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1、第十八章 塔设备. 18.1 概 述,一、用途 塔设备广泛用于精馏、吸收、解吸、萃取、增湿和减湿等单元操作中。,18.1 概 述,二、分类 1、按操作压力：加压塔、常压塔和减压塔 2、按单元操作：精馏塔、吸收塔、解吸塔和萃取塔 3、按塔内件结构：板式塔和填料塔 三、工艺要求 (1)生产能力大，即气(汽)、液处理量大 (2)传质效率高， (3)流体流动阻力小， (4)操作弹性大，即在负荷波动较大时，仍能维持较高的效率 (5)结构简单、材料耗用量小、制造和安装容易； (6)便于操作、调节及检修等。,18.2 板 式 塔,一、总体结构及其分类 1、总体结构 （1）塔体与裙座结构 （2）塔盘结构：塔盘
2、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、分类,（1）按塔盘上气、液俩相接触元件结构的不同，板式塔又可分为：泡罩塔、筛板塔、浮阀塔、舌形塔、浮动喷射塔以及各种复合型塔等。使用最多的板式塔为筛扳塔和浮阀塔。板式塔的塔盘，按其是否设置溢流装置，可分为溢流式和穿流式两大类。溢流式塔盘设有可调节的或不可调节的溢流装置，以便使塔盘上保留一定厚度的液层，目的是提高塔板效率，扩大操作范围。在穿流式塔盘上，气液两相同时穿过塔盘上的通道，因此，其处理量大，阻力降小，但塔盘效率偏
3、低，操作范围较小。 （2）塔盘板的结构型式与塔径大小有关。直径为300-900mm的板式塔采用整块式塔盘，由于塔体分段，所以塔盘的安装可在塔外进行，塔体不得开设人孔。当塔的直径大于900mm时，应采用分块式塔盘，塔体上开设人孔，塔盘的装、拆均在塔内进行。,3、板式塔的设计,(1)工艺(或化工)设计 计算理论塔扳数，选择塔板效率并确定实际塔板数，选取板间距，并初步确定塔高，计算塔径(或空塔气速)；塔盘布置，并进行流体力学验算。 (2)结构设计 确定塔体结构，设计塔盘结构(包括塔盘板、溢流装置紧固件及支持件的结构)，塔的进出口接管结构，裙座及其它附件结构等；(3)机械设计选择材料，计算塔体壁厚，确
4、定座圈壁厚，计算地脚螺栓大小与数量等。,二、整块式塔盘结构,特点：塔径小，生产能力较小。按塔盘的支承方式，整块式塔盘分为定距管支承式和重叠式两种，但经常采用的是定距管支承式结构。(一)定距管支承式塔盘在这种结构中，每一塔节内通常有3-6块塔盘，各块塔盘用定距管和两端带螺纹的拉杆联成一体，并通过底层塔盘将其直接支承在焊于塔壁的支座上。塔盘与塔体间的缝隙用石棉绳填塞，并由压环及压紧螺栓装置予以压紧。安装时将拉杆从下端通过螺母固定在支座上，再自下而上逐层安装塔盘及其密封装置，最后用两个螺母从上端锁紧。,拉杆两端的结构，见图其中图(a)系顶部结构，双螺母用以防松，图(b)系拉干底部与支座的连按结构，螺
5、母要与支座间点焊，以免在安装时拉干滑落和转动。,为了在塔盘与塔体面的缝隙中安放密封用石棉绳，塔盘用边可采用图所示结构。其中图(a)、(b)为角焊结构，制造方便，但容易产生焊接变形，图(c)、(d)为翻边结构，塔板可以整体冲压(c)，或单设一塔盘圈与塔盘对接(d)，这种结构能减少焊接热变形，但制造上较为麻烦。塔盘圈高度h1，一般取70mm，但不得低于溢流堰高。密封填料支持圈系采用810的圆钢制成，其安装高度h2一般为30-40mm。碳钢制塔板与塔盘圈的厚度，一般取3-4mm, 用不锈钢时取2-3mm。,塔盘圈与塔体间的密封结构及其主要零件，分别如图，焊在塔盘圈上的螺柱及套在螺柱上的压板，借助于拧
6、紧螺母，可将压紧力通过压圈传递给密封填科，并使其变形以保证密封。密封填科，用的是2-3层10-12的石棉绳。压圈是一带缺口的、由扇钢或方钢制成的圆环，为便于装拆，其上焊有两个吊耳。压紧螺柱沿圆周均布。一般为3-6个，视塔径大小增减。,降液管分为圆形和弓形两种，见图。其中图(a)、(b)是圆形降液管，图(a)以管的伸出端兼作溢流堰，而图(b)没有单独的溢流堰。圆形降液管的降液面积较小，管中易为泡沫所充满，产生拦液现象，因此，只在液体负荷较小或塔径较小时用。图(c)为弓形降液管，它最大限度地利用于塔的截面，不仅具有较高的降液能力，面且气、液分离效果好，故经常为大直径塔所采用、堰高hw一般取30mm
7、或40mm，根据液体负荷，堰长Lw可在(0.6-0.8)D1的范围内选取，DI为塔盘圈的内径。阵液管宽度Wd用下式计算:式中LW溢流堰长度D1一塔盘圈内径，它与塔内径Di之间的关系是：D1=Di-2S-(2040), S为塔盘圈厚度，mm,图（d）是最底层塔盘上降液管的液封槽,(二)重叠式塔盘,重叠式塔盘的典型结构，如图。由图看出，在这种结构中的每块塔盘，均通过三个调节螺栓、便其座落在非整圆的环形支承板上，而支承板又为三根支柱所支承，该支桂则焊在下一层塔盘的塔盘圈上。在每一塔节内均包括数块如此叠加起来的塔盘。对于最底层塔盘的调节螺栓，则要由焊于塔壁的支座来支承，所以塔节内全部内件的重量最终由支
8、座来承受。重叠式塔盘的密封装置、降液管等均与定距管支承式塔盘相同。这种塔盘的优点，是其水平度可用调节螺栓加以调节，但结构校复杂，而且旋拧调节螺栓时人需进入塔内，故建议塔径大于700mm时，方考虑采用。,三、分快式塔盘结构,对于直径较大的板式塔，例如塔径超过800mm，考虑塔盘制造、安装、检修的方便，常采用分块式塔盘。这种塔的塔体为一焊制圆筒，不再划分塔节，各块塔盘板由塔体上的人孔送入，安放在固定于塔壁的塔盘支持件上。对于溢流型塔盘，按液体横向流过塔盘的路径不同，有多种溢流型式可供选择，但常用的是单流型和双流型，见图。,分块式塔盘的示意图如所示。对于分块式塔盘板，按其结构分为平板式、自身粱 式及
9、槽式等三种。在工业生产上，采用最多的是自身梁式塔盘板，其次是槽式，平板式塔盘板虽然本身结构简单，但由于它的刚性较差，使用时须配备单独的支承梁，反面耗材多，结构变得复杂，故较少采用。,塔盘板的支撑件,3塔盘的紧固件塔盘的紧固件是组装分块式塔盘的连接构件，用于塔盘扳之间及塔盘板与支持圈、支持板、受液盘或支承粱之间的连接。按法按原理，分为螺纹法按和楔连接两种。 4.降液管、受液盘及溢流堰对于分块式塔板，大多采用弓形降液管，其特点是降液板与塔壁的全部截面都用作降液面积，它具有塔盘面积利用率高、降液能力大及气液分离效果好等优点尤其适用于液体负荷量大和塔径较大的塔，弓形降液管分为焊接固定和可拆式两种。为保
10、证降液管出口处液封，也在塔板上设置受液盘，按其结构分为平形和凹形。对于带有平形受液盘的塔盘，为保证降液管的密封，同时使液体能够比较均匀的横过塔盘，并减少液流水平的冲击，常在液流的进入端设置入口堰。为使塔盘上的液层有一定厚度、保持液流均匀，在塔盘上必须设置出口堰。,18.3 填 料 塔,一、概述,填料塔设计包括以下内容： (I)选择填料 。 (2)确定塔径。 (3)计算填料层高度并确定塔 。 (4)计算压力降。 (5)结构设计塔的结构设计包括塔体设计和塔的内件设计两部分 应当指出要保证填料塔达到要求的性能指标，其结构设计合理是一个重要条件。,二、填料,(一)对填料的基本要求 1单位体积填料的表面
11、积、即比表面积要大，且填料表面易为液体所润湿。 2单位体积填料的空隙体积、即空隙率要高，借以增加气(汽)液的通过能力、减小流动阻力。 3经久耐用，即具有良好的耐腐减性、较高的机械强度和必要的耐热性。 4取材容易，价格便宜。 (二)工业用填料的主要类型 工业生产上使用的填料主要有两种类型，即颗粒填料和规整填料。,三、液体分布装置,要求：使整个塔截面的填料表面很好润湿，结构简单，制造维修方便。 作用：喷出液体，使整个塔截面的填料很好润湿，直接影响塔的处理能力和分离效率。 分类：液体分布装置按其操做原理大致可分为：喷洒型、溢流型及冲击型等。在工业型填料塔中，使用较多的是前两种液体分布装置。,（一）喷洒型,1、莲蓬头喷洒器,2、直管多空式喷洒器,3、环管多口式喷洒器,4、排管多空式喷洒器,（一）溢流型,1、溢流盘式,2、溢流槽式淋洒器,（三）冲击式,四、液体再分布装置,（一）分配堆,(二)槽式液体再分配器,五、填料的支撑装置,
