第八章 塔设备

2.2 塔设备 在石油、化工、轻工等部门，塔设备是一种应用极为广泛的 气液传质设备，由于化工生产中的工艺条件千差万别，因而与相 适应的塔设备的种类也是多种多样的，按其内部结构来分可分为 板式塔和填料塔。 板式塔 1 ）、板式塔的总体结构 ①、塔体与裙座结构 ②、塔盘结构：塔盘板、降液管、溢流堰、紧固件和支承件。 ③、除沫装置：用于分离气体夹带的液滴，多位于塔顶出口处。 ④、设备管道：人孔、接管等。 ⑤、塔附件：保温圈、吊柱、扶梯、平台等。

2 ）、板式塔的工作原理 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上 穿过各层塔板后由塔顶排出, 在 每块塔板上皆贮有一定的体， 气体穿过板上液层时, 两相接触 进行传质。 图 2-25 板式塔

板式塔的种类 板式塔按塔盘的结构又可分为 : 泡罩塔、浮阀塔和筛板塔。 1 ）、泡罩塔： 泡罩塔最主要的传质单元是泡罩， 它由升气管和带有梯形齿缝的圆筒形泡 罩组成，气体由下层塔板上升进入升 气管，通过泡罩齿缝与上层塔板上的 液体充分接触，进行传质或传热。 下层气体 特点 由于其气液接触比较充分, 塔板效率 较高，操作弹性大，故广泛的用于精馏、 吸收、解吸等传质过程中。但结构复杂、 造价高、维修安装麻烦。 图 2-26 圆筒形泡罩

2 ）、浮阀塔 浮阀塔板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。操作时，由阀孔上升的气流经阀片与 塔板间隙沿水平方向进入液层，增加了气液接触时间，浮阀开度 随气体负荷而变，在低气量时，开度较小，气体仍能以足够的气 速通过缝隙，避免过多的漏液；在高气量时，阀片自动浮起，开 度增大，使气速不致过大。

浮阀塔板的优点是结构简单、 造价低，生产能力大，操作弹 性大，塔板效率较高。其缺点 是处理易结焦、高粘度的物料 时，阀片易与塔板粘结；在操 作过程中有时会发生阀片脱落 或卡死等现象，使塔板效率和 操作弹性下降。 特点 图 2-27 浮阀塔结构 浮 阀

3) 、筛板塔 塔板上开有许多孔径一般为 3 ～ 8mm 的小 孔。 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，应能阻止液体经筛 孔向下泄漏。 特点 筛板塔的结构简单、造价低，板上液面落 差小，气体压降低，生产能力大，传质效率高。其 缺点是筛孔易堵塞，不宜处理易结焦、粘度大的物料。 图 2-28 筛板塔

塔盘的结构 塔盘实际上是塔中的气、液通道。为了满足正常操作要求，塔 盘结构本身必须具有一定的刚度以维持水平，塔盘与塔壁之间要 保持一定的密封性以避免气、液短路。 塔盘的结构有整块式和分块式两种。 整体式塔盘 分块式塔盘 DN≤700mm DN ≥ 1000mm 分块式：无塔盘圈，有支持圈 ( 支持板 ) ，无密封结构 整块式：有塔盘圈，无支持圈 ( 支持板 ) ，有密封结构 区 别区 别

1 ）、整块式塔盘 结构 —— 塔体由若干塔节组成，内装有一定数量的塔盘，塔节间 用法兰连接。 图 2-29 整块式塔盘结构 1 — 塔盘板 2 — 降液管 3 — 拉杆 4 — 定距管 5 — 塔盘圈 6 — 吊耳 7 — 螺栓 8 — 螺母 9 — 压板 10 — 压圈 11 — 石棉绳

2 ）、分块式塔盘 在直径较大的板式塔中，为了安装检修和增大塔板的刚度，将整 块塔盘分为若干块，这种塔盘称分块式塔盘，根据装配的位置不 同可分为：矩形板、弓形板和通道板三种。安装时由人孔将各块 板送入塔内，拼装在焊于塔壁上的支撑圈上。 图 2-30 分块式塔盘结构 1

图 2-30 分块式塔盘结构 2

2.2.2 填料塔 1 ）、填料塔的总体结构 ①、塔体 ②、喷淋装置 ③、填料 ④、液体再分布器 ⑤、填料支撑装置 ⑥ 、支座以及进出口等部件 2 ）、填料塔工作原理 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，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。 2—31 填料塔结构图

填料的种类 填料塔的所有填料可分为实体填料和网体填料两大类。网体 填料就是用丝网制成的各种填料，主要介绍实体填料。 ①、拉西环 它通常是外径与高相等的圆筒体，可用陶瓷、金属或塑料制造, 其壁厚在满足强度的条件下，尽可能薄。 ②、鲍尔环 它在金属拉西环的壁上开一排或两排长方形的小窗，窗的叶片向 环中心弯曲并在中心处接搭，上下两排窗位置相错。 ③、鞍形填料 鞍形填料有两种形式矩鞍形和弧鞍形，矩鞍形填料是对称的，易 重合，填料利用率低；弧鞍形填料则避免了这种缺点。

④、阶梯环 是对鲍尔环的进一步改进，它一端为圆筒形鲍尔环，另一端为喇 叭圆筒形。这种填料形状不对称表面利用率高。 图 2—32 实体填料

液体喷淋装置 液体喷淋装置也称液体再分布装置，作用是将液体均匀地喷洒 在塔顶填料上，使填料表面能够全部被淋湿。常见的类型有 : 喷洒 型、溢流型和冲击型。 喷洒型 管式喷洒器 环管多孔喷洒器 莲蓬头喷洒器 溢流型 盘式分布器 槽式分布器 冲击型

管式喷洒器 适用于 DN≤300mm 的塔器，通过填料上的进 液管（直、弯或缺口）进行喷洒，其结构简 单, 但喷淋面积较小且不均匀。 图 2-33 管式喷洒器

环管多孔喷洒器 适用于 DN≤1200mm 的塔器，其结构简单，制造和安装方便， 缺点是喷洒面积小，不够均匀，而且液体要求清洁，否则小 孔易堵塞。（环管下面开小孔，一般为 3 — 5 排）。 图 2-34 环管多孔喷洒

莲蓬头喷洒器 一般可用于塔径小于 600mm 的塔中，莲蓬头的主要有半球形、 碟形、杯形，其优点是结构简单，制造安装方便，缺点是小孔 易堵塞，不适于处理污浊液体。 图 2-35 莲蓬头喷洒器

盘式分布器 液体从中央进料管加到喷淋盘 内，然后均匀地从喷淋盘上的 降液管处均匀往下喷淋。分布 板上钻有泪孔，以便在停工检 修时排净板上的液体。 图 2-36 中央进料的盘式分布器

槽式分布器 主要用于 DN ＞ 1000mm 的塔，其优点是自由截面大，适应性好， 处理量大，操作弹性大，结构见下图，液体先加入分配槽，然后 再由分配槽的开口处到喷淋槽，喷淋槽上有堰口，两侧有三角形 或矩形的开口，各开口的下缘应位于同一水平面上，再由此溢流 到填料上。 图 2-37 分布槽

1 －主槽 2 －分槽 图 2-38 槽式孔流分布器

冲击型分布器 下图所示为常用的反射式喷淋器，具有 一定速度的液体从管内流出，冲击在反 射板上使液体向四周飞溅，达到均匀喷 淋的目的。 图 2-39 反射板式喷淋器

液体再分布器 当液体流过填料层时，流体慢慢地会从器壁流走（壁流）现象 产生，使液体分布不均匀，塔中央部分填料可能没有润湿，起不 到作用，降低了整个塔的效率。因此就需要液体再分布器使液体 流经一定的高度填料后再重新分布。 DiDi Dl 图 2-40 分配锥结构 1 液体再分布器的作用：将上层 填料流下的液体收集，再分布， 避免塔中心的填料不能被液体 湿润而形成 “ 干锥 ” 。

液体再分布器的 典型结构 分配锥 具有通孔的分配锥 图 2-41 分配锥结构 2

填料的支承结构 填料的支承结构不仅要支承 全部是填料的重量，换必须使上 升的气体能顺利通过，因此要求 栅板： 1 ）栅板有足够的强度和耐腐蚀性 ; 2 ）栅板必须有足够的自由截面, 一 般应各填料的自由截面大致相等； 3 ）槽板扁钢条之间的距离约为 填料外径的 60%—80% ； 4 ）栅板可以制成整块的或分块的。 图 2-43 栅板结构 1

图 2-44 栅板结构 2