化工设备
第六章 塔设备
第六章 塔设备
学习指南 塔设备是炼油、化工生产中最重要的
工艺设备之一。它可使气（或汽)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。 可在塔设备中完成的单元操作有：精馏、吸收、 解吸及萃取等。由于其工作过程中两种介质主 要发生的是质的交换，所以也将实现这些过程 的设备叫传质设备，从外形上看，这些设备都 是竖直安装的圆筒形容器，且高径比较大形如 “塔”状，故习惯上称其为塔设备。
3.无降液管塔
穿流式栅板塔结构
气液通道为冲压而成的长 条栅缝或圆形筛孔。 栅板也可用扁钢条拼焊而 成，栅缝宽度为4～6mm， 长度为60～150mm，栅缝 中心距为（1.5～3）倍栅 缝宽度，筛孔直径通常采 用5～8mm，塔板的开孔率 为 15～30%，塔盘间距可 用300～600mm。 ------------见右图。
板式塔综述 液 体
泡罩塔
升气管 气流
（ a）
板式塔的塔型简介
筛板塔
液 体
液 体
浮阀
气流
气流
（ b）
(c )
浮阀塔
固定舌型塔
液
液
体
体
浮板
气流
气流
(d )
(e)
图 10－ 11 常 用 板 式 塔 的 简 图
浮动喷 射塔
泡罩
1.泡罩塔
结构如右图 塔盘板
应用最早的板式塔。
升气管
泡罩——有圆形和条形两大类，应用最广泛的是圆形泡罩； 圆形泡罩的直径：ф80、 ф100、ф150mm。
板式塔结构
‫ ‫‬内件（塔盘、降液管、溢流堰、受液盘等）、塔 体、支座、人孔或手孔、除沫器、接管、吊柱、 扶梯、操作平台等。
工作过程(原理)
内部有一定数量的塔盘，气体自塔底向 上以鼓泡喷射的形式穿过塔盘上的液层， 使气液两相充分接触，进行传质。 气液两相的组份浓度呈阶梯式变化。
填料塔结构
填 料 塔 内 件
压力降小。 (5)满足工业对生产设备的一般要求。
上述各项指标的重要性因不同设备而异， 同时满足很困难。
三、塔设备的类型及总体结构
1.塔设备的类型
(1) 按操作压力分：加压塔、常压塔及减压塔。 (2) 按单元操作分：精馏塔、吸收塔、介吸塔、
萃取塔、反应塔、干燥塔等。 (3) 按内件结构分：填料塔、板式塔。
过程设备设计
穿流式栅板塔
优点：（1）结构简单，加工容易、安装维修方便，投资少；
（2）节省了降液管所占的塔截面，（约为15～30%）， 生产能力比泡罩塔大20%～100%；
（3）开孔率大，栅缝或筛孔处的气速比溢流式塔盘小， 压降小，比泡罩塔低40～80%，可用于真空蒸馏。
筛板塔结构及 气液接触状况
过程设备设计
筛板
筛板塔工作原理 塔盘分为筛孔区、无孔区、溢流堰及降液管等部分。
液体从上层塔盘的降液管流下，横向流过塔盘，越过 溢流堰经溢流管流入下层塔盘，塔盘上依靠溢流堰的 高度保持其液层高度。
蒸气自下而上穿过筛孔时，被分散成气泡，在穿越塔 盘上液层时，进行气液两相间的传热与传质。
2.塔设备的总体结构
（1）板式塔
（2）填料塔
塔体（外壳）：由圆筒、上下封头构成。工作 时承受内压或外压及温度、风载荷等。 支座：是塔体与基础的连接结构。塔设备高大 沉重，一般采用裙式支座。 人孔：为安装、检修、检查等需要而设置。不 同的塔设备，人孔或手孔的结构及位置等也不 相同。 接管：为用于连接工艺管线，使塔设备与其他 相关设备相连接。有进、出液管，进、出气管、 回流管、取样管、仪表管等。 吊柱：安装于塔顶，用于安装、检修时吊运塔 内件。
工作过程（原理）
内部填有一定高度的填料，液 体自塔的上部沿填料表面向下流动， 气体作为连续相自塔底向上流动， 与液体进行逆 流传质。
气液两相的组份浓度沿塔高连 续变化。
第二节 板式塔
‫ ‫‬一、板式塔塔盘的型式及特点
板式塔类型的不同，在于其中的 塔盘结构不同，常见的主要类型有：
泡罩塔 筛板塔 浮阀塔 舌片塔等
4—— 蒸汽由下层塔盘上升进入泡罩升气管内，经过升气管与 泡罩间的环形通道，穿过泡罩的齿缝分散到泡罩间的液 层中去。
蒸汽从齿缝中流出时，形成气泡，搅动塔盘上的液体， 并在液面上形成泡沫层。
气泡离开液面时破裂成带有液滴的气体，小液滴相互碰 撞形成大液滴而降落，回到液层中。
泡罩塔的优点： 1、塔板效率较高（气液充分接触）；2、操作 弹性大（气速很低时不会严重漏液）；3、具有 较高的生产能力；4、适用于多种介质，不易堵 塞。
泡罩塔的缺点： 结构复杂、造价高、气相压降大、以及安装维 修麻烦等。
泡罩塔的应用： 在生产能力变化大，操作稳定性要求高，有相 当稳定的分离能力等要求时，可考虑使用泡罩 塔。
2、筛板塔
应用历史较久，与泡罩塔相 比，结构简单，成本降低40% 左右，板效率提高10～15%， 安装维修方便。
经研究，现有大筛孔 （孔径达20～25mm）、 导向筛板等多种形式。
第一节 塔设备的应用及类型 一、塔设备的应用
化工、炼油、石油化工、医药、食品及环境保护等工业部门。
表1 塔设备的投资及重量在过程设备中所占的比例
二、塔设备的一般要求
(1)生产能力大。即气液处理量大。 (2)传质效率高。气液两相充分接触，相际间
传热面积大。 (3)操作稳定性好，操作弹性大。 (4)流体流动的阻力小，即流体通过塔设备的
其中前两种为矩形齿缝， 并带有帽缘，
ф150mm的圆形泡罩为 敞开式齿缝。
右图为有帽缘的圆形泡罩
塔 板 上 的 气 液 接 触
工作原理
1——液体由上层塔板通过左侧降液管经下部A处流入塔盘；
2——横向流过塔盘上布置泡罩的区段B-C（为气液接触区）， C-D段用于初步分离液体中夹带的气泡；
3——液体越过出口堰板并流入右侧降液管。在堰板上方的液 层高度称为堰上液层高度，液体流入降液管内后经静止 分离，蒸汽上升返回塔盘，清液流入下层塔板。
筛孔直径大小及间距：
液相负荷的塔板，孔径：4～6mm，按正三角形排列，孔 间距t与孔径d0的比值用2.5～5，最佳值为3～4。
溢流堰高度：
决定塔盘上液层深度，
溢流堰高，气液接触时间长，板效率高；液相负荷小时， 也易保证气液接触均匀，对筛板安装水平度要求不高。 堰太高时，塔板压降增大；气量小时，容易漏液。 一般而言，常压操作时，溢流堰高度为25～50mm，减压 蒸馏时，为10～15mm。