浮阀塔泡罩塔筛板塔优缺点及结构原理

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1、筛板塔、泡罩塔和浮阀塔的优缺点筛板塔是扎板塔的一种，内装若干层水平塔板，板上有许多小孔，形状如筛；并装有 溢流管或没有溢流管。操作时，液体由塔顶进入，经溢流管（一部分经筛孔）逐板下降， 并在板上积存液层。气体（或蒸气）由塔底进入，经筛孔上升穿过液层，鼓泡而出，因 而两相可以充分接触，并相互作用。泡沫式接触气液传质过程的一种形式，性能优于泡 罩塔。为克服筛板安装水平要求过高的困难，发展了环流筛板；克服筛板在低负荷下出 现漏液现象，设计了板下带盘的筛板；减轻筛板上雾沫夹带缩短板间距，制造出板上带 挡的的筛板和突孔式筛板和用斜的增泡台代替进口堰，塔板上开设气体导向缝的林德筛 板。筛板塔普遍用作H2S

2、-H2O双温交换过程的冷、热塔。应用于蒸馏、吸收和除尘等。# 1 Y） h2 y- l, ?! d+ T5 G , % k* . a+ 1 A- p2 f 泡罩塔板是工业上应用最 早的塔板，它主要由升气管及泡罩构成。泡罩安装在升气管的顶部，分圆形和条形两种， 以前者使用较广。泡罩有f80、flOO、fl50mm三种尺寸，可根据塔径的大小选择。泡罩 的下部周边开有很多齿缝，齿缝一般为三角形、矩形或梯形。泡罩在塔板上为正三角形 排列。 操作时，液体横向流过塔板，靠溢流堰保持板上有一定厚度的液层，齿缝浸没 于液层之中而形成液封。升气管的顶部应高于泡罩齿缝的上沿，以防止液体从中漏下。 上升气体通过齿缝

3、进入液层时，被分散成许多细小的气泡或流股，在板上形成鼓泡层， 为气液两相的传热和传质提供大量的界面 IO Z8 b. G; p3 d 泡罩塔板的优点是操作 弹性较大，塔板不易堵塞；缺点是结构复杂、造价高，板上液层厚，塔板压降大，生产 能力及板效率较低。泡罩塔板已逐渐被筛板、浮阀塔板所取代，在新建塔设备中已很少 采用。 浮阀塔板具有泡罩塔板和筛孔塔板的优点，应用广泛。浮阀的类型很多，国内 常用的有F1型、V-4型及T型等。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

4、塔板效率和操作弹性下降。浮阀塔结构原理浮阀塔F-型（国外通称V-型）是用钢板冲压而成的圆形阀片，浮阀塔F-型下面有三条阀腿，把三条阀腿装入塔板的阀孔之后，用工具将腿下的阀脚扭转 90，则浮阀就被限制在浮孔内只能上下运动而不能脱离塔板。当气速较大时，浮阀塔F-型浮阀被吹起，达到最大开度；当气速较小时，气体的动压头小于浮阀自重，于是浮阀塔F-型浮阀下落，浮阀周边上三个朝下倾斜的定距片与塔板接触，此时开度 最小。定距片的作用是保证最小气速时还有一定的开度，使气体与浮阀塔F-型塔 板上液体能均匀地鼓泡，避免浮阀与塔板粘住。浮阀塔F-型浮阀的开度随塔内气 相负荷大小自动调节，可以增大传质的效果，减少雾沫

5、夹带。结构原理如下图：分析一下图中所示结构，尤其是图中椭圆圈出的部分，若是能帮在下作出立体模 型，那将感激不尽塔盘的形式目前主要有泡罩式、浮阀式、立体传质式、筛板式、舌形塔、浮动舌形式和浮动喷射式等。请讨论：1、比较各种塔盘的传质效率2、各种塔盘的产生背景浮阀式 结构简单 弹性好、制造安装容易 一般都有采用浮动舌形式 也可以筛板类型 加工简单 但是 弹性太小。泡罩式 结构复杂 塔盘重量大填料塔的作用是起到吸收作用，是化工、石油化工和炼油生产中最重要的设 备之一。以下讲一下填料塔的结构特点：填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备。填料塔的 塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填

6、料以乱堆或整砌的方式放置在支 承板上。填料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动。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，经气体分布装置（小 直径塔一般不设气体分布装置）分布后，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。填料塔属于连续接触式气液传质设 备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散 相。当液体沿填料层向下流动时，有逐渐向塔壁集中的趋势，使得塔壁附近 的液流量逐渐增大，这种现象称为壁流。壁流效应造成气液两相在填料层中分布 不均，从而使传质效率下降。因此，当填料层较高时，需要进行分段，中间设置

7、 再分布装置。液体再分布装置包括液体收集器和液体再分布器两部分，上层填料 流下的液体经液体收集器收集后，送到液体再分布器，经重新分布后喷淋到下层 填料上。填料塔具有生产能力大，分离效率高，压降小，持液量小，操作弹性大 等优点。填料塔也有一些不足之处，如填料造价高；当液体负荷较小时不能有效 地润湿填料表面，使传质效率降低；不能直接用于有悬浮物或容易聚合的物料； 对侧线进料和出料等复杂精馏不太适合等。填料的分类填料的种类很多，根据装填方式的不同，可分为散装填料和规整填料。1散装填料 散装填料是一个个具有一定几何形状和尺寸的颗粒体，一般以随机的方式堆积在塔内，又称为乱堆填料或颗粒填料。散装填料根据结

8、构特点不同，又可 分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。现介绍几种较为典型的散装填料:拉西环鲍尔环 阶梯环弧鞍填料矩鞍填料 金属环矩鞍填料 球形填料(1) 拉西环填料于1914年由拉西(F. Rashching)发明，为外径与高 度相等的圆环。拉西环填料的气液分布较差，传质效率低，阻力大，通量小，目 前工业上已较少应用。(2) 鲍尔环填料是对拉西环的改进，在拉西环的侧壁上开出两排长方形 的窗孔，被切开的环壁的一侧仍与壁面相连，另一侧向环内弯曲，形成内伸的舌 叶，诸舌叶的侧边在环中心相搭。鲍尔环由于环壁开孔，大大提高了环内空间及 环内表面的利用率，气流阻力小，液体分布均匀。与拉西环相比

9、，鲍尔环的气体 通量可增加50%以上，传质效率提高30%左右。鲍尔环是一种应用较广的填料。(3) 阶梯环填料是对鲍尔环的改进，与鲍尔环相比，阶梯环高度减少了 一半并在一端增加了一个锥形翻边。由于高径比减少，使得气体绕填料外壁的平 均路径大为缩短，减少了气体通过填料层的阻力。锥形翻边不仅增加了填料的机 械强度，而且使填料之间由线接触为主变成以点接触为主，这样不但增加了填料 间的空隙，同时成为液体沿填料表面流动的汇集分散点，可以促进液膜的表面更 新，有利于传质效率的提高。阶梯环的综合性能优于鲍尔环，成为目前所使用的 环形填料中最为优良的一种。4）弧鞍填料属鞍形填料的一种，其形状如同马鞍，一般采用瓷

10、质材料制成。弧鞍填料的特点是表面全部敞开，不分内外，液体在表面两侧均匀流动，表面利用率高，流道呈弧形，流动阻力小。其缺点是易发生套叠，致使一部分填 料表面被重合，使传质效率降低。弧鞍填料强度较差，容破碎，工业生产中应用 不多。（5）矩鞍填料将弧鞍填料两端的弧形面改为矩形面，且两面大小不等， 即成为矩鞍填料。矩鞍填料堆积时不会套叠，液体分布较均匀。矩鞍填料一般采 用瓷质材料制成，其性能优于拉西环。目前，国内绝大多数应用瓷拉西环的场合 均已被瓷矩鞍填料所取代。（6）金属环矩鞍填料环矩鞍填料（国外称为Intalox）是兼顾环形和鞍形结构特点而设计出的一种新型填料，该填料一般以金属材质制成，故又称为金

11、 属环矩鞍填料。环矩鞍填料将环形填料和鞍形填料两者的优点集于一体，其综合 性能优于鲍尔环和阶梯环，在散装填料中应用较多。（7）球形填料一般采用塑料注塑而成，其结构有多种。球形填料的特点 是球体为空心，可以允许气体、液体从其内部通过。由于球体结构的对称性，填 料装填密度均匀，不易产生空穴和架桥，所以气液分散性能好。球形填料一般只 适用于某些特定的场合，工程上应用较少。除上述几种较典型的散装填料外，近年来不断有构型独特的新型填料开 发出来，如共轭环填料、海尔环填料、纳特环填料等。工业上常用的散装填料的 特性数据可查有关手册。2规整填料规整填料是按一定的几何构形排列，整齐堆砌的填料。规整填料种类很

12、多，根据其几何结构可分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料等。（1）格栅填料是以条状单元体经一定规则组合而成的，具有多种结构形 式。工业上应用最早的格栅填料为木格栅填料。目前应用较为普遍的有格里奇格 栅填料、网孔格栅填料、蜂窝格栅填料等，其中以格里奇格栅填料最具代表性。格栅填料的比表面积较低，主要用于要求压降小、负荷大及防堵等场合。（2）波纹填料目前工业上应用的规整填料绝大部分为波纹填料，它是由 许多波纹薄板组成的圆盘状填料，波纹与塔轴的倾角有30和 45两种，组装时 相邻两波纹板反向靠叠。各盘填料垂直装于塔内，相邻的两盘填料间交错 90排 列。波纹填料按结构可分为网波纹填料和板波纹填料两大类，其材

13、质又有金 属、塑料和陶瓷等之分。金属丝网波纹填料是网波纹填料的主要形式，它是由金属丝网制成的。 金属丝网波纹填料的压降低，分离效率很高，特别适用于精密精馏及真空精馏装 置，为难分离物系、热敏性物系的精馏提供了有效的手段。尽管其造价高，但因 其性能优良仍得到了广泛的应用。金属板波纹填料是板波纹填料的一种主要形式。该填料的波纹板片上冲压有许多 f5mm 左右的小孔，可起到粗分配板片上的液体、加强横向混合的作用。 波纹板片上轧成细小沟纹，可起到细分配板片上的液体、增强表面润湿性能的作 用。金属孔板波纹填料强度高，耐腐蚀性强，特别适用于大直径塔及气液负荷较 大的场合。金属压延孔板波纹填料是另一种有代表

14、性的板波纹填料。它与金属孔板 波纹填料的主要区别在于板片表面不是冲压孔，而是刺孔，用辗轧方式在板片上 辗出很密的孔径为0.40.5mm小刺孔。其分离能力类似于网波纹填料，但抗堵能 力比网波纹填料强，并且价格便宜，应用较为广泛。波纹填料的优点是结构紧凑，阻力小，传质效率高，处理能力大，比表 面积大（常用的有125、150、250、350、500、700等几种）。波纹填料的缺点是 不适于处理粘度大、易聚合或有悬浮物的物料，且装卸、清理困难，造价高。（3）脉冲填料是由带缩颈的中空棱柱形个体，按一定方式拼装而成的一 种规整填料。脉冲填料组装后，会形成带缩颈的多孔棱形通道，其纵面流道交替 收缩和扩大，气

15、液两相通过时产生强烈的湍动。在缩颈段，气速最高，湍动剧烈， 从而强化传质。在扩大段，气速减到最小，实现两相的分离。流道收缩、扩大的 交替重复，实现了“脉冲”传质过程。脉冲填料的特点是处理量大，压降小，是真空精馏的理想填料。因其优良的 液体分布性能使放大效应减少，故特别适用于大塔径的场合。1） 塔内气、液两相异常流动a.液泛气、液两相在塔内总体上呈逆行流动，并在塔板上维持适宜的液层高度，气、液两相适宜接触状态，进行接触传质。如果由于某种原因，使得气、液两相 流动不畅，使板上液层迅速积累，以致充满整个空间，破坏塔的正常操作，称此 现象为液泛，如图6.9.2所示。根据液泛发生原因不同，可分为两种不同

16、性质的 液泛。过量雾沫夹带液泛雾沫夹带造成返混，降低塔板效率。少量夹带不可避免，只有过量的夹 带才能引起严重后果。液沫夹带有两种原因引起，其一是气相在液层中鼓泡，气 泡破裂，将雾沫弹溅至上一层塔板。可见，增加板间距可减少夹带量。另一种原 因是气相运动是喷射状，将液体分散并可携带一部分液沫流动，此时增加板间距 不会奏效。随气速增大，使塔板阻力增大，上层塔板上液层增厚，塔板液流不畅 液层迅速积累，以致充满整个空间，即液泛。由此原因诱发的液泛为液沫夹带液 泛。开始发生液泛时的气速称之为液泛气速 。图 6.9.2 塔板液泛图 6.9.3 塔板漏液降液管液泛当塔内气、液两相流量较大，导致降液管内阻力及塔板阻力增大时，均会引起降液管液层升高，。当降液管内液层高度难以维持