塔设备简介及其应用

塔式设备及其应用简介塔式设备是一种塔状化工设备。具有特定形状(横截面大多为圆形)、特定体积以及特定内部和外部设备附件的容器。它用于使气体与液体、气体与固体、液体与液体或液体与固体紧密接触，促进它们的相互作用，完成化学工业中的传热传质过程。塔式设备是化工和石油工业中广泛使用的重要生产设备。经过长期发展，各种各样的结构已经形成，以满足各种需要。为了便于研究和比较，人们从不同的角度对塔式设备进行分类。根据单元操作，分为精馏塔、吸收塔、解吸塔、萃取塔、反应塔和干燥塔。用于实现蒸馏和吸收的塔设备分别称为蒸馏塔和吸收塔。这种塔设备的基本功能是为气相和液相提供足够的接触机会，从而可以快速有效地进行传质和传热过程，并且接触后的气相和液相可以及时分离而不会夹带。也有按形成相间接触面的方式和塔釜类型分类。然而，最常用的分类是根据塔的内部结构将塔分为两类：板式塔和填料塔。人们还根据板式塔的塔盘结构和填料塔中使用的填料将塔分为不同的塔型。一、板式塔板式塔内沿塔高设有多层塔板(或塔盘)，液体在重力作用下从塔顶逐板流向塔底，每个板面上形成流动的液体层；气体被压力差推动，依次通过每个塔板上的液体层从塔底流向塔顶。气相和液相在塔内逐步接触，两相的组成沿着塔的高度逐步变化。板式塔的结构如图1所示。液体是连续相，气体是分散相，气体通过塔盘分散成小气泡，与塔盘上的液体接触进行化学反应。板式塔反应器适用于快速和中速反应过程，具有逐板操作的特点。由于采用了多块板，轴向返混可以最小化，并且可以以最小的液体流速进行操作，从而获得极高的液相转化率。气液之间的强烈接触和气液界面处的大的传质和传热系数是强化传质过程的塔型。因此，它适用于化学反应过程的传质过程控制。传热构件可以布置在板之间，以移除热量并在热量中移动。缺点是：反应器结构复杂，气相流动压降大，塔盘需要用耐腐蚀材料制成。根据塔内气体和液体的流动模式，塔盘可分为错流塔盘和逆流塔盘。横流塔盘如图2所示。塔盘之间有降液管(也称为溢流管),用于液体循环。降液管位置和堰高的合理布置可以控制液体流动路径和板上的液层高度，从而实现更高的效率。然而，下导管约占塔盘面积的20%，这影响塔盘生产能力。此外，液体应克服各种阻力，并在穿过塔盘时降低分离效率。逆流塔板如图3所示。板之间没有下导管。气体和液体同时以相反的方向流过板上的孔，因此也称为错流塔板。该塔盘结构简单，塔盘上无液位下降，气体分布均匀，塔盘表面得到充分利用，可提高处理能力，降低压降。然而，需要更高的气体速度来保持塔盘上的液体层。操作灵活性差，效率低。常用的塔盘塔有泡罩塔、筛板塔、浮阀塔、舌喷塔和一些新开发的新型塔和复合塔(如浮喷塔、浮舌塔、压延金属网板塔、泡罩塔是一种长期用于工业蒸馏操作的气液传质设备。每个塔板上装有几根短管作为上升气体通道，称为上升气体管道。由于立管高于液位，因此板上的液体不会从立管泄漏。空气提升管上覆盖有泡罩，泡罩的下部周边设有多个齿隙。在操作条件下，槽浸入板上的液体层以形成液体密封，如图4所示。上升的气体通过狭缝分散成细小的气泡或气流进入液体层。板上的气泡液体层或充气泡沫为气液两相提供了大量的传质界面。液体通过下导管向下流动，并依靠溢流堰来确保塔板上有一定厚度的液体层。泡罩有不同的形式，在化学工业中使用最广泛的是圆形泡罩，如图5所示。托盘上的圆形泡罩呈等边三角形排列，泡罩的中心距等于直径的4/3。泡罩塔具有液体泄漏少和操作灵活性好的优点，即当气液负荷波动较大时，可以保持几乎恒定的塔板效率。托盘不易堵塞，对各种材料适应性强。缺点是托盘结构复杂，金属消耗大，成本高。板上液体层厚，气流路径曲折，板上压降大，由于夹带现象严重，气速增加有限，生产能力不大。此外，液流在板上遇到的大阻力导致液位下降大和气体分布不均匀，这也影响了板效率的提高。因此，近年来很少建造泡罩塔。筛板塔在塔盘上有许多均匀分布的筛孔，上升气流通过这些筛孔分散成细小的气流，这些气流从塔盘上的液体层中冒泡出来，并与液体紧密接触。筛孔在塔盘上呈正三角形排列，筛孔直径应为3-8m，孔中心距与孔径之比应在25-40的范围内。塔板上设有溢流堰，以保持板上有一定厚度的液体层。在正常操作范围内，通过筛孔上升的气流应能防止液体通过筛孔向下泄漏。液体一板一板地沿着下导管流下。筛板塔的突出优点是结构简单，金属消耗少，成本低。气体的压力降很小，板上的液位降也很小。其生产能力和塔板效率均高于泡罩塔。主要缺点是操作弹性范围窄，小孔筛板容易堵塞。近年来，大孔径(直径大于10毫米)筛板的研究和应用取得了一些进展。大孔径筛板塔采用气液交叉流动，可提高气速和生产能力，不易堵塞。二。填料塔填料塔也是一种重要的气液传质设备(填料塔结构见图6)。其结构非常简单，塔体内装有一定高度的填料，下部装有支撑板，上部装有填料压板和液体分配装置。液体从填料层的顶部分散后沿填料表面向下流动，润湿填料表面；气体在压力差的推动下通过填料之间的间隙从塔的一端流向另一端。气体和液体之间的传质通常在填料表面的液体和气体之间的界面上进行。塔壳可以由陶瓷、金属玻璃和塑料制成。如有必要，金属缸体可以内衬防腐材料。为了保证液体在整个截面上的均匀分布，塔体应具有良好的垂直度。填料塔反应器结构简单，压降小，适应各种腐蚀性介质，不易产生溶液气泡。特别是在常压和低压下，当压降成为主要矛盾，反应溶剂容易起泡时，适合使用填料塔反应器。此外，对于一些蒸馏或吸收操作近年来，国内外填料的研究和开发取得了快速进展。由于性能优异的新型填料的不断出现和填料塔在节能方面的突出优势，大型填料塔在工业上并不罕见。填料是填料塔的核心。填料塔的运行性能直接关系到填料的选择。填料有很多种，大致可分为固体填料和网状填料。固体填料包括环形填料(如拉西环、鲍尔环和级联环)和鞍形填料(如弧形鞍和矩形鞍)，以及栅格板填料、波纹填料和其他由陶瓷、金属、塑料和其他材料制成的填料。网体的包装主要是由金属网制成的各种包装，如鞍形网、网、波纹网等。Iii .鼓泡塔鼓泡塔是一种常用的气液接触反应设备。各种有机化合物的氧化反应以及石蜡和芳烃的氯化反应均采用鼓泡塔。在鼓泡塔中，通常不需要剧烈搅拌液相，由蒸汽以气泡形式吹过液体所引起的混合就足够了。在实际使用中，它具有以下优点：(1)气体以小气泡的形式均匀分布，并不断通过气液反应层，保证气液充分混合，反应良好。(2)反应器结构简单，易于清洗，运行稳定，投资和维护费用低。(3)反应器具有极高的液体储存和相间接触面积，具有较高的传质和传热效率。适用于缓慢的化学反应和高放热。(4)热交换装置可安装在塔内和塔外。(5)与填料塔相比，鼓泡塔可以处理悬浮液体。鼓泡塔也有一些不可克服的缺点：(1)为了保证气体沿横截面的均匀分布，鼓泡塔的直径不应太大，一般在2-3米以内。(2)鼓泡塔内液相轴向返混非常严重。在高径比不太大的条件下，液相可以认为处于理想的混合状态，因此在单个连续反应器中很难实现高的液相转化率。(3)鼓泡过程中鼓泡塔反应器消耗的压降相对较大。根据结构特点，鼓泡塔可分为三种类型：中空型、多级型和汽提型(如图7所示)。其中，中空鼓泡塔最适用于在液相主体中发生反应的慢化学反应系统或伴随大量热效应的反应系统。当热效应较大时，换热单元可安装在塔内或塔外，使其变成带换热单元的鼓泡塔。为了避免塔内液相返混，当高径比较大时，通常采用多级塔来保证反应效果。为了满足大气液流量的要求或减少气泡团聚以适应高粘度液体，采用了气举气泡反应器。它具有径向气液流速均匀、轴向分散系数较低、传热系数较大、液体循环速度可调等优点。四.喷雾塔喷淋塔的结构相对简单。液体以细小液滴的形式分散在气体中。气体是连续相，液体是分散相。喷雾塔是一种由气膜控制的反应系统，适用于瞬时、界面和快速反应过程。它也适用于