小的流股，在板上液層中鼓泡而出，氣液間密切接觸而進行傳質(zhì)。 在通常的操作氣速下，通過篩孔上升的氣流，應(yīng)能阻止液體經(jīng)篩孔向下泄漏。 篩板分為篩孔區(qū)、無孔區(qū)、溢流堰、降液管區(qū)等幾個部分。優(yōu)點：篩板塔與泡罩塔相比，生產(chǎn)能力提高20％～40％，塔板效率高

30、10％～15％，壓力降小于30％一50％，且結(jié)構(gòu)簡單，造價較低，制造、加工、維修方便，故在許多場合都取代了泡罩塔。缺點：操作彈性不如泡罩塔，當(dāng)負(fù)荷有變動時，操作穩(wěn)定性差。當(dāng)介質(zhì)粘性較大或含雜質(zhì)較多時，篩孔易堵塞。但已有大孔應(yīng)用。常見的有：往復(fù)篩板萃取塔，轉(zhuǎn)盤篩板萃取塔,3．穿流板塔（圖5-17） 穿流板塔與篩板塔相比，其結(jié)構(gòu)特點是不設(shè)降液管。氣體和液體同時經(jīng)由板上孔道逆流通過，在塔盤上形成泡沫進行傳質(zhì)與傳熱。

31、 常用的塔板結(jié)構(gòu)有篩孔板和柵板兩種。優(yōu)點：穿流板塔結(jié)構(gòu)簡單，制造、加工、維修簡便，塔截面利用率高，生產(chǎn)能力大，塔盤開孔率大，壓降小。缺點：塔板效率較低，操作彈性較小。,4．浮閥塔（圖5-18） 浮閥塔是20世紀(jì)50年代發(fā)展起來的板式塔。 塔板上開有若干大孔（標(biāo)準(zhǔn)孔徑為39mm），每個孔上裝有一個可以上下浮動的閥片，閥片本身有三條“腿”，插入閥孔后將各股底腳板轉(zhuǎn)90°，用以限制操作時閥片在板上升起

32、的最大高度,閥片周邊又沖出三塊略向下彎的定距片，當(dāng)氣速很低時，靠這個定距片使閥片與塔板呈點接觸而坐落在閥孔上。優(yōu)點：生產(chǎn)能力提高，操作彈性大，氣液流動阻力比泡罩塔小，但比篩孔板大。塔板效率較高。 結(jié)構(gòu)簡單，造價低。缺點：浮閥裝卸清洗較困難，造價高。 是一種綜合性能較好的塔形，浮閥塔在工業(yè)上應(yīng)用十分普遍。,導(dǎo)向浮閥塔盤,浮閥塔盤,浮閥在塔板上的布置情況如下圖所示,,上述泡罩、篩板及浮閥塔板都屬于氣相為分散相的板

33、型，即氣體在鼓泡或泡沫狀態(tài)下進行氣液接觸。但為防止嚴(yán)重的霧沫夾帶，生產(chǎn)能力受到限制。而近年來發(fā)展起來的噴射型塔板克服了這個弱點。 噴射型塔板上，氣體噴出的方向與液體流動的方向一致，充分利用氣體的動能來促進兩相的接觸。因氣體不再通過較深的液層而鼓泡，所以塔板壓降降低，霧沫夾帶量減小，不僅提高了傳質(zhì)效果，而且提高了生產(chǎn)能力。,5．舌形塔（圖5-20）舌形塔板是噴射型塔板的一種，其結(jié)構(gòu)如下圖所示。 塔板上沖出許多舌形孔

34、，舌片與板成一定角度，向塔板的溢流出口側(cè)張開，舌孔按正三角形排列。塔板的液流出口處不設(shè)溢流堰，只保留降液管，上升氣流穿過舌孔后，以較高的速度（20～30m／s）沿舌片的張角向斜上方噴出。液體流過每排舌孔時，即為噴出的氣流強烈擾動而形成泡沫體，噴射的液流沖至降液管上方的塔壁后流入降液管中。優(yōu)點：舌形塔盤物料處理量大，壓降小，結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便。缺點：操作彈性小，塔板效率低。被氣體噴射的液流在通過降液管時，會夾帶氣泡到下塔板，氣相夾帶

35、現(xiàn)象嚴(yán)重。,6．浮動舌形塔 浮動舌形塔盤是在塔板孔內(nèi)裝設(shè)了可以浮動的舌片。浮動舌片既保留了舌形塔傾斜噴射的結(jié)構(gòu)特點，又具有浮閥操作彈性好的優(yōu)點。優(yōu)點：處理量大、壓降小、霧沫夾帶少、操作彈性大、穩(wěn)定性好、塔板效率高等優(yōu)點（介于浮動塔板與固定舌形塔板之間）。結(jié)構(gòu)簡單，制造方便。缺點：在操作過程中浮舌易磨損。,7．導(dǎo)向篩板塔 導(dǎo)向篩板塔是近年來開發(fā)應(yīng)用的新型塔形。它在普通篩板塔的基礎(chǔ)上改進而成。它的結(jié)構(gòu)特點是：在塔盤上開有

36、一定數(shù)量的導(dǎo)向孔，通過導(dǎo)向孔的氣流與液流方向一致，對液流有一定的推動作用，有利于減少液面梯度；在塔板的液體入孔處增設(shè)了鼓泡促進結(jié)構(gòu)，有利于液體剛流人塔板就可以生產(chǎn)鼓泡，形成良好的氣液接觸條件，以提高塔板利用率，減薄液層，減小壓降。與普通篩板塔相比，塔板效率可提高13％左右，壓降可下降15％左右。優(yōu)點：塔板利用率、效率較高，壓降小。缺點：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，造價較高。,（三）板式塔比較,板式塔的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，各種塔盤結(jié)構(gòu)都具有各自的特點，

37、且都有各自適宜的生產(chǎn)條件和范圍，在具體選擇塔盤結(jié)構(gòu)時應(yīng)根據(jù)工藝要求選擇。表5-1對幾種常用塔形的性能進行了比較，供使用時參考。,,層出不窮的新型塔板結(jié)構(gòu)各具特點，應(yīng)根據(jù)不同的工藝及生產(chǎn)需要來選擇塔型。不是任何情況下都追求高的塔板效率，一般來說，對難分離物系的高純度分離希望得到高的板效率，而處理量大又易分離的物系，往往追求高的生產(chǎn)能力，若真空精餾則需要較低的壓強降?？偨Y(jié)：塔板評價指標(biāo) （1）生產(chǎn)能力大（即氣液相負(fù)荷高）； （2

38、）塔板效率要高（往往與生產(chǎn)能力沖突）； （3）操作彈性大（最大負(fù)荷/最小負(fù)荷=大）； （4）壓降低（尤其是對于真空精餾）； （5）價格低廉，易于制造。,（三）板式塔特性,特性一特性二特性三,操作特性 各種塔板只有在一定的氣液流量范圍內(nèi)操作，才能保證氣液兩相有效接觸，從而得到較好的傳質(zhì)效果?？捎盟遑?fù)荷性能圖,圖中的幾條邊線所表示的氣液流量限度為：①漏液線。氣體流量低于此限時，液體經(jīng)開孔大量泄漏。②過量霧沫夾帶線。氣體流量高

39、于此限時，霧沫夾帶量超過允許值，會使板效率顯著下降。③液流下限線。若液體流量過小，則溢流堰上的液層高度不足，會影響液流的均勻分布，致使板效率降低。④液流上限線。液體流量太大時，液體在降液管內(nèi)停留時間過短，液相夾帶的氣泡來不及分離，會造成氣相返混，板效率降低。⑤液泛線。氣液流量超過此線時，引起降液管液泛，使塔的正常操作受到破壞。如果塔板的正常操作范圍大，對氣液負(fù)荷變化的適應(yīng)性好，就稱這些塔板的操作彈性大。,二、塔盤結(jié)構(gòu),塔盤是板式

40、塔完成傳質(zhì)、傳熱過程的主要部件。 板式塔塔盤可分為穿流式與溢流式兩大類。 穿流式塔盤上無降液管裝置，氣液兩相同時通過孔道逆流，處理量大，壓降小。但塔板效率較低，操作彈性較差。 溢流式塔盤上裝有供液相流體進入下層塔板的降液管，液層高度可通過堰高來調(diào)節(jié)，有利于傳質(zhì)和傳熱。本節(jié)介紹溢流式塔盤。 塔盤由氣液接觸元件、塔板、受液盤、溢流堰、降液管、塔盤支承件和緊固件組成,(一)塔盤,根據(jù)塔徑大小及塔盤結(jié)構(gòu)

41、特點，塔盤可分為整塊式和分塊式兩種。1．整塊式塔盤 整塊式塔盤用于內(nèi)徑小于700—800mm的板式塔。塔體由若干個塔節(jié)組成，每個塔節(jié)內(nèi)安裝若干塊塔盤，每個塔節(jié)之間通過法蘭連接。 根據(jù)塔盤的組裝方式不同，整塊式塔盤又可分為定距管式和重疊式兩種。,(1)定距管式塔盤（圖5-23） 塔盤通過拉桿和定距管固定在塔節(jié)內(nèi)的支座上，定距管起著支承塔盤的作用并保持塔板間距。塔盤與塔壁間的縫隙，以軟填料密封并用壓圈壓緊

42、。 塔節(jié)的長度取決于塔徑，當(dāng)塔徑為300～500 mm時，只能伸入手臂安裝，塔節(jié)長度為800—1000mm為宜；當(dāng)塔徑為500～800 mm時，人可進入塔內(nèi)，塔節(jié)長度一般不宜超過2000~2500mm。為避免安裝困難，每個塔節(jié)的塔板數(shù)一般不超過6塊。,1－法蘭；2－塔體；3－塔盤圈；4－塔盤板；5－降液管；6－拉桿；7－定距管；8－壓圈；9－填料；10－吊環(huán)；11－螺母；12－壓扳；13－螺柱；14－支座（焊在塔體內(nèi)壁上

43、）；15－螺母,(2)重疊式塔盤（圖5-24） 重疊式塔盤是在每一塔節(jié)的下部焊有一組支座，底層塔盤安置在塔內(nèi)壁的支座上，然后依次裝入上一層塔盤，塔盤間距由焊在塔盤下的支柱保證，并用調(diào)節(jié)螺釘來調(diào)整塔盤的水平度。塔盤與塔壁之間的縫隙，以軟質(zhì)填料密封后通過壓板及壓圈壓緊。,整塊式塔盤的結(jié)構(gòu)： 整塊式塔盤有角焊與翻邊兩種結(jié)構(gòu)（圖5-25）。整塊式塔盤的密封(圖5-26)： 在整塊式塔盤結(jié)構(gòu)中，為了便于安裝塔盤，在塔

44、盤與塔壁間留有一定的空隙，為了防止氣體在此通過，必須進行密封。 密封件一般采用Φ10-12石棉繩做填料,2．分塊式塔盤（5-27）,當(dāng)塔體直徑大于800—900mm時，為了便于塔盤的安裝、檢修、清洗，而將塔板分成數(shù)塊，通過人孔送人塔內(nèi)，裝到焊在塔體內(nèi)壁的支持圈或支持板上，這種結(jié)構(gòu)稱為分塊式塔盤。此時，塔體不需要分成塔節(jié)，而是焊制成開設(shè)有人孔的整體圓筒。 根據(jù)塔徑大小，分塊式塔盤可分為單流塔盤和雙流塔盤兩

45、種。當(dāng)塔徑為800—2 400mm時，一般采用單流塔盤；當(dāng)塔徑大于2400mm時，采用雙流塔盤。,(1)塔板結(jié)構(gòu)（圖5-29）分塊式塔盤的塔板塊數(shù)與塔體直徑有關(guān)。 在數(shù)塊塔板中，靠近塔壁的兩塊塔板做成弓形，稱弓形板。兩弓形板之間的塔板做成矩形，稱矩形板。為了安裝、檢修需要，在矩形板中，必須有一塊用作通道板。各層塔盤板上的通道板，最好開在同一垂直位置上，以利于采光和拆卸。 為了提高剛度，分塊的塔盤板多采用自身梁

46、式或槽式。這種結(jié)構(gòu)是將塔板邊緣沖壓折邊而成。使用最多的是自身梁式。,(2)塔板的連接（圖5-30） 通道板與其他塔板的連接，一般采用上、下均可拆的結(jié)構(gòu)形式。塔板之間的連接也可采用楔形緊固件的結(jié)構(gòu)。其特點是結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便。 塔板與支持圈(或支持板)一般用上可拆的卡子連接。連接結(jié)構(gòu)由卡子、卡板、螺柱、螺母、橢圓墊板及支持圈組成。支持圈焊在塔壁或降液板上。,(3)塔盤的支承 為了使得塔板上液層厚度一致、氣體分布均

47、勻，傳質(zhì)效果良好，不僅塔板在安裝時要保證規(guī)定的水平度，而且在工作時也不能因承受液體重量而產(chǎn)生過大的變形。因此，塔盤應(yīng)有良好的支承條件。對于直徑較小的塔(D5<2 000 mm)的塔板跨度也較小，而且自身梁式塔板本身有較大的剛度，所以通常采用焊在塔壁上的支持圈來支承即可。對于直徑較大的塔，為了避免塔板跨度過大而引起剛度不足，通常在采用支持圈支承的同時，還采用支承梁結(jié)構(gòu)。分塊塔板一端支承在支持圈上，另一端支承在支承梁上。（圖5-35）

48、,(二)溢流裝置,1．降液管（圖5-36） 降液管有圓形與弓形兩大類。常用的是弓形降液管。弓形降液管由平板和弓形板焊制而成，并焊接固定在塔盤上。3．溢流堰（圖5-39） 根據(jù)溢流堰在塔盤上的位置可分為進口堰和出口堰。當(dāng)塔盤采用平形受液盤時，為保證降液管的液封，使液體均勻流入下層塔盤，并減少液流沿水平方向的沖擊，應(yīng)在液體進口處設(shè)置進口堰。,1 . 降液管 每塊塔板上通常設(shè)有一個液體流動通道——降

49、液管。板式塔在正常工作時，液體從上層塔板的降液管流下，橫向流過開有篩孔或浮閥的塔板，翻越溢流堰，進入該層塔板的降液管，流向下層塔板。 降液管一般為弓形，偶爾也有圓形。降液管下端必須保證液封，使液體能從降液管底部流出而氣體不能竄入降液管。為此，降液管下緣的縫隙高度h0＜溢流堰高h(yuǎn)W。,(二)溢流裝置板式塔內(nèi)溢流裝置包括降液管、受液盤、溢流堰等部件。,2．受液盤（圖5-37）,為了保證降液管出口處的液封，在塔盤上一

50、般都設(shè)置有受液盤。受液盤的結(jié)構(gòu)形式對塔的側(cè)線取出、降液管的液封、液體流出塔盤的均勻性都有影響。受液盤有平形和凹形兩種。 在塔或塔段的最底層塔盤降液管末端應(yīng)設(shè)液封盤，以保證降液管出口處的液封。液封盤上開設(shè)有淚孔，以供停工時排液。,3．溢流堰（圖5-39）,根據(jù)溢流堰在塔盤上的位置可分為進口堰和出口堰。當(dāng)塔盤采用平形受液盤時，為保證降液管的液封，使液體均勻流入下層塔盤，并減少液流沿水平方向的沖擊，應(yīng)在液體進口處設(shè)置進口堰。,三

51、、除沫裝置,作用：分離出塔氣體中含有的霧沫和液滴，以保證傳質(zhì)效率，減少物料損失，確保氣體純度，改善后續(xù)設(shè)備的操作條件。 分類： 常用的除沫裝置有絲網(wǎng)除沫器、折流板除沫器、旋流板除沫器等。,1．絲網(wǎng)除沫器 優(yōu)點：絲網(wǎng)除沫器具有比表面積大、重量輕、空隙率大、效率高、壓降小和使用方便等特點，從而得到廣泛應(yīng)用。 適用：絲網(wǎng)除沫器適用于潔凈的氣體，不宜用于液滴中含有易粘結(jié)物的場合，以免堵塞網(wǎng)孔。 組成： 絲網(wǎng)除沫器由

52、絲網(wǎng)、格柵、支承結(jié)構(gòu)等構(gòu)成。絲網(wǎng)可由金屬和非金屬材料制造。常用的金屬絲網(wǎng)材料有奧氏體不銹鋼、鎳、銅、鋁、，鈦、銀、鉬等有色金屬及其合金；常用的非金屬材料有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、滌綸等。絲網(wǎng)材料的選擇要由介質(zhì)的物性和工藝操作條件確定。,絲網(wǎng)除沫器,2．折流板除沫器 折流板除沫器結(jié)構(gòu)簡單，但消耗金屬量大，造價較高。若增加折流次數(shù)，能有較高的分離效率。除沫器的折流板常由50mmX50mmX3mm的角鋼制成。,折流板除沫

53、器,3．旋流板除沫器 旋流板除沫器由固定的葉片組成風(fēng)車狀。夾帶液滴的氣體通過葉片時產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)和離心作用。在離心力作用下，將液滴甩至塔壁，從而實現(xiàn)氣、液的分離。除沫效率可達95％。,四、進出口管裝置,1．進料管 液體進料管可直接引入加料板。為使液體均勻通過塔板，減少進料波動帶來的影響，通常在加料板上設(shè)進口堰。 氣體進料管一般做成45°的切口，以使氣體分布較均勻。,對液體進料當(dāng)塔徑大于等于800mm，且物料較

54、清潔時可用圖1（a）的結(jié)構(gòu)；當(dāng)塔徑小于800mm時，或物料較臟、需經(jīng)常清洗時宜采用圖1（b）的結(jié)構(gòu)。對氣體分布要求不高，直徑較小的塔，可采用圖2（a）的簡單進氣管；為了避免進塔氣體沖濺、夾帶塔底的儲液，進氣管應(yīng)安裝在塔內(nèi)最高液面之上一定距離；當(dāng)塔徑較大、要求進氣分布均勻時，宜采用圖2（b）的橫管結(jié)構(gòu)，管上有三排出氣小孔，孔徑由工藝決定。若為氣、液混合進料，為使物料經(jīng)氣、液分離，除將加料塔盤間距適當(dāng)加大外，還應(yīng)采用圖3所示的切向進

55、料管。,液體進料（包括回流）管 1－進料口；2－進口堰,氣體進料管,氣液混合進料管（也稱切向進料管）,1－上擋板；2－下?lián)醢澹?－導(dǎo)向擋板,圖1,圖2,圖3,2．出料管,對氣體出料管為減少霧沫夾帶在未設(shè)置除沫器的塔中可采用下圖所示的氣體出口結(jié)構(gòu)。,分塊式塔盤的塔體一般都開設(shè)有人孔。人孔是人員進出塔器和傳送內(nèi)件的通道。除此之外，在氣、液進出口等需經(jīng)常維修清理的部位，以及塔頂和塔釜處，應(yīng)各設(shè)置一個人孔。 在塔體上宜采用垂直吊蓋人

56、孔。若垂直吊蓋妨礙人員操作或塔體有保溫層時，可采用回轉(zhuǎn)蓋人孔。人孔和手孔都有標(biāo)準(zhǔn)件。,五、人孔與手孔,垂直吊蓋人孔,回轉(zhuǎn)蓋人孔,第三節(jié) 塔體強度校核,塔設(shè)備大多置于室外，靠地腳螺栓固定在混凝土基礎(chǔ)上，一般采用裙式支座支承。塔體除了承受介質(zhì)壓力作用外，還要承受重量載荷、風(fēng)載荷、地震載荷及偏心載荷等多種載荷的組合作用。因此，僅根據(jù)設(shè)計壓力來確定塔體壁厚，有時不能保證塔設(shè)備的安全運行，故應(yīng)對各種工況下的載荷進行計算，以確保塔設(shè)備具有足夠的強

57、度和穩(wěn)定性。,(二)偏心載荷 有些塔設(shè)備懸掛有分離器、冷凝器、換熱器等附屬設(shè)備或其他附件，這些附屬設(shè)備對塔體產(chǎn)生偏心載荷，并引起偏心彎矩。,(一)質(zhì)量載荷塔設(shè)備質(zhì)量包括：m1:塔體和裙座質(zhì)量；m2:內(nèi)件；m3:保溫材料；m4:平臺、扶梯質(zhì)量；m5:操作時塔內(nèi)物料質(zhì)量；ma:人孔、接管、法蘭等附件質(zhì)量；me:偏心；mw:液壓試驗時，塔內(nèi)充液質(zhì)量；操作停修或水壓試驗等不同工況物料或充水質(zhì)量。,(三)風(fēng)載荷

58、 風(fēng)載荷是安裝在室外的塔設(shè)備承受的基本載荷之一。在風(fēng)載荷作用下，塔體不僅可能產(chǎn)生彎曲，還可能產(chǎn)生順風(fēng)方向的振動和垂直于風(fēng)向的橫向振動。對于順風(fēng)方向的風(fēng)力，可以看做是平均風(fēng)力和脈動風(fēng)力所組成。平均風(fēng)力對塔體產(chǎn)生靜力作用。脈動風(fēng)力產(chǎn)生動力作用，將引起塔設(shè)備的振動。在計算風(fēng)彎矩時，通常是在靜力的基礎(chǔ)上，采用風(fēng)振系數(shù)考慮脈動風(fēng)力的影響(四)地震載荷 地震發(fā)生時，產(chǎn)生的地震波，可引起塔設(shè)備的水平方向振動、垂直方向振動和扭轉(zhuǎn)，尤以水平方

59、向振動危害最大。通常情況下，只考慮水平方向振動對塔設(shè)備的影響。為簡化計算，將塔設(shè)備的各段質(zhì)量，看做作用于各段中點的集中質(zhì)量，將底部固定的塔設(shè)備當(dāng)作多質(zhì)量的彈性體系。地震烈度七度及以上地區(qū)，設(shè)計時必須考慮地震載荷。地震波作用下： 水平方向振動、 垂直方向振動、 扭轉(zhuǎn),二、塔體不同工況時的組合應(yīng)力計算與校核（了解）,不做要求,三、塔體壁厚確定方法,裙座雖然不承受介壓壓力，但受到最大的重量載荷和最大的彎矩。因此，也

60、必須保證最大組合軸向應(yīng)力不超過許用值。裙座的危險截面是裙座的底部或人孔處。,四、裙座結(jié)構(gòu),第四節(jié) 塔設(shè)備常見機械故障及排除方法,塔設(shè)備在操作時，不僅受到風(fēng)載荷、地震載荷等外部環(huán)境的影響，還承受著內(nèi)部介質(zhì)壓力、溫度、腐蝕等作用。這些因素將可能導(dǎo)致塔設(shè)備出現(xiàn)故障，影響塔設(shè)備的正常使用。所以在設(shè)計與使用時，應(yīng)采取預(yù)防措施，減少故障的發(fā)生。一旦出現(xiàn)故障，應(yīng)及時發(fā)現(xiàn)，分析產(chǎn)生故障的原因，制訂排除故障的措施，以確保塔設(shè)備的正常運行。 塔設(shè)

61、備的故障可分為兩大類。一類是工藝性故障，如操作時出現(xiàn)的液泛、漏液量大、霧沫夾帶過多、傳質(zhì)效率下降等現(xiàn)象。另一類是機械性故障，如塔設(shè)備振動、腐蝕破壞、密封失效、工作表面積垢、局部過大變形、殼體減薄或產(chǎn)生裂紋等。,一、塔設(shè)備的振動,脈動風(fēng)是塔設(shè)備常見故障及排除方法力是塔設(shè)備產(chǎn)生振動的主要原因。當(dāng)脈動風(fēng)力的變化頻率(或周期)與塔自振頻率(或周期)相近時，塔體便發(fā)生共振。塔體產(chǎn)生共振后，使塔發(fā)生彎曲、傾斜，塔板效率下降，影響塔設(shè)備的正常操作，甚

62、至導(dǎo)致塔設(shè)備嚴(yán)重破壞，造成重大事故。因此在塔的設(shè)計階段就應(yīng)考慮塔設(shè)備產(chǎn)生共振的可能性，采取預(yù)防措施，防止共振的發(fā)生。防止塔體產(chǎn)生共振通常采用以下三方面的辦法。 ①提高塔體的固有頻率，從根本上消除產(chǎn)生共振的根源。具體的方法有：降低塔體總高度，增加塔體內(nèi)徑(但需與工藝設(shè)計一并考慮)；加大塔體壁厚，或采用密度小、彈性模量大的材料；如條件允許，可在離塔頂0．22H處(相應(yīng)于塔的第二振形曲線節(jié)點位置)，安裝一個鉸支座。 ②增加塔體

63、的阻尼，抑制塔的振動。具體方法有：利用塔盤上的液體或塔內(nèi)填料的阻尼作用；在塔體外部裝置阻尼器或減振器；在塔壁上懸掛外包橡膠的鐵鏈條；采用復(fù)合材料等。 ③采用擾流裝置。合理地布置塔體上的管道、平臺、扶梯和其他連接件，以破壞或消除周期性形成的旋渦。在大型鋼制塔體周圍焊接螺旋條，也有很好的防振作用。,二、塔設(shè)備的腐蝕,由于塔設(shè)備一般由金屬材料制造，所處理的物料大多為各種酸、堿、鹽、有機溶劑及腐蝕性氣體等介質(zhì)，故腐蝕現(xiàn)象非常普遍。

64、 塔設(shè)備腐蝕幾乎涉及到腐蝕的所有類型。既有化學(xué)腐蝕，又有電化學(xué)腐蝕，既可能是局部腐蝕，又可能是均勻腐蝕。造成腐蝕的原因更是多種多樣，它與塔設(shè)備的選材、介質(zhì)的特性、操作條件及操作過程等諸多因素有關(guān)。 為了防止塔設(shè)備因腐蝕而破壞，必須采取有效的防腐措施，以延長設(shè)備使用壽命，確保生產(chǎn)正常進行。,防護措施應(yīng)針對腐蝕產(chǎn)生的原因、腐蝕類型來制定。一般采用的方法有如下幾種。,1．正確選材 金屬材料的耐腐性能，與所接觸的介質(zhì)有

65、關(guān)，因此，應(yīng)根據(jù)介質(zhì)的特性合理選擇。 2．采用覆蓋層 覆蓋層的作用是將主體與介質(zhì)隔絕開來。常用的有金屬覆蓋層與非金屬覆蓋層。金屬覆蓋層是用對某種介質(zhì)耐蝕性能好的金屬材料覆蓋在耐蝕性能較差的金屬材料上。常用的方法如電鍍、噴鍍、不銹鋼襯里等。非金屬保護層常用的方法是在設(shè)備內(nèi)部襯以非金屬材料或涂防腐涂料。 3．采用電化學(xué)保護 電化學(xué)保護是通過改變金屬材料與介質(zhì)電極電位來達到保護金屬免受電化學(xué)

66、腐蝕的辦法。電化學(xué)保護分陰極保護和陽極保護兩種。其中陰極保護法應(yīng)用較多。 4．設(shè)計合理的結(jié)構(gòu) 塔設(shè)備的腐蝕在很多場合下與它們的結(jié)構(gòu)有關(guān)，不合理的結(jié)構(gòu)往往 引起機械應(yīng)力、熱應(yīng)力、應(yīng)力集中和液體的滯留。這些都會加劇或產(chǎn)生腐蝕。 5．添加緩蝕劑 在介質(zhì)中加入一定量的緩蝕劑，可使設(shè)備腐蝕速度降低或停止。,三、其他常見機械故障,1．介質(zhì)泄漏 介質(zhì)泄漏不僅影響塔設(shè)備正常操作，惡化工作環(huán)境，甚至可