（化学工程专业论文）滑片式梯形导向浮阀的流体力学性能研究.pdf

中文摘要 板式塔是重要的化工传质设备，为了适应不断变化的生产要求，开发综合性 能优越的浮阀已经成为浮阀塔发展的关键。近几年来，很多学者致力于新型浮阀 的研究，因此出现了许多新型的浮阀塔板。 本文研究了一种最新开发的结构新颖的浮阀塔板：滑片式梯形导向浮阀。它 是综合了梯形导向浮阀和滑动阀片笼罩式喷射浮阀等多种浮阀的优点而开发的 一种新型浮阀。本文对三种带有不同开孔面积滑片的滑片式梯形导向浮阀( i 、 i i 、型) 的流体力学性能进行研究。实验以水和空气为介质，在直径1 2 0 0 m m 的冷模实验塔内进行。通过不断改变堰高，调节气体流量和液体流量得到不同条 件下的实验数据。 实验结果表明，滑片式梯形导向浮阀的流体力学性能有了明显的改善，具有 如下特点：操作弹性大，压降低，漏液率和雾沫夹带量低。压降随堰高、液流强 度和阀孔动能因子( 凡) 的增加而增加；漏液率随液流强度和堰高的增加而增加， 随凡的增加而减少；雾沫夹带随凡的增加而增加，随堰高和液流强度的增加而减 小。通过对比发现：在三种浮阀中，i i 型浮阀的流体力学性能最为优越，与f 1 浮阀相比压降、雾沫夹带、漏液率、操作弹性均优于f l 浮阀。根据实验结果，回 归得到压降、雾沫夹带、漏液的计算公式，实验结果可以应用于工程实际，能够 带来良好的经济效益。 关键词：滑片式梯形导向浮阀；流体力学性能；漏液；雾沫夹带；压降；塔板 a bs t r a c t t r a yc o l u m n i so n eo ft h ei m p o r t a n tm a s s t r a n s f e re q u i p m e n ti nc h e m i c a l i n d u s t 叮i no r d e rt oa d a p tt ot h ec o n t i n u o u sc h a n g i n go f t h ep r o d u c t i o nr e q u i r e m e n t s ， t h ed e v e l o p i n go fv a i v e sw i t hs u p e r i o ri n t e 伊a t i v ep e r f b r m a n c eh a sb e c o m et h ek e yt o t h ed e v e l o p m e n to ft h ev a l v et r a y 1 nr e c e n ty e a r s ，a1 0 to fs c h o l a r sa r ep u t t i n gt h e i r e n e 唱yi ns t u d i n gt h en e wv a l v e ，a n dm a n yn o v e lt r a y sh a v ea p p e a r e d 仔e q u e n t l y t h i sp a p e ri n 廿o d u c e so n en e w l yd e v e l o p e dn o v e lf l o a t i n gv a l v et r a y ：s h p p i n g p l a t e - t y p et r a p e z i u md i r e c t e df l o a t i n gv a l v e i tc o m b i n e st h ea d v a n t a g e so ft r 印e z i u m d i r e c t e dv a l v e ，f l o a tj e tv a l v ew i t hs l i p p i n gp l a t e - c a g ea n dm a n yo t h e rv a l v e s t h e h y d r a u l i cb e h a v i o r so ft h r e ek i n d so fv a l v et r a y s ( i 、啊l e ) w e r et e s t e d t h e v a l v e sw e r en x e dw i t hs l i p p i n gp l a t eo fd i f f e r e n to p e na r e a t h ee x p e r i m e n tw a s c a r r i e do u ti nac o l u m no fi dl2 0 0 m mw i ma i 卜w a t e rs y s t e m b yc h a n g i n gt h ew e i r h e i g h t ，r e g u l a t i n gt h eg a sa n dl i q u i df l o w ，t h ee x p e r i m e n t a ld a t aw e r eg e t t a b l eu n d e r d i f r e r e n tc o n d i t i o n s t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o w e dt h a tt h ei n t e g r a t i o np e r f b r n l a n c eo ft h es li p p i n g p l a t e - t y p et r a p e z i u md i r e c t e dv a l v et r a yw a sb e t t e ri m p r o v e d i th a st h ec h a r a c t e r i s t i c s a sf o l l o w s ：l o w e rp r e s s u r ed r o p ，w e e p i n gr a t e ，e n t r a i n m e n ta n de n h a n c e dt u mu pa n d d o w nr a t i o t h ep r e s s u r ed r o pi n c r e a s e sw i t ht h ei n c r e a s i n go fw e i rh e i g h t ，i i q u i d i n t e n s i 够a n d 局f a c t o r ；t h ew e e p i n gr a t ei n c r e a s e sw i t ht h ei n c r e a s i n go ft h ew e i r h e i g h t a n dl i q u i di n t e n s i t ya n dr e d u c e sw i t ht h ei n c r e a s i n go f 凡f a c t o r ；t h e e n t r a i n m e n ti n c r e a s e sw i t ht h ei n c r e a s i n go f 凡f a c t o ra n dr e d u c e sw i t ht h ei n c r e a s i n g o fw e i rh e i g h ta n dl i q u i di n t e n s i t ) r b yc o m p a r i s o n ，i tc a nb ef o u n da sf o l l o w s ：i nt h e t h r e ek i n d so fv a l v e st h ei n t e g r a t i o np e 而r n l a n c eo fi is t ) ，l ev a l v ei st h eb e s t b y c o m p a r i s o nw i t ht h ef1v a l v e ，t h ep r e s s u r ed r o p ，w e e p i n gr a t e ，e n t r a i n m e n ta n dt h e e n h a n c e dt u mu pa n dd o w nr a t i oa r eb e t t e rt h a nt h ef1v a l v e b a s e do nt h e e x p e r i m e n t a ld a t at h ec o r r e l a t i v ee q u a t i o nc a nb eg o tf o rc a l c u l a t i n gp r e s s u r ed r o p ， w e e p i n ga n de n t r a i n m e n t t h er e s u l t s i nt h i sp a p e rc a nb ea p p l i e di ne n g i n e e r i n g d e s i g n i tc a nb r i n ga b o u tb e t t e re c o n o m i cb e n e n t k e yw o r d s ：s 1 i p p i n gp l a t e t y p et r a p e z i u md i r e c t e dn o a t i n gv a l v e ；h y d r a u l i c p e r f o r m a n c e ；w e e p i n gr a t e ；e n t r a i n m e n t ；p r e s s u r ed r o p ；t r a y 符号说明 英文字母 4 p d 厶p t 厶p p 4 p c 4 p l p o 办， 符号说明 干板压降，p a 湿板压降( 总板压降) ，p a 气体通过一层浮阀塔板的压降，p a 气体克服干板阻力所产生的压降，p a ； 气体克服板上充气液层的静压强所产生的压降，p a 气体克服液体表面张力所产生的压降，p a 干板压降，m 液柱 板上充气液层阻力，m 液柱 液体表面张力所造成的阻力，m 液柱 与上升气体通过一层塔板压降相当的液柱高度，m 液柱 与液体流过降液管的压降相当的液柱高度，m 液柱 出口堰高，m 降液管底隙高度，m 塔板上液层厚度，m 鼓泡层高度，m 浮阀的开度，m 塔板间距，m 降液管内清液层高度，m 空塔动能因子，( m s ) ( k g m 3 ) o 5 阀孔动能因子，( m s ) ( k m 3 ) o 5 堰上液流强度，m 3 h m 塔内液相负荷，m 3 s 降液管底隙长度，m 雾沫夹带率( 液体与气体的质量比) ， 相对漏液率( 漏液量与塔板进液量的质量比) ， 阀孔气速，m s 通过降液管底隙时的流速，m s 基于( 么s 卅d ) 的气速，m s 塔截面积，m 2 板上液流面积，m 2玩砂办所凰尼凡k厶0岛g砌比由如 符号说明 彳d 彳s v s 乙 c f k n 函 希腊字母 p l p v 却 仃 西 降液管的面积，m 2 塔截面积，m 2 塔内气相负荷，m 3 s 板上液体流径长度，m 泛点负荷系数 物性系数 每层塔板的阀孔数 阀孔直径，m 液体密度，k g m 3 气相密度，k g m 3 反映板上液层充气程度的因数，称为充气因数，无因次 液体的表面张力，n m 考虑降到液管内充气及操作安全两种因素的校正系数 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨鲞苤鲎或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者耸名：獬 签字r 期：删年石月笋日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解墨洼盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权叁鲞盘鲎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：愀 签字日期：硝l 力缛石月铲日 导师签名：彬窿 l 。 签字同期：嘶年多月 五日 第一章文献综述 1 1 塔设备 第一章文献综述弟一早义陬练怂 塔设备是实现精馏、吸收、解吸、汽提、萃取等化工单元操作的气液传质 设备，广泛地应用在化工、石油化工、农药、医药、环保等行业中。它的主要作 用是完成气液或液液两相之间的传质及传热，按其结构可分为板式塔和填料塔。 在工业生产中，由于各自的特点不同，有不同的应用领域。对于一个具体的工艺 流程，选用何种塔型需根据生产工艺、具体的物系及生产要求而定。因此，塔设 备的研究具有重要意义。 1 1 1 填料塔 填料塔1 1 ，2 】是以填料作为气液两相接触构件的传质设备。结构如图1 1 所示。 操作时气体从塔底送入，经气体分布器分布后，与液体呈逆流连续通过填料层， 在填料表面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，正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。 图l 一1 填料塔结构示意图 f i g 1 - 1s c h e m a t i cd i a g r a mo ft h es t m c t u r eo fp a c k e dt o w e r 填料是填料塔进行传质操作的核心部件，根据装填方式的不同，可分为散堆 填料和规整填料。散堆填料主要有环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料 等。规整填料【3 1 主要有格栅填料、波纹填料、脉冲填料等。 1 1 2 板式塔 板式塔【1 ，2 ，4 1 为逐级接触式气液传质设备，是以塔板作为气液两相接触构件的 第一章文献综述 传质设备。它主要由圆柱形壳体、塔板、溢流堰、降液管及受液盘等部件构成 具体结构如图1 - 2 所示。 图i o 扳式塔结构示意图 f j g l os c h 锄m i c d i a g f m es h n u m o f n 科c o 】u 砌 操作时，塔内液体依靠重力由上层塔板的降液管流到下层塔板的受液盘，然 后横向流过塔板，从另一侧的降液管流至下一层塔板，依次逐扳流下，最后由塔 底流出。气体从塔底送到最下层塔板的f 面，在压力差的推动下，自下而上穿过 各层塔板的气体通道及板上液层而流向塔顶。气体通过板上液层时形成气泡与液 沫，气液两相密切接触，进行传热和传质。在板式塔中，气液两相逐级接触，两 相的组成沿塔高呈阶梯式变化，正常操作状态下，液相为连续相，气相为分散相。 113 板式塔和填料塔的比较 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。但是填料造价高；对初始分布敏感，每隔一定高度就需要再分布；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；在中高压和大液气比条 件下操作传质性能较差，这些特点使填料塔的应用受到限制_ 】。j 。在常压及加压 操作中板式塔以其高性能和低价格的特点占据着主导地位，因此新型扳式塔的研 究开发、推广应用也就更具有实际意义。 1 2 塔板 塔板是板式塔的核心部件，按结构可分为溢流式塔板和穿流式塔板两类。在 工业生产中溢流式塔板应用最为广泛，主要有阻下几种类型：泡罩塔板、筛孔塔 板、浮阀塔板、喷射型塔板。从1 8j 3 年c e e r 首次提出泡罩塔至今近2 0 0 年中 国内外的科研工作者围绕着低压降、大通量、高弹性、高效率的塔板进行了大量 第一章文献综述 研究，开发了很多种结构独特的新型塔板【川“。这里我们将分别介绍这些新型塔 板并着重介绍一些新型的浮阀塔板。 121 泡罩塔板 泡罩塔板| 1 是工业上应用最早的塔板，它主要由升气管及泡罩构成。每层塔 板上开有若干个阀孔，阀孔上焊有升气管，泡罩安装在升气管的项部，泡罩下部 的周边开有很多齿缝，泡罩在塔板上按正三角形排列，其结构如图1 3 所示。 懒 图l 一3 泡罩塔板结构示意图 f 罾l - 3s c l l 硼a 【i cd m g mo f m es e r u 咖mo r b u b b i c a p t m y 泡罩塔板的优点是操作弹性较大，塔板不易堵塞，不易发生漏液：缺点是结 构复杂、造价高，板上液层厚，夹带严重，塔板压降太，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。 1 2 2 筛孔塔板 筛孔塔板”简称筛板，塔板上开有许多均匀的小孔，孔径一般为3 8 m m 。 筛孔在塔扳上呈正三角形捧列，塔板上设置溢流堰，使塔板上能够保持一定的液 层厚度，结构如图1 4 所示。操作时，气体经筛孔分散成小股气流，鼓泡通过液 层，气液闻密切接触进行传热和传质。在正常的操作条件下，通过筛孔上升的气 流，应能阻止液体经筛孔向下泄漏。 赳巡 图1 4 缔板塔结构示意图 f i g 】4s c he r | 1 m i cd l a g r a m o f m e ”c t f s i e v e t m y 第一章文献综述 筛板的优点：结构简单、造价低、板上液面落差小，气体压降低，生产能力 大，传质效率高；缺点：操作弹性小、筛孔易堵塞、不宜处理易结焦、粘度大的 物料。过去由于对筛板塔的性能研究不充分，认为操作不易稳定而未普遍应用。 近年来，对筛板的结构、性能作了充分的研究【1 1 1 3 】，认识到只要设计合理、操作 正确同样可以获得满意的塔板效率。很多学者在传统筛板的基础上开发了几种新 型筛板，如下所述。 1 2 2 1 锥形筛板 锥形筛板【1 4 】是浙江工业大学自行研制设计的一种低压降塔板，它主要是在传 统筛板的基础上改变筛孔的形状，包括上锥形和下锥形两种，结构如图1 5 所示。 受z 刁= 二二 饧览乙夏二二= 3 宓 下锥形防孔匕缑形瓣孔 图1 5 锥形筛板结构示意图 f 唔1 5s c h 锄a t i cd i a g r 锄o f t 1 1 es t m c t u r eo ft 印e rs i e v et m y 当气体穿过下锥形筛孔时，流束会变小形成缩脉，气体流束刚通过筛孔时的 直径为筛孔直径，但当流束离开筛孔时，流束直径变小，筛孔不起渐扩作用。通 过上锥形筛孔时，气体刚通过和刚离开上锥形筛孔时流束的直径均大于通过普通 筛孔和下锥形筛孔时流束的直径。实验证明在相同条件下上锥形筛板的干板压降 比普通筛板低，上锥形筛板的流量系数比普通筛板的流量系数大。因此，用上锥 形筛板取代普通筛板具有降低塔板干板压降的作用。 1 2 2 2 新型垂直筛板( n e wv s t ) 新型垂直筛板是由日本三井造船株式会社于1 9 6 8 年前后开发成功的，自问世 以来国内学者对其做了大量的研列” 1 9 1 。n e wv s t 是以气相为连续相，液相为 分散相的新型喷射型塔板，结构如图1 6 所示。 i 图1 6 垂直筛板塔结构示意图 f i g 1 - 6s c h e m a t i cd i a g r a mo ft h es n l j c t l l r eo fv e n i c a ls i e v et r a y 其主要特点是：在塔板上布置有若干圆柱形帽罩，帽罩项部有盖板，可抑制 第一章文献综述 雾沫夹带，圆筒壁上部开有小圆孔或缝隙，气液混合物从这里喷出。在圆筒底与 板面之间留有一定高度的缝隙，液体则经过这个缝隙由罩外流入罩内，罩下方的 板面上开有圆形孔作为气体通道。操作时从下层塔板上升的气体，经板孔与从罩 底隙进入的液体相遇，经过拉膜、提升、破膜、混合、喷射分离等过程完成气液 接触传质。这种塔板具有气体处理量大、效率高、操作范围宽等优良性能。 1 2 2 3 立体传质塔板( c t s t ) c t s t 【2 0 ，2 1 】塔板是河北工业大学化学工程研究所在对n e wv s t 进行深入研究 的基础上开发的一种新型塔板，己获国家专利。其气液接触元件为梯形喷射罩， 结构如图1 7 所示。塔板采用矩形开孔，开孔上方设置带筛孔的梯形喷射罩，罩 的两侧为带筛孔的喷射板，两端为梯形的端板，上部为分离板。在喷射板与分离 板间设气体通道，喷射板与塔板间留有一定的底隙作为液体进入罩体的通道。研 究表明该塔板具有液相返混小、雾沫夹带小、操作上限高、塔板压降低、高通量 和低能耗1 2 2 2 3j 等优点。 l 分漾2 一【射翠 图1 7 立体传质塔板结构示意图 f i g 1 - 7s c h e m a t i cd i a g r 锄o f t h es t l l l c t u r eo f t r i d i m e n s i o n a lm a s s - 饥m s f - e rc o m p o u n d 仃a y 1 2 3 喷射型塔板 喷射型塔板的共同特点是在喷射条件下操作，液体被气体撕裂成为分散 相，气体为连续相带动液滴前进。这种塔板气相负荷高，板上液层薄，压降低， 按照结构的的不同有如下几种类型。 1 2 3 1 舌形塔板 舌形塔板在塔板上冲出许多舌孔，方向朝塔板液体流出口一侧张开，舌片与 板面成一定的角度，舌孔呈正三角形排列。塔板的液体流出口一侧不设溢流堰， 只保留降液管，降液管截面积要比一般塔板设计得大些，结构如图1 8 所示。 圈【_ 8 古彤堵敬绪构不薏引 】一8s c h e m m d l r a m o f 【h es t m c t o f t o o g u es h a p e d t “y 舌形塔板的优点：生产能力大，塔板压降低，传质效率较高；缺点是：操作 弹性较小，气体喷射作用使降液管中液体夹带气泡流到下层塔板，塔板效率降低。 1232 单斜孔塔板 单斜孔塔板畔1 是清华大学开发的一种高效塔板结构如图1 9 所示。板上开 有斜孔，斜孔方向与液流方向垂直。相邻两排斜孔方向相反，使吹出的气体向相 反方向喷出，这样既可得到较大水平气速又可避免液体在流动方向被不断加速， 使塔板上的液层低而均匀，同时也减少了雾沫夹带。气体和液体不断分散和聚集， 气液表面不断更新，传质效率提高。由于单斜孔塔板的特殊结构，其具有气相负 荷高，生产能力大塔板效率高，物料不易堵塞，有自清洗作用，结构简单，加 工制造方便等特点，是一种性能优良的塔板。 图】9 单斜孔塔板结构示意图 f l g1 4s c h 锄m i cd i a g r 锄o f t h e v c 【i j ko f s i “g i s l a n p h 0 1 e 唧 1233 旋流塔板 旋流塔板是我国自行开发的一种喷射型塔板0 6 删，其结构如图1 1 0 所示。 从中央布液板到外部罩筒的环形区域内均布与板平面成2 5 度的叶片。气流通过叶 片间通道时产生旋转，液体流到布液板时被均匀地分配到各叶片，形成薄液层， 片被气流分散成细滴，形成良好的气液接触。液滴被离心力甩到塔壁上受重力下 流，经集液槽、溢流管流到下层塔板的布液板上，进行第二次传质、传热。旋流 塔板具有处理能力太，负荷高、压降低、弹性宽、不易堵等特点。 第一章文献综述 a a 图1 1 0 旋流塔板结构示意图 f i g 1 - 1os c h e m a t i cd i a g r 锄o ft h es t m c t u r eo fr o t a t i n gs 仃e 锄订a y 1 2 4 悬挂式降液管塔板 多降液管塔板是对传统塔板降液管结构进行改进，主要包括m d 塔板、n y e 塔板和d j 塔板等几种有代表性的塔板，如下所述。 1 2 4 1m d 塔板 美国联合碳化物公司提出了多降液管筛板，简称m d 筛板【2 9 】。这种塔板主要 有两个特点：一是降液管悬挂在塔板间的气相空间而非浸没在塔板上的液层中； 二是采用多根矩形降液管，在两相邻塔板之间降液管旋转9 0 度，结构如图1 1l 所示。 图1 1 1m d 塔板结构示意图 f i g 1 - 1 ls c h e m a t i cd i a g r 锄o f t h es t m c t u r eo f m d 订a y m d 筛板有以下优点：( 1 ) 没有受液区，增大了塔板上的鼓泡面积和气相通 量。( 2 ) 溢流堰远长于其他形式的塔板，适合于液相负荷大的情况。( 3 ) 由于溢 流堰长，在液体负荷发生较大变化的时候，泡沫层高度能得到较好的控制，操作 稳定性好。( 4 ) 降液管可起到支承梁的作用，节省其他支承结构。 在1 9 9 2 年国际精馏与吸收会议上，u o p 公司在m d 塔板的基础上提出了 e c m d 【3 0 3 1 塔板，即增容m d 塔板。用齿缝筛板代替以前的大孔径筛板，降液管 布置在塔板的中间，并且相邻两块塔板的降液管以特定的角度交错排列。这种特 殊结构使得相邻两块塔板的间距较标准m d 塔板变得更小，因此可以安装更多的 塔板，提高了塔板的气、液负荷能力。 第一章文献综述 1 2 4 2n y e 塔板 在1 9 9 2 年国际精馏与吸收会议上，b r u v n 等人介绍了一种适用于高压、高通 量的n y e 塔板【3 2 3 3 】，结构如图1 1 2 所示。n y e 塔板上没有受液盘，整个板面都为 开孔区域，这样使板上筛孔或浮阀的布置区域进一步扩大，使原来的受液盘区域 变为传质区，增大了有效鼓泡面积。特殊的结构设计，使在一定的气体通量下孔 速降低，减少了雾沫夹带，提高了塔板的气相通量。在降液管底部的垂直面上， 设置进气平台，其顶端为降液管的盲板，其侧面壁上开孔，气流水平吹入液层， 增加了塔板的有效鼓泡面积。部分气体经进气平台水平吹入液层，液体的水平速 度增加，板面上液面落差减少，液体的湍动程度增加，由降液管进入塔板的液体 立即被“活化 ，使传质的有效长度增加，从而提高了塔板的传质效率。 图1 1 2n y e 塔板结构示意图 f i g 1 - 1 2s c h e m a t i cd i a g r 锄o f t l l es t m c t u r eo f n y et r a y 1 2 4 3d j 塔板 从1 9 7 2 年至今的三十多年中，浙江工业大学化学工程设计研究所对矩形悬 挂降液管的流体力学和传质性能进行了全面的研究。在m d 塔板的基础上成功开 发了具有自主知识产权的d j 系列塔板【3 4 ，3 5 1 ，结构如图1 1 3 、图1 1 4 所示。 d 扣1 鍪d j - 2 垄 图1 一1 3d j 1 、2 型塔板结构示意图 f i g 1 1 3s c h e m a t i cd i a g r a mo f t h es t r u c n l r eo f d j - 1 、2s 够l et r a y d j 系列塔板主要有四种型号：( 1 ) d j 1 型采用宽型降液管，对降液管的根 数和排列进行改进和优化，特别适合特大液气比。( 2 ) d j 2 型在受液区设有导 流装置，改善液体的初始分布，板上液流接近理想活塞流，减少了漏液量和对受 液区的冲击。( 3 ) d j 3 型是一种复合型塔板，在塔板下降液管两侧覆合一薄层 第一章文献综述 规整填料，减小塔板的雾沫夹带并提高传质效率。( 4 ) d j 5 型塔板采用矩形悬 挂式降液管作为降液通道，采用新型固定阀作为鼓泡元件，具有良好的抗堵性能。 珥一3 越 讲一5 型 图1 1 4d j 3 、5 型塔板结构示意图 f i g 1 - l4s c h e m a t i cd i a 伊锄o f t h es t m c t l l r eo fd j 一3 、4s 妙l et r a y 1 2 5 浮阀塔板 浮阀塔板于5 0 年代初期开始推广使用，由于他具有泡罩塔板和筛孔塔板的 优点，已成为应用最广泛的板式塔。浮阀塔板的类型很多，早期常用的有f 1 型、 v - 4 型【3 6 及t 型等，结构如图1 1 5 所示： 一 f 1 浮阀t 型浮阀v 4 型浮阀 图1 1 5 早期常用浮阀结构示意图 f i g 1 - 1 5s c h e m a t i cd i a g r a mo f t h es t m c t u r eo f v a l v et r a y su s u a l l yu s e di nf o r e p a r t 浮阀塔板的优点：结构简单，造价低，生产能力大，操作弹性大，塔板效率 较高。缺点：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，使塔板效率和操作弹性下降。目前许多学者 对浮阀塔板进行了深入研究，开发出许多新的浮阀，使浮阀塔板应用更加广泛。 1 2 5 1 滑动阀片笼罩式喷射浮阀塔板( w h y ) 滑动阀片笼罩式喷射浮阀塔板【37 j ( w h y ) 是上海唐华化工填料有限公司开 发的一种新型浮阀塔板，具体结构如图1 1 6 所示。特点如下：( 1 ) w h y 型浮阀 塔板阀体固定，靠滑片上下滑动来调节气体通道，以适应不同的操作气速，使操 作弹性增加。( 2 ) 克服了易磨损、卡死、脱落等问题，使用寿命增加。( 3 ) w h y 型浮阀塔板从罩帽上翘板窗口吹出的气体增加了流体的推动力，减小了液面梯度 使气液分布均匀，塔板压降降低，漏液气速下限明显降低，雾沫夹带上限明显增 加，故该塔板特别适合于低气速或气速范围变化较大的操作状况。 第一章文献综述 图1 1 6 滑动阀片笼罩式喷射浮阀塔板结构示意图 f i g 1 一l6s c h e m a t i cd i a 伊锄o ft l l es t m c t u r eo f af l o a tj e t 仃a yw i t l lf l i p p i n gp l a t e - c a g e 1 2 5 2 微分浮阀塔板 a d v 微分浮阀塔板【3 8 ，3 9 1 是清华大学泽华化学工程有限公司开发的一种新型 浮阀塔板，有圆形和矩形两种，具体结构如图1 1 7 所示。 图1 1 7 微分浮阀塔板结构示意图 f i g 1 l7s c h e m a t i cd i a g r a mo fm es 仉j c t u r eo f a d vm i c r o - d i s p e r s i o nv a l v e 饥l y 微分浮阀塔板具有如下特点：( 1 ) 微分浮阀塔板在阀顶开小阀孔，充分利用 浮阀上部的传质空间，使气体分散更加细密均匀，气液接触更充分。( 2 ) 微分浮 阀具有导向作用，可以消除塔板上液体滞留，使气液分布更均匀。( 3 ) 微分浮阀 的鼓泡促进器使整个塔板鼓泡均匀，提高了塔板的处理能力和传质效率。( 4 ) 阀 脚采用新的结构设计，使浮阀安装快捷方便，操作时浮阀不易旋转，不会脱落。 1 2 5 3 十字旋阀塔板 十字旋阀塔板【4 0 ，4 1 是华东理工大学开发的一种新型浮阀塔板，具有独特的 “十”字形结构，结构如图1 1 8 所示。 图1 1 8 十字旋阀塔板结构示意图 f i g 1 - 18s c h e m a t i cd i a g r a mo ft h es t l c t u r eo fc r o s s t y p ev a l v et r a y 1 0 第一章文献综述 十字旋阀塔板具有如下特点：( 1 ) 塔板上的十字旋阀与液流方向垂直，远离 降液管的边缘稍向上弯折，其余边缘稍向下弯折。操作中，从前边缘喷出的气体 推动塔板上液体流动，可以明显减少甚至消除塔板上的液面梯度。( 2 ) 十字旋阀 与液流方向相同的阀腿开有导气孔，吹出的气流与塔板上的液流相互接触，产生 旋流，使垂直向上的气体分速度减少，可提高传质效果，减小雾沫夹带。( 3 ) 十 字旋阀塔板结构可靠，便于安装，在操作中不转动，浮阀无磨损，不会脱落。 1 2 5 4v - v 浮阀塔板 v - v 浮阀塔板【4 2 ，4 3 】是由德国推出的一种新型高弹性浮阀塔板。v - v 浮阀塔板 的主要结构是由三根支撑杆、一个顶板、一个可以自由上下滑动而不会发生转动 的开孔阀片以及一个固定圈组成，结构如图1 1 9 所示。 喜辱t 痒 ( 】) 受旖下限 ( 2 ) 中闽负荷 ( 3 ) 负荷上限 图1 1 9v v 浮阀塔板结构示意图 f i g 1 一l9s c h e m a t i cd i a g r a mo ft h es t m c t u r eo fv - vv a l v et r a y 操作时，滑动阀片随着气相负荷的变化上下滑动，来调节气体通道，以适应 不同的气速。具有操作弹性高、气相负荷范围宽、塔板效率高、塔板压降低的特 点。在操作中阀片不会发生旋转因而不会出现卡死、磨损或脱落的现象，所以使 用寿命较长，操作比较稳定。 1 2 5 5 箭形浮阀 箭形浮阀塔板【“，4 5 】是条形浮阀和梯形浮阀的组合体，阀盖前段为梯形、后段 为矩形并开有导向孔，阀腿前窄后宽，结构如图1 2 0 所示。 图1 2 0 箭形浮阀塔板结构示意图 f i g 1 2 0s c h e m a t i cd i a g r 锄o f 幽es 协j c t u r eo fa r r o ws h a p e dv a l v et r a y 箭形浮阀塔板特点如下：( 1 ) 箭形浮阀的矩形段保留了条形浮阀气液接触周 边长，气液接触密切的特点；梯形段则保留了梯形浮阀对液流的导向作用，可降 低塔板液面梯度，改善塔板弓形死区流动状况，优化气液接触，减少雾沫夹带和 第一章文献综述 返混的特点。( 2 ) 箭形浮阀前腿窄、后腿宽阀前部喷出的气流与液体进行充分 接触，在阀间距较大时消除了浮阀正前方的传质死区。( 3 ) 箭形浮阀的特殊结构 方便了塔板上阀孔布置，可吼增大阀的排布密度。增加板上的开孔率，从而提高 了塔板的处理能力。( 4 ) 阀体初始预起高度低，在操作下限时其漏液量极小，因 而塔板操作下限低增加了塔板的操作弹性。 1256h t v 船型浮阀塔板 h t v 船型浮阀塔板”是一种新型高效浮阀塔板，采用长条、双腿、两侧带 有翻边的半管式特殊结构。如图1 2 l 所示。h t v 船型浮阀塔板的特点如下所述： ( 】) 特殊的翻边结构减小了由于阀体波动而引起的漏液和园气流喷射而造成的 过量雾沫夹带。( 2 ) 在塔板上浮闻采用顺液流方向并排和错排方式，减小了塔板 上液体的返混。( 3 ) 应用结果表明塔板漏液量和雾沫夹带量小、处理量大、操作 范围宽，产品的分割精度也适当提高，具有良好的经济效益。 矽 啦。晨淼恶矧黧薷蓑慧哪。 科研人员在h t v 浮阀的基础上改进结构包括：半管形改为半锥形，阀面后 端冲压舌孔，改变舌孔的数量和角度，缩小浮阀单体，阀孔由矩形变为梯形，从 而衍生出b v ti 、1 i 、i 型浮阀塔板”7 矧。通过不断的改进，b v t 浮阀强化了气 液传质扩大了操作弹性，提高了塔板性能。 1257 锯齿边窄条阀塔板 锯齿边窄条阎塔板即 是浙江工业大学开发的一种新型浮阀，具体结构如图 l 一2 2 所示。其最大的结构特点是锯齿形周边，使得同样阀孔面积的浮阀，其周边 长度大大增加，使鼓出的气泡细化气液接触更加充分，传质效率大大提高，压 降也有很大程度降低。阀腿上的导向孔使气体推动塔扳上的液体流动，减小了塔 板上的液面梯度。塔板两侧的弓形区域内适当方向上布置这种浮阀，可以加速弓 形区域的液体流动，消除弓形区域内的涡流现象、死区和液相的不良流动。 第一章文献综述 图l - 2 2 锯齿边窄条阀塔板结构不意图 f i g 1 2 2s c h e m a t i cd i a g 瑚no f t h es t m c t u r eo f t o o t h m ( en 枷ws t r i pv a l v et r a y 1 2 5 8 全周向通气条形导向浮阀塔板 全周向通气条形导向浮阀塔板【5 0 】是上海唐华化工填料有限公司开发的新型 浮阀塔板。阀片的主体在一端的支撑下向上倾斜与塔板成一定角度，当气体穿过 塔板吹向阀片时，一方面，阀腿开在条阀的长边并且较细，实现了全周向通气， 显著降低压降；另一方面，沿着阀片倾斜方向，气体对液体有一定的推动作用， 从而减小了塔板上的液面梯度，浮阀结构如图1 2 3 所示。 图1 2 3 全周向通气条形导向浮阀塔板结构示意图 f i g 1 - 2 3s c h e m a t i cd i a g r a mo f t h es t m c t u r eo fan o v e lr e c t a n g u l a rf l o a t i n gv a l v e 仃a y 1 2 5 9r c h 型喷射浮阀塔板 r c h 型喷射浮阀塔板【5 1 】是在条形浮阀塔板的基础上进行结构改进而开发的 一种新型塔板。它是在条形浮阀一端的阀腿上增开喷射导向舌孔，舌孔的上方设 有引导气相流动的舌形整流帽，喷射导向舌孔指向塔板上液体主流方向。在操作 过程中，气相的绝大部分从浮阀两侧的缝隙中呈水平方向吹出，只有很少一部分 从喷射导向舌孔吹出。从舌孔吹出的气流可以促进液体流动，对液体起到导流作 用，使塔板上的液体均匀分布，消除塔板上液体的滞流和返混，减小液体流动的 液面落差，改善了塔板的流体力学性能与传质性能，结构如图l - 2 4 所示。 图1 2 4r c h 型喷射浮阀塔板结构示意图 f i g 1 2 4s c h e m a t i cd i a g r a mo ft h es t r u c t u r eo fr c hj e tf l o a tv a l v e 仃a y 1 2 5 1 0 导向梯形浮阀塔板 第一章文献综述 导向梯形浮阀塔板5 2 5 4 1 是天津大学在v 型栅板5 6 1 研究和应用的基础之上 开发的一种新型塔板，它吸收了v 型栅板的结构优点和其它导向浮阀塔板的优 点，将矩形阀片改为梯形阀片，在阀项上开有两个导向孔，使气流的推液作用得 到了加强，进一步改善了液流状态，减小液相返混，它又采用可上下浮动的阀片 结构，故有比较高的操作弹性，结构如图1 2 5 所示。 图1 2 5 导向梯形浮阀结构示意图 f i g 1 2 5s c h e m a t i cd i a 黟锄o f t 1 1 es t m c m r eo fd i r e c t e dt r a p e z o i dv a l v et r a y 导向梯形浮阀特点如下：( 1 ) 梯形阀体前喷出的气流与液体进行充分接触， 优化了气液传质。( 2 ) 梯形阀体两侧流出的气体存在一个向前的分力，同时加上 阀盖上导向孔的导向作用，使塔板的液面梯度降低，压降减小，优化了塔板弓形 区的气液接触，减少了雾沫夹带和返混，提高了传质效率。 1 2 6 复合塔板 复合塔板是在综合板式塔和填料塔各自优点的基础上而开发的一种新型塔 板。其结构特点就是在塔体内同时安装塔板( 可以是任何形式的塔板) 和规整填 料。塔板可以起到分布器的作用，使气液分布均匀，这样利于填料操作；填料使 液体细化，有利于在塔板上充分接触，使塔板在高效区工作。这样可以充分利用 塔内空间，同时既能保留塔板鼓泡层的高传质效率，又能使填料在气液分布良好 的状态下操作，从而提高传质效率。填料还能减小雾沫夹带，降低压降，增大通 量，优化分离效果。当前研究比较充分的有浙江工业大学开发的筛孔塔板与规整 填料结合的复合塔板【57 ，5 8 j 和天津大学开发的泡罩塔板与规整填料结合的j c p t 复 合塔板【5 蛐1 i ，这两种塔板都具有良好的传质效果。 除上述这些结构新颖的塔板以外，还有l 1 条形浮阀塔板【6 引、斜孔梯形浮阀 塔板【6 3 1 、浮阀鼓泡器塔板晔】、升程对导向梯形浮阀塔板【65 | 、齿边浮阀塔板惭】、 n s 导向提馏塔板【6 7 】、全导流9 5 11 型塔板【6 8 】、混合箱塔板【6 9 、微孔介质塔板【7 0 】、 梯矩形立体连续传质塔板1 7 l 】、宝塔罩型塔板【7 2 1 、网孔塔板7 3 1 、f s 浮动筛片塔板【7 4 1 、 气液并流侧喷式塔板【7 5 j 等许多各式各样的塔板，这里不再赘述。 第一章文献综述 1 27 国外塔板发展状况 近年来国外各大塔器生产商研制、开发出大批新型塔板。这些新型塔板在一 定程度上解决了浮阀塔板存在的一些问题，很好地适应了现在对于蒸馏设备大通 量、高效率的要求，现对国外研究开发的几种新型塔板q 做简要介绍。 1271p - k 筛板 p - k 筛板【弧刊是一种波纹形塔板，结构如图l 之6 所示。塔板以一定的角度开 孔( 缝) 相邻斜孔( 缝) 的开口方向相反，这样增大了塔板的开孔面积。上升 气流沿孔( 缝) 斜向喷出，可以减少雾沫夹带量，促进液体横向混合，使流速分 布均匀。气相较大的水平分速度可以防止固体颗粒在塔板表面结垢，更大的垂直 分速度可咀将沉积在塔板上的固体颗粒吹起。特别适合于含有较多固体颗粒的情 况。p k 筛孔( 缝) 塔板还具有处理能力大、低压降、塔板效率较高的优点。 图】2 6 卜k 筛板结构示意图 f 镕1 - 2 6 s c h 锄m l cd l a g m mo f m es i n k m m o f n ks l e v c n a y 1 272v 昧t e ) ( 塔扳 v o 麟塔板m7 8 】是s u l z e rc h e m t e c h 公司开发的专利产品，能够在不 降低传质效率的前提下，显著提高塔内气、液负荷。这种塔板有一种独特的悬挂 式防旋涡降液管，塔板上的传质元件可阻为筛孔、浮阀和固定阀等。v o r t e x 塔 板具有以下特点：( 1 ) 防旋涡降液管有利于对降液管内的气液混合物进行分离， 能够避免降液管液泛的发生。( 2 ) 悬挂式降液管可以最大限度地提高塔板的有效 鼓泡面积。( 3 ) 降液管堰长的增加，使液流强度、塔板压降、降液管持液量都降 低了，提高了塔板的处理能力和操作弹性。( 4 ) 降液管位置的优化