1、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。,一、塔设备的应用,表1 塔设备的投资及重量在过程设备中所占的比例,化工、炼油、石油化工、医药、食品及环境保护等工业部门。,第一节 塔设备的应用及类型,二、塔设备的一般要求,(1)生产能力大。即气液
2、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。,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
3、。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。,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。,板式塔结构,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,内部填有一定高度的填料，
4、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。,工作过程（原理）,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,板式塔综述,泡罩塔,筛板塔,浮阀塔,板式塔的塔型简介,固定舌型塔,浮动喷射塔,结构如右图应用最早的板式塔。,1.泡罩塔,升气管,泡罩,塔盘板,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：80、 100、150mm。其中前两种为矩形齿缝， 并带有帽缘，150mm的圆形泡罩为 敞开式齿缝。右图为有帽缘的圆形泡
5、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。,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
6、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。,过程设备设计,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1015%， 安装维修方便。,经研究，现有大筛孔 （孔径达2025mm）、 导向筛板等多种形式。,筛板塔结构及 气液接触状况,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
7、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。,筛孔直径大小及间距：,液相负荷的塔板，孔径：46mm，按正三角形排列，孔间距t与孔径d0的比值用2.55，最佳值为34。,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2550mm，减压蒸馏时，为1015mm。,过程设备设计,气液通道为冲压而成的
8、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46mm， 长度为60150mm，栅缝 中心距为（1.53）倍栅 缝宽度，筛孔直径通常采 用58mm，塔板的开孔率 为 1530%，塔盘间距可 用300600mm。 -见右图。,穿流式栅板塔结构,穿流式栅板塔,3.无降液管塔,优点：,缺点：,（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1530%），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4080%，可用于真空蒸馏。,(1) 板效率较低，比一般板式塔低3060%，但开孔率大，气
9、速低，形成的泡沫层高度较低，雾沫夹带小，可以降低塔板的间距。在同样分离条件下，塔总高与泡罩塔基本相同。(2) 操作弹性较小，能保持较好的分离效率时，塔板负荷的上下限之比约为2.53.0。,是50年代前后开发和应用的，应用最广泛。,原理,浮阀气液传质元件,周边冲有三个下弯的小定距片。在浮阀关闭阀孔时，它能使浮阀与塔板间保留一小的间 隙，一般为2.5mm，同时，小定距片还能保证阀片停在 塔板上与其他点接触，避免阀片粘在塔板上而无法上浮。阀片四周向下倾斜，且有锐边，增加气体进入液层的湍 动作用，有利于气液传质。浮阀的最大开度由阀腿的高度决定，一般为12.5mm。,最普遍的是F1型浮阀，分轻阀和重阀两
10、种轻阀1.5mm薄板冲压成型，质量约25g，轻阀漏液较大，仅用在真空操作；重阀2mm薄板冲压成型，质量约33g，应用广,优点,缺点,1.生产能力大，比泡罩塔提高20-40%； 2.操作弹性大； 3.塔板效率较高，气液接触状态较好，气体沿水平方向吹入液层，雾沫夹带较小； 4.结构及安装较简单，重量较轻，制造费用低，仅为泡罩塔的6080%左右。,1.气速较低时，塔板有漏液，效率下降； 2.阀片有卡死和吹脱的可能，导致操作运转及检修的困难； 3.塔板压力降较大，妨碍了它在高气相负荷及真空塔中的应用。,（1）塔盘上开有一定数量的导向孔，气流经过导向孔对液流有一定推动作用，有利于推进液体并减小液面梯度；
11、 （2）塔板液体入口处增设鼓泡促进结构，也称鼓泡促进器，有利于液体一进入塔板就迅速鼓泡，达到良好的气液接触，提高塔板利用率，使液层减薄，压降减小。使用这种塔盘，压降可下降15%，板效率可提高13%左右，可用于减压蒸馏和大型分离装置。,导向筛孔与鼓泡促进器,导向孔,鼓泡促进器,形状类似百叶窗，冲压而凸 起，开口为细长的矩形缝。 缝长有12，24和36mm 三种。 开孔率一般取10%20%，可 视物料性质而定。 开缝高度，13mm。,塔板入口处形成一凸起部 分，高度35mm，斜面正 切tg在0.10.3，斜面 上通常仅开有筛孔，不开 导向孔。 筛孔的中心线与斜面垂直。,6. 斜喷型塔,气流垂直向上
12、喷射（如筛板塔），造成较大雾沫夹带。若使气流在盘上沿水平方向或倾斜方向喷射，可减轻夹带，并调节倾斜角度还可改变液流方向，减小液面梯度和液体返混。,前提,(1) 舌塔形,是应用较早的一种斜喷型塔。,结构在塔盘上冲出以一定方式排列的舌片。,工作原理舌片开启一定角度，舌孔方向与液流方向一致，见下图气相喷出推动液体，液面梯度减小，液层减薄，处理能力增大，使压降减小。,优缺点结构简单，安装检修方便，但塔的负荷弹性较小，塔板效率较低，应用受到一定限制。,舌形塔盘与舌孔形状,(2) 浮动舌形塔,是20世纪60年代研制的一种定向喷射型塔板。,优缺点 处理能力大，压降小，舌片可以浮动。 塔盘雾沫夹带及漏液较小,
13、操作弹性显著增加。 板效率较高，但其舌片容易损坏。,结构 如下图，一端可以浮动，最大张角约20。 舌片厚度1.5mm，质量约20g。,浮动舌形塔的舌片,二、板式塔的主要内部构件,塔盘,溢流型,穿流型,溢流型塔盘 具有降液管，塔盘上液层高度 由溢流堰高度调节。操作弹性 较大，效率较高。,穿流式塔盘 气液两相同时穿过塔盘上的孔， 处理能力大，压力降小，但操 作弹性及效率较差。,本节仅介绍 溢流型塔盘的结构,溢流型塔盘组成塔板、降液管、受液槽、溢流堰和气液接触元件等。,（一） 塔盘,分类,按塔径及结构分为整块式塔盘及分块式塔盘。,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。,常用
14、,特点直径较大，便于制造，安装、检修， 通过人孔送入塔内，焊于塔体内壁塔盘支承件上。,1. 定距管式塔盘,结构,用定距管和拉杆将同一塔节内的几块塔盘支承并固定 在塔节内的支座上，定距管起支承塔盘和保持塔盘间 距的作用,塔盘与塔体之间的间隙，以软填料密封并用压圈压紧, 见图16-43。高度随塔径增加。,塔径DN=300500mm时，塔节高度L=8001000mm；塔径DN=600700mm时，塔节高度L=12001500mm。,为方便安装，每个塔节中的塔盘数为5-6块。,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,定距管式塔盘结构,2.
15、 重叠式塔盘,结构,塔节下部焊有一组支座，底层塔盘支承在支座上，依次装入上一层塔盘，塔盘间距由其下方的支柱保证，并可用三只调节螺钉调节塔盘的水平。塔盘与塔壁之间的间隙，同样采用软填料密封，用压圈压紧，见下图。,重叠式塔盘结构,1调节螺栓 2支承板3支柱 4压圈5塔盘圈 6填料7支承圈 8压板 9螺母 10螺柱11塔盘板 12支座,塔盘两种结构角焊结构及翻边结构。,角焊缝为单面焊，焊缝可在塔盘圈外侧或内侧。结构简单，制造方便，但应考虑减小焊接变形引起的塔板不平。,塔盘圈由塔盘板直接翻边而成，避免焊接变形。,（a）,（b）,角焊式整块塔盘,塔盘圈较高时用,塔盘圈较低时用,翻边式整块塔盘,（a）,（
16、b）,直边较短，整体冲压成型,塔盘圈与塔板对接焊而成,整块式塔盘的密封结构,螺栓 2螺母 3压板 4压圈 5填料 6圆钢圈 7塔盘,密封结构软填料密封，石棉线、聚四氟乙烯纤维编织填料。,二、分块式塔盘,特点直径较大，便于制造，安装、检修，通过人孔送入塔内，焊于塔体内壁塔盘支承件上。,这时塔体为焊制整体圆筒，不分塔节。,要求结构简单，装拆方便，足够刚性，便于制造、安装和维修。,接近中央处设置，便于塔内清洗和维修。在同一垂直位置上，以利采光和拆卸。也可用一块塔盘板代替。矩形结构，无折边。,通道板,1出口堰 2上段降液板 3下段降液板 4受液盘 5支撑梁 6支撑圈 7受液盘 8入口堰 9塔盘边板 1
17、0塔盘板 11紧固件 12通道板 13降液板 14出口堰 15紧固件 16连接板,分块式塔盘的组装结构,塔盘结构,通道板、自身梁式塔板及其连接,塔盘之间及通道板与塔盘板之间采用上、下均可拆连接结构，见图所示。,连接结构,卡子 用于塔盘板与支承圈的连接，卡子由卡板，椭圆垫板，圆头螺钉及螺母等零件组成，见下图。卡子孔为长圆形。考虑到塔体椭圆度公差及塔 盘板宽度尺寸公差等因素。,卡子的组装结构,1卡板 2椭圆垫板 3圆头螺钉 4螺母,卡子连接,3. 溢流装置,（1）降液管,结构型式圆形和弓形两类。,用于液体负荷低，塔径较小，不容易引起泡沫的场合。,板式塔溢流装置包括降液管、溢流堰、受液盘等附件。,应
18、用较多。 由平板和弓形板焊制而成，并焊接固定在塔盘上。 弓型区截面中仅有一小部分用于有效的降液截面。,(a),(b),(c),(d),(e),固定在塔盘上的弓型降液管,弓形区全部截面用作降液面积,圆形降液管弓型区截面中仅有一小部分用于有效的降液截面。,降液管的型式,（2）受液盘,目的保证降液管出口处的液封，设在塔盘上。有平型和凹型两种。,平型受液盘用于物料容易聚合的场合。可以避免在塔盘上形成死角。 右图为一种可拆式平型受液盘。,1受液盘 2降液盘 3塔盘板 4塔壁,平型受液盘结构,凹型受液盘对液体流动有缓冲，当液体通过降液管与受液盘的压力降大于25mm水柱，或使用倾斜式降液管时使用。 可降低塔
19、盘入口处的液封高度，使液流平稳，有利于塔盘入口区更好地鼓泡。凹型受液盘的深度一般大于50mm，但不超过塔板间距的三分之一，否则应加大塔板间距。,凹形受液盘结构,1塔壁 2降液板 3塔盘板 4受液盘 5筋板,液封盘,为保证降液管出口处的液封，设置在塔或塔段的最底层塔盘降液管处。,泪孔,供停工时排液用。,1-支承圈 2-液封盘 3-泪孔 4-降液板,弓形降液管液封盘结构,（3）溢流堰,根据位置分为进口堰及出口堰,进口堰 平型受液盘，保证降液管的液封，使液体均匀流入下层塔盘，并减少液流在水平方向的冲击，设在液流进入端。,出口堰保持塔盘上液层的高度，并使流体均匀分布。 出口堰上最大溢流强度100130
20、m3/(hm)。决定出口堰长度。 出口堰高度 hw由物料性能，塔型，液体流量及塔板压力降等因素确定。,溢流堰的结构尺寸,（二）除沫装置,为减少液体夹带损失，确保气体纯度以及后续设备正常操作，在气体出口处设置除沫装置。,种类丝网除沫器；折流板除沫器；旋流板除沫器；多孔材料除沫器；玻璃纤维除沫器等。,塔设备操作气速大时，塔顶雾沫夹带严重，造成物料流失，降低效率，污染环境。,1.丝网除沫器,比表面积大、重量轻、空隙率大、使用方便、除沫效率高、压力降小。,2.折流板除沫器,结构简单，不易堵塞，但金属消耗量大，造价较高。,折流板除沫器,3.旋流板除沫器,夹带液滴的气体通过叶片时产生旋转和离心运动，在离心
21、力的作用下将液滴甩至塔壁，从而实现气液分离，除沫效率可达95%。,（三）防涡器,塔底液体流出时，若带有漩涡则会将油气卷带入与塔底出口相连的泵内，使泵容易发生抽空现象，为此塔底大多装有防涡器。,（四）塔设备的进出口接管,作用：工艺、检测、安装及检修的需要； 种类：物料进出口管、人孔接管、液面计接管、温度计压力表接管等。,（五）人孔和手孔,分块式塔盘一般都开设有人孔。人孔是人员进出塔器和传 送内件的通道。,当采用整块式塔盘时，由于塔径过小，人员难以进入塔内，塔体上可开设手孔。,便于装拆、检修塔体内件。,人孔和手孔的布置要与降液管位置错开，以方便人员出入。所有人孔最好开设在塔体同一经线上，以便于施工
22、作业。人孔和手孔都有标准件，可根据设计压力、设计温度、介质特性以及安装环境等因素选用。,三、塔设备制造与检验主要技术要求,（1）塔体直线度公差为：任意3000mm长圆筒段，偏差不得大于3mm；圆筒长小于等于15000mm时，偏差不得大于（0.5L/1000+8）。 （2）塔体安装垂直度公差：塔体安装垂直度公差为1塔体高度，且不超过30mm。 （3）塔盘板长度上偏差为零，下偏差为-4mm,宽度公差为上偏差为零，下偏差为-2mm。 （4）塔盘板需要维持一定的水平度，否则将影响气、液的均匀分布。除在制造及安装中会引起偏差外，因塔盘板自重、液体负荷以及塔体弯曲都会影响塔盘水平度，故塔盘板应要求尽可能平
23、。在安装前，分块塔盘板的弯曲及局部不平度在整个板面内均不得超过2mm。 （5）为了保证塔盘的水平度，支持圈的表面水平度亦有一定的要求。在300mm弦长的表面上，局部平面度公差为1mm，相邻两层支持圈的间距公差为3mm。任意两层支持圈间距公差在20层内为10mm。,三、塔设备制造与检验主要技术要求,（6）溢流堰顶的水平度对塔盘板的操作及效率均有影响，故堰顶的水平度公差为：塔直径DN1500时公差为3mm;塔径DN15002500mm时公差为4.5mm；DN2500时，公差为6mm。堰高公差为：塔径DN3000mm时，公差为1.5mm；塔径3000mm时，公差为3mm。 （7）降液板安装后，其下端
24、与受液盘距离的公差为3mm。 （8）栅板应平整，安装后的不平度不超过2mm。对最底层的栅板不提不平度要求。 （9）液体分布装置安装时，水平偏差不超过3mm，标高偏差不超过3mm，其中心线与塔中心线偏差不超过3mm。 （10）塔筒体圆度即塔体在同一断面上的最大直径与最小直径之差应符合相关规定。 （11）裙座（支座）螺栓孔中心圆直径公差为3mm，任意两孔间距公差为3mm。,第三节 填料塔,（1）单位体积填料的表面积，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，以增加气（汽）液的通过能力、减小流动阻力； （3）经久耐用，具有良好的耐腐蚀性、较高的机械强度和
25、必要的耐热性； （4）取材容易，价格便宜。,（一）填料的要求：,（二）常用填料,安装时以乱堆为主，也可以整砌。具有一定外形结构的颗粒体，又称颗粒填料。,环形填料：拉西环、鲍尔环 、改进鲍尔环、阶梯环； 鞍形填料：弧鞍 、矩鞍 、改进矩鞍、矩鞍环； 其他颗粒填料。,1.散装填料,（1）拉西环,缺点：填料间易形成架桥，相邻填料外表面间形成线接触，填料层内形成积液，液体的偏流、沟流、股流，阻力较大，通量较小。,在拉西环基础上衍生了环、十字环及螺旋环等，其基本改进是在拉西环内增加一结构，以增大填料的比表面积。,优点：易于制造，价格低廉，且对它的研究较为充分，所以在过去较长的时间内得到了广泛的应用。,2
26、. 鲍尔环填料,结构：,高度与直径相等的开孔环 形填料，在其侧面开有两 层长方形的孔窗，每层有 5 个窗孔，每个孔的舌叶 弯向环心，上下两层孔窗 的位置交错。孔的面积占 环壁总面积的 35%左右。 鲍尔环一般用金属或塑料 制成。见右图。,特点：,与拉西环相比，效率高出30%左右， 在相同的压降下，处理能力增加50%以上， 在相同的处理能力下，压降仅为拉西环的一半。,与鲍尔环相似，只是环壁上开孔的大小及内弯叶片的数量不同。每个窗孔改为上下两片叶片从两端分别弯向环内，叶片数比鲍尔环多出一倍，交错地分布在四个平面上，环壁上的开孔面积比鲍尔环填料有所增加，使填料内的气、液分布情况得到改善，处理能力较鲍
27、尔环提高10%以上。,3. 改进型鲍尔环填料,结构：,类似于鲍尔环，但高度减小一半，一端扩为喇叭形翻边，增加了填料环的强度，且使填料在堆积时相互的接触由线接触为主变成为以点接触为主，增加了填料颗粒的空隙，减少了气体通过填料层的阻力，改善了液体的分布，促进了液膜的更新，提高了传质效率。,4. 阶梯环填料,结构：,由金属、陶瓷和塑料等材料制成。见下图。,阶梯环的结构（金属）,阶梯环的结构（金属）,内翅片（上）,内翅片（下）,内翅片（上）,通常由陶瓷制成。 由于相邻填料容易产 生套叠和架空的现象， 使一部分填料表面不 能被湿润，即不能成 为有效的传质表面， 目前基本被矩鞍形填 料所取代。,1. 弧鞍
28、形填料,弧鞍形填料,结构：,敞开式填料，由弧鞍型填料发展而来。它将弧鞍填料的两端由圆弧改为矩形，克服了弧鞍填料容易相互叠合的缺点。,矩鞍形填料,矩鞍形填料特点：,重叠较少，空隙率较大，填料表面利用率高；压降低，传质效率比拉西环提高40%以上，不 易被固体悬浮颗粒堵塞，装填时破碎量较少；应用广泛。可用瓷质材料，塑料制成。,改善流体分布，增大填料表面湿润率；增强液膜湍动，降低气体阻力，提高处理能力和传质效率；可用陶瓷或塑料制造。,将原矩鞍填料的平滑弧形边缘改为锯齿状，见下图。 在填料的表面增加皱折，并开有圆孔。,结构,特点,1978年由美国Norton公司首先开发，不久国产金属环矩鞍填料即用于生产
29、。,金属环矩鞍填料,流体的通量大、压降低、滞留量小，利于液体在填料表面的 分布及液体表的更新，从而提高传质性能，与金属鲍尔环相 比，通量提高1530%，压降降低4070%，效率提高10% 左右。 应用广泛，特别在乙烯、苯乙烯等减压蒸馏中效果更为突出。,特点：,将开孔环形填料和矩鞍填料的特点相结合，既有类似于开孔环形填料的圆环、环壁开孔和内伸的舌片，又有类似于矩鞍填料的圆弧形通道，开敞的结构。用薄金属板冲制的整体环鞍结构，两侧的翻边增加了填料的强度和刚度。,结构：,种类：丝网波纹填料及板波纹填料,散装填料 填料乱堆在塔内，气液两 相的流动路线是随机的， 装填时各处不均，易产生 沟流等不良分布，降
30、低塔 的效率。,规整填料 填料在塔内按均匀的几何图形规 则、整齐地堆砌，人为地规定了 填料层中气、液的流路，改善了 沟流和壁流的现象，大大降低了 压降，提高了传热、传质的效果。,一、丝网波纹填料,丝网波纹填料,小塔径填料整盘装填， 1.5米以上大塔或无法兰连接的不可拆塔体用分块形式从人孔吊入塔内再拼装。,结构,波网填料系由若干平行直立放置的波网片组成。波网片的波纹方向与塔轴线的倾角为30或45。相邻两片波纹的方向相反，在波纹网片间形成一相互交叉又相互贯通的三角形截面的通道网。,组装在一起的网片周围用带状丝网箍住，箍圈可以有向外的翻边以防壁流。,通常填料盘的直径略小于塔体的内径。上下相邻两盘填料
31、 交错90排列。,特点：空隙率及比表面积较大，填料表面润湿率高，但造价高，易堵塞。,用表面具有沟纹及小孔的金属板波纹片代替金属网波纹片，即每个填料盘由若干金属板波纹片相互叠合而成。相邻两波纹片间形成通道且波纹流道成90交错，上、下两盘填料中波纹片的叠合方向旋转90。,分为：金属、塑料及陶瓷板波纹填料三大类。,结构：,小型塔整盘填料， 大型塔或无法兰连接的塔体分块型填料。,金属板波纹填料,金属板波纹填料保留了金属丝网波纹填料压 降低、通量高、持液量小，气液分布均匀， 几乎无放大效应等优点，传质效率也比较高。造价比丝网波纹填料低的多。,放大效应指随塔径增加，塔板效率降低。 主要原因是由于过去老式填
32、料的沟流、壁流严重导致的。,（三）填料的支承装置,保证足够的开孔率，使气液两相能自由通过。 具备足够的强度及刚度，结构简单，便于安装，耐腐蚀。,安装在填料层的底部。,位置：,作用：,支承操作时填料层的重量； 防止填料穿过支承装置而落下；,要求：,栅板型支承装置,一、栅板型支承,结构最简单，最常用。见上图。,特点：,结构：,由相互垂直的栅条组成，放置于焊接在塔壁的 支撑圈上。 小塔径整块式栅板， 大塔径分块式栅板。,缺点：,应用：,散装填料直接乱堆在栅板上时， 将空隙堵塞而减少开孔率。,广泛用于规整填料塔。 有时在栅板上先放置一盘板波纹填料，然后再装 填散装填料。,整体式,小直径塔,分块式,大直
33、径塔,栅板支承,特点：,高通量低压降。为气体及液体提供了不同的通道，避免了栅 板式支承中气液从同一孔槽中逆流通过。避免了液体在板上的积聚，利于液体的均匀 再分配。,种类：,波纹式、 孔管式、 驼峰式等。,1. 波纹式,结构：,由金属板加工的网板冲压成波形，焊接在钢 圈上。网孔呈菱形，波形沿菱形的长轴冲制。网板最大厚度，碳钢为8mm，不锈钢6mm，菱形长轴150mm，短轴为60mm，波纹高度为2550mm，波距一般大于50mm。,波纹式支撑装置,2. 驼峰式,结构：,组合式结构，其梁式单元体，尺寸宽290mm， 高300mm，各梁式单元体之间用定距凸台保持 10mm 的间隙供排液用。各梁式单元体
34、由钢板 冲压成型。驼峰上具有条形侧孔。板厚为：不锈钢4mm，碳钢为6mm。,驼峰式支撑装置,将位于支承板上的升气管上口封闭，管壁上开长孔，气体分布较好，液体从支承板上的孔中排出，特别适用于塔体用法兰连接的小型塔。,孔管式填料支承装置,3.,孔管式填料支承装置,二、液体分布装置,（一）初始分布装置直接影响到塔内填料表面的有效利用率，影响传质效率，是保证填料塔达到预期分离效果的重要条件。,应满足的基本条件通道不易堵塞，液体压头不需要太大，气体通过时的阻力小，结构简单，制造、安装方便。,按工作原理： 喷洒型溢流型冲击型等,按结构：管式喷头式盘式槽式等,1.喷洒型液体分布装置,（1）直管式喷淋器,如左
35、图所示，结构简单，安装、拆卸方便。但喷淋面积小，只能用于直径小于300mm的塔，且对喷淋均匀性要求不高的场合。,（2）莲蓬头喷淋器,因形如莲蓬而得名。安装在填料上层距离填料表面高度约为塔径的（0.51）倍，头部喷洒液体部分一般为半球面，球面上小孔直径为310mm。喷淋均匀，结构简单，安装方便，但易堵塞，不易处理污浊液体，操作时必须有一定压头。一般适用于直径小于600mm的塔设备。,（3）多孔排管式喷淋器,如下图所示，由液体进口主管和多列排管组成。主管将进口液体分流给各列排管。每根排管上开有13排布液孔，孔径为36mm。排管式喷淋器一般采用可拆链接，以便通过人孔进行安装和拆卸。安装位置至少要高于
36、填料表面层150200mm。当液体负荷小于25m3/m2h时，排管式喷淋器可提供良好的 液体分布。其缺点是当液体负荷过大时，液体高度喷出，易形成雾沫夹带，影响分布效果，且操作弹性不大。,（d）环管式,（c）多孔排管式液体分布器,（4）环管式喷淋器如上图所示，是在环管的下部开有35排孔径为45mm的小孔，开孔总面积与管子截面积大约相等。环管中心圆直径一般为塔径的0.60.8倍。环管多孔喷淋器结构较简单，喷淋均匀度比直管好，适用于直径小于1200mm的塔设备。,2.溢流型喷淋器,以上介绍的各种多孔型喷洒器，都要求液体有一定的压力爱能喷洒，且孔眼容易堵塞，而当塔径较大时液体分配时的均匀性较差。因此目
37、前对于直径较大的填料塔，大多用溢流型喷洒器。溢流型喷洒器，按其结构可分为溢流盘式和溢流槽式两种。,（1）溢流盘式喷淋器,广泛应用于大型填料塔。 操作弹性大，不易堵塞，操作可靠且便于分块安装。 还可调整分布盘的水平度，以便液体均匀地淋洒到填料层上。,（2)溢流槽式喷淋器,液体分布均匀，处理量大，操作弹性好，抗污染能力强，适应的塔径范围广，是应用比较广泛的液体分布装置。,3.冲击型喷淋器,反射板式喷淋器属于冲击形布液装置，由中心管和反射板。操作时液体沿中心管流下，靠液体冲击反射板的反射分散作用而分布液体。反射板可做成平板、凸板和锥形板等形状。 为了使填料层中央部分由液体喷淋，在反射板中央钻有小孔。
38、当液体喷淋均匀性要求较高时，还可由多块反射板组成宝塔式喷淋器，如下图所示。,冲击型喷淋器喷洒范围大，液体流量大，结构简单，不易堵塞。但应当在稳定的压头下工作，否则影响喷淋范围和效果。,（二）液体再分布装置,填料塔内当液体沿填料层向下流动时，由于周边液体向下流动阻力较小，故液体有逐渐向塔壁方向流动的趋势，使液体沿塔截面分布不均匀，减少了气、液有效接触面积，降低了塔的传质效率，严重时可使塔中心的填料不能被润湿而形成“干锥”。为了克服这种现象，需要设置液体再分布装置。同时为了提高塔的传质效率，填料层过高时应将填料层分段，在各填料层之间安装液体再分布器。当采用金属填料时，每段填料高度不应超过7m，采用
39、塑料填料时每段填料高度不应超过4.5m。工程上应用最多的是锥形液体再分布器，如下图。,如图所示分配锥，下端直径为塔径的0.70.8倍，上端直径与塔体内径相同，可直接焊在塔壁上。分配锥结构简单，但安装后减少了气体流通面积，扰乱了气体流动，且在分配锥与塔壁连接处形成了死角，妨碍填料的装填。分配锥只能用于直径小于1m的塔内。,结构特点：将分配锥倒装以收集壁流，并将液体通过设在锥壳上的34根管子引入塔的中央。 槽型分配锥有较大的自由截面，可用于较大直径的塔。,带通孔的分配锥，是在分配锥的基础上，开设4个管孔以增大气体通过的自由截面，使气体通过分配锥时，不致因速度过大而影响操作。为了解决分配锥自由截面过
40、小的问题，可将分配锥做成玫瑰状，称为改进分配锥（玫瑰型分配锥）。自由截面积大，液体处理能力大，不易堵塞，不影响塔的操作和填料的装填，可装入填料层内等优点。,三、板式塔与填料塔的比较,优先选用填料塔：,在分离程度要求高的情况下，因某些新型填料具有很高的传质效率，故可采用新型填料以降低塔的高度；,(2) 对于热敏性物料的蒸馏分离，因新型填料的持液量较小，压降小，故可优先选择真空操作下的填料塔；,(3) 具有腐蚀性的物料，可选用填料塔。因为填料塔可采用非金属材料，如陶瓷、塑料等；,(4) 容易发泡的物料，宜选用填料塔。因为在填料塔内，气 相主要不以气泡形式通过液相，可减少发泡的危险，此 外，填料还可
41、以使泡沫破碎。,塔内液体滞液量较大，操作负荷变化范围较宽，对进料浓度变化要求不敏感，操作易于稳定；,(2) 液相负荷较小。因为这种情况下，填料塔会由于填料表面湿润不充分而降低其分离效率；,(3) 含固体颗粒，容易结垢，有结晶的物料，因为板式塔可选用液流通道较大的塔板，堵塞的危险较小；,优先选用板式塔：,(5) 在较高压力下操作的蒸馏塔仍多采用板式塔，因为压力较高时，塔内气液比过小，以及由于气相返混剧烈等原因，应用填料塔分离效果往往不佳。,(4) 在操作过程中伴随有放热或需要加热的物料，需要在塔内设置内部换热组件，如加热盘管；需要多个进料口或多个侧线出料口。这是因为一方面板式塔的结构上容易实现，
42、此外，塔板上有较多的滞液以便与加热或冷却管进行有效地传热；,优先选用板式塔：,第四节 塔设备的载荷分析,一、塔设备的使用工况,对于安装在室外，靠裙座底部的地脚螺栓固定在混凝土基础上的塔设备，承受介质压力、各种质量载荷（包括塔体、塔内件、介质、保温层、操作平台、扶梯等附件的重量）、偏心载荷、风载荷、地震载荷等的联合作用。为了保证塔设备安全运行，除应满足一般压力容器的安全性要求外，还要满足塔设备的特殊要求。,由于正常操作、停工检修、压力试验等三种工况下，塔所受的载荷并不相同，必须对其在这三种工况下进行轴向强度及稳定性校核。,1.塔设备正常操作工况塔设备正常操作工况承受介质压力作用，同时承受各种质量
43、载荷的作用，包括介质质量、塔内件质量，还承受风载荷、地震载荷等的组合作用，并且此工况运行时间最长。 2.压力试验工况塔设备在制造、安装完成或大修后进行压力试验，此时由于试验介质充满设备，塔设备承受试验压力和试验介质的静压作用，此工况塔设备质量为最大，裙座、基础环和基础承受的压应力最大。 3.检修或安装初期工况检修或安装初期，塔内件没有安装或安装不齐全，无介质、无操作压力，仅承受环境温度作用，此时，塔设备总体质量为最小，在风载荷等作用下，容易倾倒，此工况地脚螺栓受力最大。,二、塔设备的主要危险截面,塔设备一般安装在室外，承受载荷较为复杂，其强度计算步骤为：,（1）按设计条件，初步确定塔的厚度和其
44、他尺寸； （2）计算塔设备危险截面的载荷，包括重量、风载荷、地震载荷和偏心载荷等； （3）危险截面的轴向强度和稳定性校核； （4）设计计算裙座、基础环板、地脚螺栓等。,危险截面：指承受组合应力最大的截面,1.裙座底部截面 是裙座上各种载荷最大的截面，必须进行校核计算； 2.裙座上检查孔或管线引出孔截面 开孔使金属面积削弱较大、承载能力下降，需校核； 3.塔体最低截面 是塔体上承受载荷最大的截面，应校核； 4.裙座与塔体连接焊缝处截面 焊接接头处可能存在缺陷，同时承受较大载荷，受力较复杂，因此应校核此截面。,筒体直径发生改变处的截面，壁厚发生改变处的截面等也可能是危险截面，应视具体情况而定。,三、不同截面上的载荷分析,（一）各种载荷对塔设备的影响 1.操作压力及试验压力（拉应力及压应力） 2.质量载荷（轴向压应力） 3.风载荷（拉应力、压应力及振动） 4.地震载荷（振动及扭转，危害较大） 5.偏心载荷（轴向压应力及弯曲应力）,（二）不同截面的受载分析 1.塔体上各截面（校核液压试验时的拉应力） 2.裙座上各截面（校核正常操作和液压试验工况时的轴向压应力）,
