第七章 塔设备

1、 化工设备操作与维护化工设备操作与维护 第七章第七章 塔设备塔设备 目目 录录 1 2 3 一、塔设备在化工生产中的应用一、塔设备在化工生产中的应用 在炼油、化工及轻工等工业生产中，气、液两相直接接触进行在炼油、化工及轻工等工业生产中，气、液两相直接接触进行 传质传热的过程是很多的，如精馏、吸收、解吸、萃取等。这些过传质传热的过程是很多的，如精馏、吸收、解吸、萃取等。这些过 程都是在一定的压力、温度、流量等工艺条件下，在一定的设备程都是在一定的压力、温度、流量等工艺条件下，在一定的设备 内完成的。由于其过程中两种介质主要发生的是质的交换，所以内完成的。由于其过程中两种介质主要发生的是质的交换，

2、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，且长径比较大，形如竖直安装的圆筒形容器，且长径比较大，形如“塔塔”，故习惯上称其，故习惯上称其 为为塔设备塔设备。 化工生产中常见的可在塔设备中完成的单元操作有：化工生产中常见的可在塔设备中完成的单元操作有：精馏、吸收、解精馏、吸收、解 吸和萃取吸和萃取等。此外，工业气体的冷却与回收、气体的湿法精制和干燥中等。此外，工业气体的冷却与回收、气体的湿法精制和干燥中 也多使用塔设备，另外，在兼有气液两相传质和传热的增湿、减湿等生也多使用塔设备，另外，在兼有气液

3、两相传质和传热的增湿、减湿等生 产装置塔设备也有广泛的应用。产装置塔设备也有广泛的应用。 据有关资料报道，塔设备的投资费用及钢材耗量仅次于换热设备，据有关资料报道，塔设备的投资费用及钢材耗量仅次于换热设备， 参看表参看表7-17-1。据统计，在化工和石油化工生产装置中，塔设备的投资费用据统计，在化工和石油化工生产装置中，塔设备的投资费用 占全部工艺设备总投资的占全部工艺设备总投资的25.3925.39，在炼油和煤化生产装置中占，在炼油和煤化生产装置中占34.8534.85； 其所消耗的钢材重量在各类工艺设备中所占比例也是比较高的，其所消耗的钢材重量在各类工艺设备中所占比例也是比较高的，如年产如

4、年产 250250万吨常减压蒸馏装置中，塔设备耗用钢材重量占万吨常减压蒸馏装置中，塔设备耗用钢材重量占45.545.5，年产，年产120120万万 吨催化裂化装置中占吨催化裂化装置中占48489 9，年产，年产3030万吨乙烯装置中占万吨乙烯装置中占252528.328.3。 可见塔设备是炼油、化工生产中最重要的工艺设备之一，它的设计、研究、可见塔设备是炼油、化工生产中最重要的工艺设备之一，它的设计、研究、 使用对化工、炼油等工艺的发展起着重大的作用。使用对化工、炼油等工艺的发展起着重大的作用。 塔设备塔设备 在化工在化工 生产中生产中 的应用的应用 塔设备塔设备 在化工在化工 生产中生产中

5、的应用的应用 二、塔设备的分类塔设备的分类 按用途分类按用途分类：精馏塔精馏塔 、吸收塔、解吸塔、吸收塔、解吸塔 、萃取塔、萃取塔 、洗涤塔、洗涤塔 按操作压力分类按操作压力分类 ：常压塔、加压塔和减压塔常压塔、加压塔和减压塔 按结构形式分类按结构形式分类 ： 板式塔、填料塔板式塔、填料塔 1-1-裙座；裙座；2-2-塔体；塔体；3-3-液体液体 再分布器；再分布器；4-4-卸料口；卸料口；5-5- 喷淋装置：喷淋装置：6-6-料液进口；料液进口； 7-7-除沫器；除沫器；8-8-气体出口；气体出口； 9-9-人孔；人孔；10-10-填料；填料；11-11-填填 料支撑；料支撑；12-12-气

6、体进口；气体进口； 13-13-液体出口液体出口 图图7-2 7-2 填料塔基本结构填料塔基本结构 塔设备塔设备 的构件的构件 三、塔设备的工艺要求和技术要求三、塔设备的工艺要求和技术要求 1 1塔设备的工艺要求塔设备的工艺要求 (1) (1) 生产能力大。生产能力大。 (2) (2) 分离效率高。分离效率高。 (3) (3) 操作稳定、弹性大。操作稳定、弹性大。 (4) (4) 压降小。压降小。 (5) (5) 结构简单、材料耗用量小、制造和安装容易。结构简单、材料耗用量小、制造和安装容易。 (6) (6) 耐腐蚀和不易堵塞，操作、调节和检修方便。耐腐蚀和不易堵塞，操作、调节和检修方便。 2

7、 2塔设备的技术要求塔设备的技术要求 塔设备制造、安装质量对设备能否达到预期的操作性能有很大影响，塔设备制造、安装质量对设备能否达到预期的操作性能有很大影响， 必须注意技术要求。必须注意技术要求。 (1)(1)塔体弯曲度应小于塔体弯曲度应小于1/10001/1000塔高。塔总高塔高。塔总高20m20m以下，塔体弯曲度不得以下，塔体弯曲度不得 超过超过20mm20mm，当塔高，当塔高20m20m，塔体弯曲度不得超过，塔体弯曲度不得超过30mm30mm。 (2)(2)板式塔塔体安装垂直度偏差应小于板式塔塔体安装垂直度偏差应小于1/10001/1000塔高，且不大于塔高，且不大于15mm15mm；

8、填料塔塔体安装垂直度偏差不得超过塔高的填料塔塔体安装垂直度偏差不得超过塔高的2 210001000，且不大于，且不大于30mm30mm。 (3)(3)塔盘板长度偏差不得超过塔盘板长度偏差不得超过0.4mm0.4mm，宽度偏差不得超过：，宽度偏差不得超过：0.2 mm0.2 mm。 (4)(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。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。 (5) (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300mm300mm弦长弦长 的表面上，局部不平度不超过的表

9、面上，局部不平度不超过1mm1mm，总的不平度的允许偏差与塔盘相同，总的不平度的允许偏差与塔盘相同( (即表即表7-27-2的的 f f值值) )，相邻两支撑全间距的偏不超过，相邻两支撑全间距的偏不超过20mm.20mm. (6) (6) 溢流堰顶的水平度对塔盘板的操作及效率均有影响，故堰顶的水平度不超过溢流堰顶的水平度对塔盘板的操作及效率均有影响，故堰顶的水平度不超过 堰宽的堰宽的1 110001000，且不大于，且不大于3mm3mm。 (7) (7) 降液管安装后，其下端与受液盘距离的偏差为降液管安装后，其下端与受液盘距离的偏差为3mm3mm。 (8) (8) 栅板应平整，安装后的不平度不

10、超过栅板应平整，安装后的不平度不超过2mm2mm。对最底层的栅板没有不平度要求。对最底层的栅板没有不平度要求。 (9) (9) 液体分布装置安装时，水平偏差不超过液体分布装置安装时，水平偏差不超过3mm3mm，标高偏差不超过，标高偏差不超过3mm3mm，其中心，其中心 线与塔中心线偏差不超过线与塔中心线偏差不超过3mm3mm。 (10)(10)塔体在同一断面上的最大直径与最小直径之差塔体在同一断面上的最大直径与最小直径之差e e，应符合下述规定：受内压塔，应符合下述规定：受内压塔， e1%DN(DN e1%DN(DN 为塔内径为塔内径) )，且，且e e不大于不大于25mm25mm；对受外压塔

11、，；对受外压塔，e0.5%DNe0.5%DN，且，且e e不大于不大于 25mm25mm。 (11) (11) 裙座裙座( (支座支座) )螺栓孔中心圆直径偏差小于螺栓孔中心圆直径偏差小于3mm3mm，任意两孔间距偏差小于，任意两孔间距偏差小于3mm3mm。 目前，我国常用的板式塔型仍为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔和舌形目前，我国常用的板式塔型仍为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔和舌形 塔等，填料种类除拉西环、鲍尔环外，阶梯环以及波纹填料、金属丝塔等，填料种类除拉西环、鲍尔环外，阶梯环以及波纹填料、金属丝 网填料等规整填料也常采用。近年来，参考国外塔设备技术的发展动网填料等规整填料也常采用。近年来，参考国外塔

12、设备技术的发展动 向，加强了对筛板塔的科研工作，提出了斜孔塔和浮动喷射塔等新塔向，加强了对筛板塔的科研工作，提出了斜孔塔和浮动喷射塔等新塔 型。对多降液管塔盘、导向筛板、网孔塔盘等，也都作了较多的研究，型。对多降液管塔盘、导向筛板、网孔塔盘等，也都作了较多的研究， 并广泛应用于生产。其它如大孔径筛板、双孔径筛板、穿流式可调开并广泛应用于生产。其它如大孔径筛板、双孔径筛板、穿流式可调开 孔率筛板、浮阀孔率筛板、浮阀- -筛板复合塔板，以及角钢塔盘、旋流塔盘、喷旋塔盘、筛板复合塔板，以及角钢塔盘、旋流塔盘、喷旋塔盘、 旋叶塔盘等多种塔型和金属鞍环填料的流体力学性能、传质性能和几何旋叶塔盘等多种塔型

13、和金属鞍环填料的流体力学性能、传质性能和几何 结构等方面的试验工作在各个科研机构也在进行，有些己取得了一定的结构等方面的试验工作在各个科研机构也在进行，有些己取得了一定的 成果或用于生产。成果或用于生产。 四、塔设备的发展四、塔设备的发展 一、塔盘的结构一、塔盘的结构 化工生产中最常见的三种塔板为：筛板塔盘、泡罩塔盘和浮阀塔盘化工生产中最常见的三种塔板为：筛板塔盘、泡罩塔盘和浮阀塔盘 图7-4 常见的塔盘类型 (a) 筛板塔塔板(b) 泡罩塔塔板(c)浮阀 1. 气体通道气体通道 为保证气液两相充分接触，塔板上均匀地开有一定数量的通道为保证气液两相充分接触，塔板上均匀地开有一定数量的通道 供气

14、体自下而上穿过板上的液层。气体通道的形式很多，它对塔供气体自下而上穿过板上的液层。气体通道的形式很多，它对塔 板性能有决定性影响，也是区别塔板类型的主要标志。板性能有决定性影响，也是区别塔板类型的主要标志。 一、塔盘的结构一、塔盘的结构 (a) (b) 图7-5 圆形泡罩 泡罩塔泡罩塔是最早应用于工业生产的典型板式塔。是最早应用于工业生产的典型板式塔。 泡罩塔盘由塔板、泡罩、升气管、降液管、泡罩塔盘由塔板、泡罩、升气管、降液管、 溢流堰等组成。生产中使用的泡罩形式有多种，溢流堰等组成。生产中使用的泡罩形式有多种， 最常用的是圆形泡罩最常用的是圆形泡罩(图图7-5所示所示)，圆形泡罩，圆形泡罩

15、的直径有的直径有80、100、150三种，其中前两种三种，其中前两种 为矩形齿缝，如图为矩形齿缝，如图7-5(a)所示，所示，150的圆的圆 形泡罩为敞开式齿缝。如图形泡罩为敞开式齿缝。如图7-5(b)所示。所示。 (1)泡罩塔泡罩塔 气体通道气体通道 图7-6 筛板结构及气液接触情况 筛板塔筛板塔的塔盘为一钻有许多孔的圆形平板。的塔盘为一钻有许多孔的圆形平板。 筛板分为筛孔区、无孔区、溢流区、降液管筛板分为筛孔区、无孔区、溢流区、降液管 区等几个部分。筛孔直径一般为区等几个部分。筛孔直径一般为38mm， 通常按正三角形布置，孔间距与孔径的比值通常按正三角形布置，孔间距与孔径的比值 为为34。

16、随着研究的深入，近年来，发展了。随着研究的深入，近年来，发展了 大孔径大孔径(2025mm)和导向筛板等多种形式和导向筛板等多种形式 的筛板塔。的筛板塔。 (2)筛板筛板 塔气体塔气体 通道通道 栅板支撑圈 图7-7 穿流式栅板 穿流板塔与筛板塔相比，其结构穿流板塔与筛板塔相比，其结构 特点是不设降液管。气体和液体同特点是不设降液管。气体和液体同 时经由板上孔道逆流通过，在塔盘时经由板上孔道逆流通过，在塔盘 上形成泡沫进行传质与传热。常用上形成泡沫进行传质与传热。常用 的塔板结构有筛孔板和栅板两种。的塔板结构有筛孔板和栅板两种。 穿流式栅板及支承情况如图穿流式栅板及支承情况如图7-7所示。所示

17、。 穿流板塔结构简单，制造、加工、穿流板塔结构简单，制造、加工、 维修简便，塔截面利用率高，生产维修简便，塔截面利用率高，生产 能力大，塔盘开孔率大，压降小。能力大，塔盘开孔率大，压降小。 但塔板效力较低，操作弹性小。但塔板效力较低，操作弹性小。 (3)穿流穿流 板塔气板塔气 体通道体通道 (b)F1型（v-1型）浮阀 (c) v-4 型浮阀 (d) v-6型 (e) 十字架形浮阀 (g) A形浮阀 (h) 十字型浮阀 (i)条形浮阀 图7-8 浮 阀 (f) v-o型 图7-9 工作时的阀片 (a) F型浮阀结构 (4)浮阀浮阀 塔气体塔气体 通道通道 20 图7-10 舌形塔盘及舌孔形状

18、(a) (b)(c) (d) (5)舌形舌形 塔气体塔气体 通道通道 舌形塔属于喷射形塔。舌形塔属于喷射形塔。 20世纪世纪60年代开始应用。年代开始应用。 与开有圆形孔的筛板不与开有圆形孔的筛板不 同，舌形塔板的气体通同，舌形塔板的气体通 道是按一定排列方式冲道是按一定排列方式冲 出的舌片孔出的舌片孔(见图见图7-10)。 舌孔有三面切口和拱形舌孔有三面切口和拱形 切口两种，如图切口两种，如图7-10(b) 和图和图7-10(c)所示。常用所示。常用 的三面切口舌片的开启的三面切口舌片的开启 度一般为度一般为20，如图，如图7- 10（d）所示。）所示。 (6)浮动舌形塔浮动舌形塔 浮动舌形

19、塔盘是在塔板孔内装设浮动舌形塔盘是在塔板孔内装设 了可以浮动的舌片了可以浮动的舌片(见图见图7-11)。 浮动舌片浮动舌片 既保留了舌形塔倾斜喷射的结构既保留了舌形塔倾斜喷射的结构 特点，又具有浮阀操作弹性好的特点，又具有浮阀操作弹性好的 优点。优点。 浮动舌形塔具有处理量大、压降浮动舌形塔具有处理量大、压降 小、雾沫夹带少、操作弹性大稳小、雾沫夹带少、操作弹性大稳 定性好、定性好、 塔板效率高等优点。缺点是在操塔板效率高等优点。缺点是在操 作过程中浮舌易磨损。作过程中浮舌易磨损。图7-11 浮动舌片结构 (6)浮动舌浮动舌 形塔气体形塔气体 通道通道 导向筛板塔是在普通筛板塔的基础上改进而成

20、。它的结构特点是：在塔盘上开有一定数量的导向筛板塔是在普通筛板塔的基础上改进而成。它的结构特点是：在塔盘上开有一定数量的 导向孔，通过导向孔的气流与液流方向一致，对液流有一定的推动作用，有利于减少液面梯度；导向孔，通过导向孔的气流与液流方向一致，对液流有一定的推动作用，有利于减少液面梯度； 在塔板的液体入孔处增设了鼓泡促进结构，有利于液体刚流入塔板就可以生产鼓泡，形成良好在塔板的液体入孔处增设了鼓泡促进结构，有利于液体刚流入塔板就可以生产鼓泡，形成良好 的气液接触条件，以提高塔板利用率，减薄液层，减小压降。与普通筛板塔相比，塔板效率可的气液接触条件，以提高塔板利用率，减薄液层，减小压降。与普通

21、筛板塔相比，塔板效率可 提高提高13左右，压降可下降左右，压降可下降15左右左右。 图7-12 导向筛板与鼓泡促进器 (7)导向筛导向筛 板塔气体板塔气体 通道通道 板式塔的结构形式多种多样，各种塔盘结构都具有各自的特点，且都有各自板式塔的结构形式多种多样，各种塔盘结构都具有各自的特点，且都有各自 适宜的生产条件和范围，在具体选择塔盘结构时应根据工艺要求选择。表适宜的生产条件和范围，在具体选择塔盘结构时应根据工艺要求选择。表7-3 对几种常用塔形的性能进行了比较，供使用时参考。对几种常用塔形的性能进行了比较，供使用时参考。 2. 溢流装置溢流装置 板式塔内部的溢流装置包括降液管、受液盘、溢流堰

22、等部件。板式塔内部的溢流装置包括降液管、受液盘、溢流堰等部件。 (a)弓形降液管 (b)带溢流堰的圆形降液管 (c) 兼作溢流堰的圆形降液管图 图7-15 降液管的基本类型 (a) (b) (c) （1）降液管）降液管 降液管是液体自上层塔板流至下层塔板降液管是液体自上层塔板流至下层塔板 的通道，也是气（汽）体与液体分离的部的通道，也是气（汽）体与液体分离的部 位。为此，降液管中必须有足够的空间，位。为此，降液管中必须有足够的空间， 让液体有所需的停留时间。此外，为保证让液体有所需的停留时间。此外，为保证 气液两相在塔板上形成足够的相际传质表气液两相在塔板上形成足够的相际传质表 面，塔板上须保

23、持一定深度的液层，为此，面，塔板上须保持一定深度的液层，为此， 在塔板流体的出口端设置溢流堰。塔板上在塔板流体的出口端设置溢流堰。塔板上 液层高度在很大程度上由堰高决定。溢流液层高度在很大程度上由堰高决定。溢流 装置有单溢流分块式塔盘（图装置有单溢流分块式塔盘（图7-13）和双）和双 溢流分块式塔盘（图溢流分块式塔盘（图7-14）。对于大型塔）。对于大型塔 板，为保证液流均布，一般采用双溢流分板，为保证液流均布，一般采用双溢流分 块式塔盘结构，还在塔板的进口端设置进块式塔盘结构，还在塔板的进口端设置进 口堰。口堰。 图7-14 双溢流分块式塔盘支撑结构 1-塔盘板；2-支持板；3-筋板；4-压

24、板；5-支 座；6-主梁；7-两侧降液板；8-可调降液板； 9-中心降液板；10-支撑圈 图7-13 单溢流分块式塔盘支撑结构 1-通道板；2-矩形板；3-弓形板；4-支撑圈； 5-筋板；6-受液盘；7-支撑板；8-固定降液板； 9-可调堰板；10-可拆降液板；11-联接板 (a) 1-受液盘；2-降液管； 3-塔盘板；4-塔壁 (b) 1-塔壁；2-降液板；3-塔 盘板；4-受液盘；5-筋板 3-塔盘板；4- 图7-16 受液盘的基本类型 (2)受液盘受液盘 为了保证降液管出口处的液封，在塔盘为了保证降液管出口处的液封，在塔盘 上一般都设置有受液盘。受液盘的结构形上一般都设置有受液盘。受液盘

25、的结构形 式对塔的侧线取出、降液管的液封、液体式对塔的侧线取出、降液管的液封、液体 流出塔盘的均匀性都有影响。受液盘有平流出塔盘的均匀性都有影响。受液盘有平 形和凹形两种。平形受液盘有可拆和焊接形和凹形两种。平形受液盘有可拆和焊接 两种结构，图两种结构，图7-16(a)为一种可拆式平形受为一种可拆式平形受 液盘。平形受液盘因可避免形成死角而适液盘。平形受液盘因可避免形成死角而适 应易聚合的物料。当液体通过降液管与受应易聚合的物料。当液体通过降液管与受 液盘时，如果压降过大或采用倾斜式降液液盘时，如果压降过大或采用倾斜式降液 管，则应采用凹形受液盘，见图管，则应采用凹形受液盘，见图7-16(b)

26、。 凹形受液盘的深度一般大于凹形受液盘的深度一般大于50mm，而小，而小 于塔板间距的于塔板间距的1/3。 (a) (b) 1-支撑圈；2-液封盘 1-圆形降液管；2-筋板； 3-泪孔；4-降液板 3-液封盘 图7-17 液封盘 在塔或塔段的最底层塔盘降液管末在塔或塔段的最底层塔盘降液管末 端应设液封盘，以保证降液管出口处端应设液封盘，以保证降液管出口处 的液封。用于弓形降液管的液封盘如的液封。用于弓形降液管的液封盘如 图图7-17(a)所示。用于圆形降液管的液所示。用于圆形降液管的液 封盘如图封盘如图7-17(b)所示。液封盘上开设所示。液封盘上开设 有泪孔，以供停工时排液。有泪孔，以供停工

27、时排液。 图7-21 塔盘的密封形式 整块式塔盘塔的塔体由若干塔节组成，塔节与整块式塔盘塔的塔体由若干塔节组成，塔节与 塔节之间由用法兰连接。每个塔节中安装若干块塔节之间由用法兰连接。每个塔节中安装若干块 层层叠置起来的塔盘。塔盘与塔盘之间用管子支层层叠置起来的塔盘。塔盘与塔盘之间用管子支 承，并保持需要的间距。在这类结构中，由于塔承，并保持需要的间距。在这类结构中，由于塔 盘和塔壁有间隙，故对每一层塔盘须用填料来密盘和塔壁有间隙，故对每一层塔盘须用填料来密 封（图封（图7-21）。）。 图7-22 分块式塔盘示意图 (a) 自身梁式 (b)槽式 图7-23 自身梁式与槽式塔盘示意图 在直径较

28、大的板式塔中，如果仍用整块式塔盘，则由于刚度的要求，塔盘板的在直径较大的板式塔中，如果仍用整块式塔盘，则由于刚度的要求，塔盘板的 厚度势必增加，而且在制造、安装与检修等方面很不方便。因此，当塔径在厚度势必增加，而且在制造、安装与检修等方面很不方便。因此，当塔径在 800900mm以上时，由于人能进入塔内，故都采用分块式塔盘（图以上时，由于人能进入塔内，故都采用分块式塔盘（图7-22），此），此 时塔身为一焊制整体圆筒，不分塔节，而塔盘板被分成数块，通过人孔送进塔内，时塔身为一焊制整体圆筒，不分塔节，而塔盘板被分成数块，通过人孔送进塔内， 装到焊在塔内壁的塔盘固定件（一般为支持圈）上。塔盘板的分

29、块，应结构简单，装到焊在塔内壁的塔盘固定件（一般为支持圈）上。塔盘板的分块，应结构简单， 装拆方便，有足够刚性，并便于制造、安装、检修。一般大多采用自身梁式塔塔装拆方便，有足够刚性，并便于制造、安装、检修。一般大多采用自身梁式塔塔 盘，有时也采用槽式塔盘（图盘，有时也采用槽式塔盘（图7-23）。）。 二、除沫装置二、除沫装置 除沫装置的作用是分离出塔气体中含有的雾沫和液滴，以保证传除沫装置的作用是分离出塔气体中含有的雾沫和液滴，以保证传 质效率，减少物料损失，确保气体纯度，改善后续设备的操作条件。质效率，减少物料损失，确保气体纯度，改善后续设备的操作条件。 常用的除沫装置有丝网除沫器、折流板除

30、沫器、旋流板除沫器等。常用的除沫装置有丝网除沫器、折流板除沫器、旋流板除沫器等。 图7-24 小型丝网 除沫器安装形式 图7-25 大型丝网 除沫器安装形式 丝网除沫器丝网除沫器具有比表面积大、重量轻、空隙率大、效具有比表面积大、重量轻、空隙率大、效 率高、压降小和使用方便等特点，从而得到广泛应用。率高、压降小和使用方便等特点，从而得到广泛应用。 丝网除沫器适用于洁净的气体，不宜用于液滴中含有丝网除沫器适用于洁净的气体，不宜用于液滴中含有 易粘结物的场合，以免堵塞网孔。丝网除沫器由丝网、易粘结物的场合，以免堵塞网孔。丝网除沫器由丝网、 格栅、支承结构等构成。丝网可由金属和非金属材料格栅、支承结

31、构等构成。丝网可由金属和非金属材料 制造。常用的金属丝网材料有奥氏体不锈钢、镍、铜、制造。常用的金属丝网材料有奥氏体不锈钢、镍、铜、 铝、钛、银、钼等有色金属及其合金；常用的非金属铝、钛、银、钼等有色金属及其合金；常用的非金属 材料有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、涤材料有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、涤 纶等。丝网材料的选择要由介质的物性和工艺操作条纶等。丝网材料的选择要由介质的物性和工艺操作条 件确定。件确定。 丝网除沫丝网除沫 器器 折流板除沫器折流板除沫器(图图7-26)结构简单，但结构简单，但 消耗金属量大，造价较高。若能增加折消耗金属量大，造价较高。若能增加折 流次数

32、，能有较高的分离效率。除沫器流次数，能有较高的分离效率。除沫器 的折流板常由的折流板常由50503mm的角钢制成。的角钢制成。 折流板除折流板除 沫器沫器 图7-26折流板 除沫器安装形式 旋流板除沫器旋流板除沫器由固定的叶片组成风车由固定的叶片组成风车 状状(图图7-27)。夹带液滴的气体通过叶片时。夹带液滴的气体通过叶片时 产生旋转和离心作用。在离心力作用下，产生旋转和离心作用。在离心力作用下， 将液滴甩至塔壁，从而实现气、液的分将液滴甩至塔壁，从而实现气、液的分 离离,除沫效率可达除沫效率可达95。 旋流板除旋流板除 沫器沫器 图7-27旋流除沫器 三、进出口管装置三、进出口管装置 液体

33、进料管可直接引入加料板。为使液体均匀通过塔板，减少进料波动带来的液体进料管可直接引入加料板。为使液体均匀通过塔板，减少进料波动带来的 影响，通常在加料板上设进口堰，结构如图影响，通常在加料板上设进口堰，结构如图7-28所示。所示。 气体进料管一般做成气体进料管一般做成45的切口，以使气体分布较均匀，见图的切口，以使气体分布较均匀，见图7-29(a)。当塔径。当塔径 较大或对气体分布均匀要求高时，可采用较复杂的图较大或对气体分布均匀要求高时，可采用较复杂的图7-29(b)所示结构。气液混合进所示结构。气液混合进 料时，可采用图料时，可采用图7-30所示结构，以使加料盘间距增大，有利气、液分离，同

34、时保护所示结构，以使加料盘间距增大，有利气、液分离，同时保护 塔壁不受冲击。塔壁不受冲击。 图7-28 液体进料管 图7-29气体进料口图7-30 气液混合进料口 四、板式塔的流体力学特性四、板式塔的流体力学特性 塔的操作能否正常进行，与塔内气液两相的流体力学状况有关。板式塔的流体力学塔的操作能否正常进行，与塔内气液两相的流体力学状况有关。板式塔的流体力学 性能包括：塔板压降、液泛、雾沫夹带、漏液及液面落差等。性能包括：塔板压降、液泛、雾沫夹带、漏液及液面落差等。 （一）塔板上的气液流动状态（一）塔板上的气液流动状态 1气液接触状态气液接触状态 随汽流通过塔板的速度不同，接触状态大致分三种，见

35、表随汽流通过塔板的速度不同，接触状态大致分三种，见表7-4。 2. 不均匀流动不均匀流动 不均匀流动包括气体和液体两相的不均匀流动。对于很大的塔盘来说：不均匀流动包括气体和液体两相的不均匀流动。对于很大的塔盘来说： （1）液膜流过塔盘时很可能造成不均匀流动；）液膜流过塔盘时很可能造成不均匀流动； （2）因盘上液位落差导致气相流动不均匀（可采用出口安定区不开孔方法）。）因盘上液位落差导致气相流动不均匀（可采用出口安定区不开孔方法）。 以上两种情况均可能导致气液接触不充分。以上两种情况均可能导致气液接触不充分。 （二）塔板压降（二）塔板压降 上升的气流通过塔板时需要克服以下几种阻力：塔板本身的干板

36、阻力上升的气流通过塔板时需要克服以下几种阻力：塔板本身的干板阻力 （即板上各部件所造成的局部阻力）、板上充气液层的静压强和液体的（即板上各部件所造成的局部阻力）、板上充气液层的静压强和液体的 表面张力。气体通过塔板时克服这三部分阻力就形成了该板的总压强降。表面张力。气体通过塔板时克服这三部分阻力就形成了该板的总压强降。 P=P干板 干板+P液层静压液层静压+P液层表面张力液层表面张力 (7-1) （三）液泛（三）液泛 若气液两相中之一的流量增大，使降液管内液体不能顺利下流，管内液体必然积累，若气液两相中之一的流量增大，使降液管内液体不能顺利下流，管内液体必然积累， 当管内液体增高到越过溢流堰顶

37、部，于是两板间液体相连，该层塔板产生积液，并依当管内液体增高到越过溢流堰顶部，于是两板间液体相连，该层塔板产生积液，并依 次上升，这种现象称为液泛，亦称淹塔，常见的包括降液管液泛和夹带液泛。次上升，这种现象称为液泛，亦称淹塔，常见的包括降液管液泛和夹带液泛。 液泛产生时，塔板压降急剧上升，全塔操作被完全破坏，所以操作时应避免液泛现象液泛产生时，塔板压降急剧上升，全塔操作被完全破坏，所以操作时应避免液泛现象 的发。的发。 （四）漏液（四）漏液 对板面上方有通气孔的塔板，如筛孔、浮阀等，当上升气速较低时，液体对板面上方有通气孔的塔板，如筛孔、浮阀等，当上升气速较低时，液体 易经孔道流至下一层塔板而

38、造成漏液现象，漏液必然影响气液在塔板上的充易经孔道流至下一层塔板而造成漏液现象，漏液必然影响气液在塔板上的充 分接触，使塔板效率下降，严重的漏液会使塔板不能积液而无法操作。分接触，使塔板效率下降，严重的漏液会使塔板不能积液而无法操作。 为保证塔的正常操作，漏液量应不大于液体流量的为保证塔的正常操作，漏液量应不大于液体流量的10%。 （五）液面落差（五）液面落差 当液体横向流过板面时，为克服板面的摩擦阻力和板上部件（如泡罩、当液体横向流过板面时，为克服板面的摩擦阻力和板上部件（如泡罩、 浮阀）的局部阻力；或当塔径或液体流量很大时，则在板面上容易形成浮阀）的局部阻力；或当塔径或液体流量很大时，则在

39、板面上容易形成 液面落差。液面落差。 液层厚度的不均匀性将引起气流的不均匀分布，从而造成漏液，使塔液层厚度的不均匀性将引起气流的不均匀分布，从而造成漏液，使塔 板效率严重降低。对于大塔径的情况可采用双溢流、阶梯流等溢流型式板效率严重降低。对于大塔径的情况可采用双溢流、阶梯流等溢流型式 来减少液面落差。来减少液面落差。 （六）适宜的气液流量操作范围（六）适宜的气液流量操作范围塔板负荷性能图塔板负荷性能图 1.雾沫夹带线雾沫夹带线 2.液泛线液泛线 3.液相负荷上限线液相负荷上限线 4.漏液线该线即为气相负荷下限线漏液线该线即为气相负荷下限线 5.液相负荷下限线液相负荷下限线 6. 塔板操作弹性塔

40、板操作弹性 0 塔板负荷性能图 液体流量 气 体 流 量 塔板操作弹性 五、塔板效率五、塔板效率 由于塔板上非理想流动的存在，使实际板与理论板存在着差距，以塔由于塔板上非理想流动的存在，使实际板与理论板存在着差距，以塔 板效率来衡量。板效率来衡量。 1.点效率点效率指局部效率（图指局部效率（图7-32） L y xn-1 yn+1 xn Y n 图7-32 塔板点效率 气相点效率，气相点效率，%； 液相点效率，液相点效率，%； Y 指离开某点之气相组成，摩尔分率；指离开某点之气相组成，摩尔分率； y*与某点液相组成与某点液相组成x成平衡之气相组成，摩尔分率；成平衡之气相组成，摩尔分率； x指离

41、开某点之液相组成，摩尔分率；指离开某点之液相组成，摩尔分率； x*与某点汽相组成与某点汽相组成y成平衡之液相组成，摩尔分率；成平衡之液相组成，摩尔分率； oV E oL E oV E 式中，式中，气相单板效率，气相单板效率，%； 液相单板效率，液相单板效率，%； 2.2.单板效率（图单板效率（图7-337-33） 1 * 1 nn mV nn yy E yy + + - = - 实际塔板的汽相增浓值 理论塔板的汽相增浓值 1 * 1 nn mL n n xx E xx - - - = - 实际塔板的液相增浓值 理论塔板的液相增浓值 式中，式中， 气相单板效率，气相单板效率，%； 液相单板效率，

42、液相单板效率，%； mV E mL E 图7-33 塔板单板效率 1n y + n x 1nx- n y 3.全塔效率全塔效率常用的度量板式塔分离性能的综合指标常用的度量板式塔分离性能的综合指标 1 * 1 nn mL n n xx E xx 实际塔板的液相增浓值 理论塔板的液相增浓值 0 100% T P N E N = 理论板数 实际板数 全塔效率，全塔效率，%； 理论板数；理论板数； 实际板数。实际板数。 对双组分溶液对双组分溶液: 0 E T N P N 0 0.50.7E = 六、板式塔的操作及维护六、板式塔的操作及维护 1.板式塔设备开车前准备板式塔设备开车前准备 一般塔设备在检修

43、完毕或重新开车前应做好以下几项工作：一般塔设备在检修完毕或重新开车前应做好以下几项工作： (1)认真检查水、电、汽是否能够保证正常生产需要。认真检查水、电、汽是否能够保证正常生产需要。 (2)各种物料输送装置如泵、压缩机等设备是否能正常运转。各种物料输送装置如泵、压缩机等设备是否能正常运转。 (3)设备、仪表、防火安全设施是否齐全完备，有计算机自控装置应试调系统。设备、仪表、防火安全设施是否齐全完备，有计算机自控装置应试调系统。 (4)所有阀门要处于正常运行的开、闭状态，并保证不能有渗漏、逃汽跑液现象。所有阀门要处于正常运行的开、闭状态，并保证不能有渗漏、逃汽跑液现象。 (5)各冷凝、冷却器事

44、先要试验是否渗漏，安排先后送水预冷，整个塔设备要先送各冷凝、冷却器事先要试验是否渗漏，安排先后送水预冷，整个塔设备要先送 蒸气温塔。蒸气温塔。 (6)疏通前后工段联系，掌握进料浓度和贮罐槽液量，通知化验室作取样分析准备疏通前后工段联系，掌握进料浓度和贮罐槽液量，通知化验室作取样分析准备 工作。工作。 2.典型板式塔设备的操作要求典型板式塔设备的操作要求 由于板式塔设备在化工生产中的应用非常广泛，无法一一说明其操作过程，这里仅由于板式塔设备在化工生产中的应用非常广泛，无法一一说明其操作过程，这里仅 以石油炼制中常见的常减压蒸馏装置的精馏塔为例介绍其操作规程。以石油炼制中常见的常减压蒸馏装置的精馏

45、塔为例介绍其操作规程。 检查精馏塔系统阀门关检查精馏塔系统阀门关/开是否正确，蒸馏开始前，开启冷却水循环系统，并打开是否正确，蒸馏开始前，开启冷却水循环系统，并打 开泄压阀，然后打开冷凝器冷却水阀门，将水压调整到开泄压阀，然后打开冷凝器冷却水阀门，将水压调整到0.15MPa，关闭进料转子流，关闭进料转子流 量计阀门。量计阀门。 开启精馏塔系统真空，真空度按具体工艺要求选择，如蒸馏物料挥发性较强，开开启精馏塔系统真空，真空度按具体工艺要求选择，如蒸馏物料挥发性较强，开 启盐水机组，启用冷凝系统，捕集物料。启盐水机组，启用冷凝系统，捕集物料。 启动磁力泵，将蒸馏物料送入计量罐内，再输送至高位槽。启

46、动磁力泵，将蒸馏物料送入计量罐内，再输送至高位槽。 打开预热蒸汽阀，打开塔釜蒸汽阀，并将蒸汽压力控制在需要的范围之内，保持打开预热蒸汽阀，打开塔釜蒸汽阀，并将蒸汽压力控制在需要的范围之内，保持 设定温度。设定温度。 检查塔体、塔釜、残液槽之间连接管道的阀门开启是否正确。检查塔体、塔釜、残液槽之间连接管道的阀门开启是否正确。 选择合适的进塔料口，打开转子流量计，流量根据具体情况加以调整。选择合适的进塔料口，打开转子流量计，流量根据具体情况加以调整。 整个蒸馏过程必须监控真空度、蒸汽压力、流量、物料输送以及出料情况。整个蒸馏过程必须监控真空度、蒸汽压力、流量、物料输送以及出料情况。 蒸馏完毕，排渣

47、，清洗系统。蒸馏完毕，排渣，清洗系统。 3.板式塔设备的停车板式塔设备的停车 通常每年要定期停车检修，将塔设备打开，检修其内部部件。注意在拆卸塔板时，通常每年要定期停车检修，将塔设备打开，检修其内部部件。注意在拆卸塔板时， 每层塔板要作出标记，以便重新装配时出现差错。此外，在停车检查前预先准备好每层塔板要作出标记，以便重新装配时出现差错。此外，在停车检查前预先准备好 备件，如密封件、连接件等，以更换或补充。停车检查项目如下：备件，如密封件、连接件等，以更换或补充。停车检查项目如下： 取出塔板或填料，检查、清洗污垢或杂质；取出塔板或填料，检查、清洗污垢或杂质； 检测塔壁厚度，做出减薄预测曲线，评

48、价腐蚀情况，判断塔设备使用寿命；检查检测塔壁厚度，做出减薄预测曲线，评价腐蚀情况，判断塔设备使用寿命；检查 塔体有无渗漏现象，做出渗漏出的修理安排；塔体有无渗漏现象，做出渗漏出的修理安排； 检查塔板或填料的磨损破坏情况；检查塔板或填料的磨损破坏情况； 检查液面计、压力表、安全阀是否发生堵塞和在规定压力下动作，必要时重新调检查液面计、压力表、安全阀是否发生堵塞和在规定压力下动作，必要时重新调 整和校正；整和校正； 如果在运行中发现有异常振动，停车检查时要查明原因。如果在运行中发现有异常振动，停车检查时要查明原因。 七、塔设备常见机械故障及排除方法七、塔设备常见机械故障及排除方法 1.塔设备的振动

49、塔设备的振动-原因原因:脉动风力是塔设备产生振动的主要原因脉动风力是塔设备产生振动的主要原因 。 采取措施采取措施: (1)提高塔体的固有频率提高塔体的固有频率 (2)增加塔体的阻尼，抑制塔的振动。增加塔体的阻尼，抑制塔的振动。 (3)采用扰流装置。采用扰流装置。 2.塔设备的腐蚀塔设备的腐蚀原因：各种酸、碱、盐、有机溶剂及腐蚀性气体等介质原因：各种酸、碱、盐、有机溶剂及腐蚀性气体等介质 的腐蚀的腐蚀 采取措施采取措施: (1)正确选材正确选材 (2)采用覆盖层采用覆盖层 (3)采用电化学保护采用电化学保护 (4)设计合理的结构设计合理的结构 (5)添加缓蚀剂添加缓蚀剂 3.其他常见机械故障其

50、他常见机械故障 采取措施：采取措施：(1)介质泄漏介质泄漏 (2)壳体减薄与局部变形壳体减薄与局部变形 (3)工作表面积垢工作表面积垢 填料塔最初出现在十九世纪中叶，在填料塔最初出现在十九世纪中叶，在1881年用年用 于精馏操作。填料塔在传质形式上与板式塔不于精馏操作。填料塔在传质形式上与板式塔不 同。填料塔是一种连续式气液传质设备，主要同。填料塔是一种连续式气液传质设备，主要 应用于吸收与解吸、气体增湿减湿、蒸馏和填应用于吸收与解吸、气体增湿减湿、蒸馏和填 料反应塔等化工生产过程。填料塔由外壳、填料反应塔等化工生产过程。填料塔由外壳、填 料、填料支承、液体分布器、中间支承和再分料、填料支承、

51、液体分布器、中间支承和再分 布器、气体和液体进出口接管等部件组成，如布器、气体和液体进出口接管等部件组成，如 图图7-34，塔外壳多采用金属材料，也可用塑料，塔外壳多采用金属材料，也可用塑料 制造。塔体横截面有圆形，矩形及多边形等，制造。塔体横截面有圆形，矩形及多边形等， 但绝大部分是圆形。塔壳材料可以是碳钢，不但绝大部分是圆形。塔壳材料可以是碳钢，不 锈钢，聚氯乙烯，玻璃钢和砖等。塔内放置着锈钢，聚氯乙烯，玻璃钢和砖等。塔内放置着 填料（填料（packings）。填料种类很多。用于制造）。填料种类很多。用于制造 填料的材料有碳钢、不锈钢、陶瓷、聚丙烯、填料的材料有碳钢、不锈钢、陶瓷、聚丙烯、

52、 增强聚丙烯等。由于填料与塔体取材面广，故增强聚丙烯等。由于填料与塔体取材面广，故 易于解决物料腐蚀问题。易于解决物料腐蚀问题。图7-34 填料塔 一、填料一、填料 1.填料的类型和性能填料的类型和性能 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。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：拉西环填料鲍尔环填料阶梯环填料弧鞍填料矩鞍填料）散装填料：拉西环填料鲍尔环填料阶梯环填料弧鞍填料矩鞍填料 金属环矩鞍填料金属环矩鞍填料 球形填料球形填料 (a) 拉西环 (b)鲍尔环 (c)阶梯环 图7-35 环形填料结构示意图 图7-37 金属矩鞍填料

53、结构示意图 (a) 矩鞍形 (b)弧鞍形 图7-36鞍形填料结构示意图 (a)多面球形填料形 (b) TRI球形填料 图7-38球形填料结构示意图 （2）规整填料：格栅填料波纹填料脉冲填料）规整填料：格栅填料波纹填料脉冲填料 (a)板波纹填料 (b)网波纹填料 图7-39 规整填料结构示意 2.填料的特性参数填料的特性参数 填料特性有下列几方面：填料特性有下列几方面： （1）比表面积）比表面积a （2）空隙率）空隙率 （3）塔内单位体积具有的填料个数）塔内单位体积具有的填料个数 二、填料塔的附属设备二、填料塔的附属设备 1.液体喷淋装置液体喷淋装置 （1）环管多孔喷淋器）环管多孔喷淋器 （2）

54、排管式喷淋器）排管式喷淋器 （3）喷头式喷淋器）喷头式喷淋器 （4）槽式喷淋器）槽式喷淋器 （5）挡板式喷淋器）挡板式喷淋器 （6）溢流型盘式喷淋器）溢流型盘式喷淋器 （7） 冲击形喷淋器冲击形喷淋器 (a) 多孔环管式(b) 压力型排管式(c) 重力型排管式 图7-40 液体喷淋装置结构形式 (f)挡板式喷淋装置 (d) 二级槽式液体分布器 (e) 单级槽式液体分布 液体喷淋装液体喷淋装 置置 图7-41溢流型盘式喷淋器图7-42盘式喷淋器圆形升气管图7-43盘式喷淋器矩形升气管 液体喷淋装液体喷淋装 置置 (a)反射板式 (b) 宝塔式 图7-44 冲击形喷淋器 液体喷淋装液体喷淋装 置置

55、 2. 液体收集及再分布装置液体收集及再分布装置 (1)百叶窗式液体收集器百叶窗式液体收集器(2)多孔盘式液体再分布器多孔盘式液体再分布器 (3) 截锥式液体再分布器截锥式液体再分布器 图7-45百叶窗式液体收集器 图7-46多孔盘式液体再分布器 (c)带孔分配锥 (a)分配锥 (b)槽形分配锥 图7-47液体再分布装置 图7-48改进的分配锥 3. 填料支承压紧装置填料支承压紧装置 (1)填料支承装置：填料支承装置： 栅格板栅格板 格栅板格栅板 波形板支承装置波形板支承装置 图7-49 栅格形支承装置图7-51 波形板支承装置图7-50 格栅板支承装置 (2)填料限定装置填料限定装置 (a)

56、 栅条形压板 (b) 丝网压板 图7-52 填料限定装置 4除沫装置除沫装置 气体从塔顶流出时，总会带少量液滴出塔。为使气体夹带的液滴能重气体从塔顶流出时，总会带少量液滴出塔。为使气体夹带的液滴能重 新返回塔内，一般在塔内液体喷淋装置上方装置除沫器。常用的除沫器新返回塔内，一般在塔内液体喷淋装置上方装置除沫器。常用的除沫器 有折流板式与填料层式（参见板式塔除沫装置）。有折流板式与填料层式（参见板式塔除沫装置）。 对于折流板式除沫器，气体流过曲折通道时，气流中夹带的液滴因惯性对于折流板式除沫器，气体流过曲折通道时，气流中夹带的液滴因惯性 附于折流板壁，然后流回塔内。附于折流板壁，然后流回塔内。

57、对于填料层式除沫器，当气流通过填料层时，气流中夹带的液滴附于填对于填料层式除沫器，当气流通过填料层时，气流中夹带的液滴附于填 料表面流回塔内。过去曾用拉西环除沫，但其阻力大，效果不理想，现料表面流回塔内。过去曾用拉西环除沫，但其阻力大，效果不理想，现 在一般采用金属丝网或尼龙丝网填料层，填料层高（在一般采用金属丝网或尼龙丝网填料层，填料层高（0.10.15）m，压，压 降小于降小于25mmH2O，可除去大于，可除去大于5m的液滴，效率达的液滴，效率达(9899)%。 三、三、 填料塔塔设备的操作与维护填料塔塔设备的操作与维护 1. 填料的安装填料的安装 （1）填料安装前的处理）填料安装前的处理 （2）散装填料的安装）散装填料的安装 （3）规整填料的安装）规整填料的安装 2.填料塔的操作填料塔的操作 填料塔操作与板式塔大体相同填料塔操作与板式塔大体相同 3.填料塔的日常检查填料塔的日常检查 操作工对填料塔进行的日常检查应该包括：操作工对填料塔进行的日常检查应该包括： （1）定期检查、清理，更换莲蓬头或溢流管，保持不堵塞、不破损、不偏斜，使喷淋装置能把液）定期检查、清理，更换莲蓬