塔设备培训课件
筛板塔
塔设备是化学工业、石油工业、石油化工等生产中最重要的设备之一。它可使气(汽）液两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、气体的增湿和冷却等。精馏和吸收等传质过程所用的塔设备，按塔的内件结构分为板式塔和填料塔。①在板式塔中，塔内装有一定数量的塔盘，气体自塔底向上以鼓泡喷射的形式穿过塔盘上的液层，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。
②在填料塔中，塔内装填一定高度的填料。液体自塔顶沿填料表面向下流动，作为连续相的气体自塔底向上流动，与液体进行逆流传质。两相的组分浓度沿塔高呈连续变化。 板式塔的类型很多，生产中应用最多的是浮阀型塔和筛板塔。传统的圆形泡帽(罩）塔已逐渐被各种浮阀，筛板等强度和效率较高的塔板所代替。另外还有舌形塔、浮动舌形塔、穿流式栅板塔、Kittel塔盘等。 塔设备的结构包括塔体、支座(裙座)、除沫器、接管、人孔及塔内件。
1精馏原理
下图为一典型的精馏塔，待分离的原料自中部某处进入，进料板以上称为精馏段，以下则称为提馏段。塔顶装有冷凝器，塔顶蒸汽在冷凝器中冷凝，一部分作为回流由塔顶送入塔中，一部分作为产品送出。塔底装有再沸器，来自塔底的液体在此部分汽化，气相返回塔底，液相作为塔底产品。沿塔高度温度是变化的，塔顶温度最低，塔底最高，由下往上温度逐板降低。塔内设有若干层塔板，塔板是汽、液相间传质传热的场所。沿塔高蒸汽的体积流量是有变化的，尤其是精馏段和提馏段的蒸汽量往往有较大差别。 1．精馏和回流的作用精馏段所起的作用是将进入的汽相混合物中轻组分提浓，在塔顶得到合格的产品，液相回流则起着精馏介质的作用。
2．提馏段和再沸器的作用提馏段的作用是将进入该段的液相中的重组分提浓，在塔底获得高纯度的重组分。提馏段中的汽相则作为精馏介质—汽相回流。
图4-1分馏塔工作原理图
有精馏段和提馏段的精馏塔称为完全塔，炼油厂的原油蒸馏塔可在塔底吹入水蒸气而不设再沸器。原因在于蒸馏塔底温度太高，不到适当的热载体，而且塔底重油不适宜于较长时间加热。因此通常把这一段称为汽提段。
综上所述，精馏过程的原理可以叙述如下：高温低浓度(指低于与液相成平衡的汽相浓度)的汽相与低温
高浓度(指高于与汽相成平衡的液相浓度)的液相接触，同时传热传质，汽相部分冷凝，液相部分汽化，结果汽相温度降低，其中轻组分得到提浓，液相温度升高，其中重组分得到提浓，此过程多次重复即可在塔顶和塔底得到合乎要求的产品。
2．塔板的结构及类型
塔板的主要部件有：
b溢流堰(出口堰）用来保持塔板上能有一定厚度的液层。
c入口堰对进入塔板的液体起分布和缓冲作用，有些塔不设入口堰，侧线抽出口设有。
d鼓泡构件形成气液两相传热、传质的主要构件。塔板类型很多，其主要区别即在所采用的鼓泡构件不同。常用的鼓泡构件有：
i 筛板气体通过板上钻的小孔来形成鼓泡层、泡沫层。
ii 浮阀气体通过安装在塔板上的浮阀单元形成鼓泡层、泡沫层。随气体(蒸汽）负荷的变化浮阀可以上下浮动。
iii 圆形泡罩气体由升气管进入泡帽，然后经泡帽和升气管间的回转信道，穿过泡帽上的
图2 圆形泡罩结构图
3 塔板的工作原理
当流体由上层塔板的降液管流下进入塔板后，就沿横向流经塔板至出口堰，经降液管流入下一层塔板。气体由塔板下方上升，穿过阀孔或筛孔以鼓泡方式(或喷射方式）和塔板上流动的液体接触，在塔板上形成鼓泡层、泡沫层(或喷溅层），其密度要比清液小。当气泡在液层表面破裂时会夹带出一部分液滴，所夹带液滴中较大的液滴在气流进入上层塔板以前还能回落到该板上，但较小的液滴将随上升气流被夹带进入上层塔板上，这种现象称为雾沫夹带。
气体向上流动的推动力是两层塔板间的压差，被称为塔板的压力降。由于下层塔板的压力高于上层塔
板的压力，液体由降液管流至下层塔板时是由低压流向高压，再加上液体通过降液管流动时还需克服一定的阻力，因此降液管中的液面必定高于塔板上的液面。当降液管中液面超过上层塔板的堰口而与上层塔板上液面相连时，就会阻碍液体在降液管中的正常下流，造成液体在塔内积累而形成淹塔现象。
4 塔板的结构型式
（一） 塔板
1． 单溢流(直径流向） 液体在塔板上沿直径方向作单向流动。液体横流过塔板，通过另一端的降液管流至下层塔板。当塔径较大或液体流量较大时，塔板阻力大，造成显着的液面落差，从而造成蒸汽分布不均匀。因此直径大于2.0m 的塔为了减少液面落差常采用双溢流塔板。
2． 双溢流(分离流向) 塔板上液体分成两股流动。分别由两侧流向中央的降液管，经中央的降液管流至下层塔板后，又由中央分流至两侧的降液管。液体在相邻两层板上的流向相反。采用双溢流时，由于液体的流程、流量均为一半，因此液面落差显着降低。但需采用两种结构不同的塔板。 图4-3 塔板结构形式
（二） 降液管 常用的降液管形式有弓形、
弓形
降液管应用最广，在双溢流的塔板中需同时应用弓形和矩形降液管。
（三） 溢流堰 设置溢流堰的目的是为保证塔板上有一定
厚度的液层，使蒸汽通过塔板时与液相充分接触。溢流
堰和降液管连在一起。
（四） 受液盘 塔板受液盘可以采用平型或凹型。凹型受液盘能保证降液管下部在各种情
况下都为液体封住，而且对降液管中流下的液体起缓冲作用，避免了液体直接由降液管涌向塔板而影响附近几排浮阀或筛孔的正常鼓泡。
（五） 浮阀 浮阀单元应用最广泛的是圆盘式浮阀(我国称为F1型浮阀），当蒸汽量很小
时，浮阀落在塔板孔上仍保持一最小开度，同时也防止阀片被粘着和腐蚀。
（六） 通道板 为进行塔内清洗和检修，使人能进入各层塔盘，可在塔盘板接近中央设置
一块内部通道板，通道板一般是上下可拆的。各层内部通道板最好开在同一垂直位置上，以利于采光和拆卸。
5 操作中的几种不正常现象
1． 严重雾沫夹带：
这种现象是由于流经塔板的汽相负荷过大而引起的。在正常操作时，气体通过塔板的鼓泡组件，与塔板上的液流相遇，塔板上的液体即被气流所搅动、分散，并吹起而在塔板上面形成泡沫层。此时离开
塔板的气体必然夹带着泡沫或小液滴，由于液滴很小，尚来不及沉降就被带到上层塔板，对这种现象，人们称之为雾沫夹带。这种现象的发生，一方面降低了塔板的分馏效果，另一方面由于在气体负荷加大时，气速的增加使气液搅动加剧，而有利于传质过程的进行。
2． 严重气泡夹带(降液管超负荷）
此种现象的发生是由于通过降液管的回流液体负荷过大而引起的。液体流入降液管时常带有大量的汽泡，它在管中应有足够的停留时间以便沉降，使泡沫分离成气体与清液，气体上升回到上层塔板。如果液体负荷增加，液体在降液管中的停留时间缩短，液体夹带的汽泡来不及分离就带到下层塔板，就会降低分馏效果。
3．泄漏
此种现象的发生是由于塔板上的气相负荷过小而引起的。当处理量太小，塔内气速很低时，大量液体由于重力的作用，便从阀孔或筛孔漏下，这种情况称为“泄漏”。由于液体没有和塔板上的气体充分接触就漏到下层塔板，所以降低了塔板效率。圆形泡帽塔板是属于无泄漏型塔板。
4．淹塔(液泛)
此种现象的发生是由于塔内汽、液相负荷都过大而引起的。由于气液负荷过大，液体充满了整个降液
管，从而使上下塔板的液体联成一体，分馏效果完全遭到破坏，这种现象称为“淹塔”或“液泛”。
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