化工塔设备的分类和结构

甲醇生产技术

电子书小商店

10

化工塔设备的分类和结构

一、塔设备的分类

1、按操作压力分类

1）加压塔；

2）减压塔；

3）常压塔。

2、按化工单元操作分类

1）精馏塔；

2）吸收塔和解吸塔；

3）萃取塔；

4）反应塔；

5）再生塔；        

6）干燥塔。

3、按气液接触的基本构件分类

1）填料塔；

2）板式塔

二、塔设备的结构

1、塔设备的基本部件

填料塔和板式塔结构见图1。从图中可看出，两种不同的塔结构，均包括一些基本部件，如塔体、支座及塔体附件。而其不同的内件结构则在介绍两种塔型时分别介绍。

图1填料塔结构图

1—支座；2—液体出口；3—填料支承；4—卸料孔；5—塔体；6—填料；7—液体再分布器；8—喷淋装置

1）塔体

塔体是塔设备的主要部件，大多数塔体是等直径、等壁厚的圆筒体，顶盖以椭圆形封头为多。但随着装置的大型化，不等直径、不等壁厚的塔体已逐渐增多。塔体除满足工艺条件对它提出的强度、刚度要求外，还应考虑风力、地震、偏心载荷所带来的影响，以及吊装、运输、检验、开停工等情况。

塔体材质常采用的有：铸铁、碳素钢、低合金钢、不锈耐酸钢（复层、衬里）等。

2）塔体支座

塔设备常采用裙式支座。它应当具有足够的强度和刚度，来承受塔体操作重量、风力、地震等引起的载荷。

塔体支座的材质常采用碳素钢，也有采用铸铁的。

3）塔体附件

① 接管；

② 人孔和手孔；

③ 吊耳；

④ 吊柱；

⑤ 平台和爬梯。

2、填料塔

图2板式塔总体结构图

1—裙座；2—裙座人孔；3—塔底液体出口；4—裙座气孔；5—塔体；6—人孔；7—蒸汽入口；8—塔板；9—回流入口；10—吊柱；11—塔顶蒸汽出口；12—进料口

填料塔是化学工业中最常用的气液传质设备之一，在塔内设置填料使气液两相能够达到良好传质所需的接触面积。填料塔具有结构简单，便于用耐腐蚀材料制造，适应性较好。

填料塔广泛的应用在蒸馏、吸收和解吸操作，而在大型装置中，填料塔的使用范围正在扩大。六十年代后期，直径超过3米的填料塔已十分普遍。目前，填料塔不仅可以大型化，而且在某些方面超过了板式塔的规模。所以，近代化学、石油工业中，填料塔的地位变得日益重要。近来，由于塔内采用接触面积较大的矩鞍型或聚丙烯鲍尔环填料，经实践证明，已克服大型填料塔的不足，显示出效率高，处理量大，压力降小等优点。

1）填料

ⅰ、填料的选择

填料塔操作的好坏与选用填料的正确与否有很大关系。选择填料的原则如下：单位体积填料的表面积要大；使气液相接触的自由体积要大；对气相阻力要小，即空隙截面积大；重量要轻；机械强度要高；耐介质腐蚀，经久耐用；价格低廉。填料的选择，应根据操作压力和介质来选择填料的材质，根据操作工艺要求，选择填料的型式，根据填料塔径选择填料尺寸。

ⅱ、填料的分类

工业用填料大致分为实体填料和网体填料两大类。

ⅲ、填料材质

选择填料要根据被处理物料的腐蚀性及操作压力，确定使用填料的材质。

ⅳ、填料尺寸选择

填料尺寸选定与塔径尺寸有关，一般要求塔径与填料直径之比不能太小，否则，填料与塔壁的间隙过大，易使液体沿塔壁空隙流下，使截面上液体分布不均。

ⅴ、常用填料的特性

① 拉西环

拉西环使用历史悠久，各种参数比较完整；设计与操作经验丰富，外形简单、制造方便；取材容易、造价低廉，适用于非金属耐腐蚀材料制造等优点。但拉西环由于表面积利用率低，因而使塔的生产能力降低，阻力较大，加上自身的形状决定了它沟流和壁流严重，使气液分布不均匀，气—液接触不良。

② 鲍尔环

鲍尔环除钢制外，还有用陶瓷和塑料制成的。具有如下优点：

对于同样的空隙率而言，阻力比拉西环小，因而可提高气速，生产能力可以提高。

由于小窗叶片向环中心弯，液体分布较为均匀，所以沟流和壁流情况比拉西环好。

开小窗后表面积比拉西环要大，且环内表面得以充分利用，以进行气液传质，而拉西环内表面利用率较低。

操作弹性范围大。

在一般情况下，当同样压降时，处理量比拉西环大50％以上；在同样处理量时，压降可降低，传质效率能提高20％左右。

③ 鞍形填料

鞍形填料又分弧鞍形和矩鞍形两种。此种填料常用于吸收操作，处理腐蚀性介质较为适宜，且成本低。近来，又对矩鞍形填料予以改进。它是目前瓷制填料中处理量大，效率较高的一种。

2）塔设备喷淋装置

在塔顶部装设喷淋装置，可使塔顶引入的液体能沿塔截面均匀分布进入填料层，避免部分填料得不到湿润，降低填料层的有效利用率，影响传质效果。喷淋装置的类型很多，常用的有管式（莲蓬头式）、盘式、溢流式（槽式）、反射板式、冲击式、宝塔式、离心式等。

① 管式喷淋器

小直径的填料塔（300mm以下）可以采用管式喷淋器，如图3（a）、（b）所

示。直径小于600mm的塔可采用多孔直管式如图1-4（c）。该结构的优点是结构简单，缺点是喷淋面积小而且不均匀。

图3管式喷淋器

（a）直管；（b）弯管；（c）多孔直管式

对于直径稍大的填料塔（1200mm以下），可以采用多孔环管喷淋器，如图4所示。环状管的下面开有小孔，小孔直径为4~8mm，共有3~5排，小孔面积总和约与管截面积相等，环管中心圆直径D₁一般为塔径D_g的60～80％。这种喷淋器优点是结构简单，制造及安装方便，但缺点是喷淋面积小，不够均匀，而且液体要清洁，否则小孔易堵塞。

② 莲蓬头式喷淋器

这种结构是应用最普遍的一种喷淋装置，结构简单，喷淋较均匀，如图5所示。莲蓬头可以作成半球形、碟形或杯形，它悬于填料上方中央处，液体经小孔分股喷出，莲蓬头直径一般为塔径的20～30％，小孔直径为3～15mm，它的安装位置离填料表面的距离一般约为(0.5～1)Dg，此种结构的缺点是容易堵塞，液体分布情况与压头有关，所以适用于料液清洁且料液压头不变或变化不大的情况，一般用于直径600mm以下的塔设备。

③ 溢流型喷淋器

盘式分布器是常用的一种溢流型喷淋装置，液体经过进液管加到喷淋盘内，然后从喷淋盘内的降液管溢流，喷淋到填料上。中央进料的盘式分布器如图6所示。降液管一般按等边三角形排列，焊接在喷淋盘的分布板上。

图4环管多孔喷淋器

图5莲蓬

头式喷淋器

图6盘式分布器

④ 冲击型喷淋器

反射板式喷洒器为冲击型的一种，利用液流冲击反射板（可以是平板、凸板或锥形板）以飞溅分布液体。最简单的结构为平板，液体循中心管流下，冲击后分成液滴并向各方飞溅。

3）液体再分布装置

由于工艺条件的要求，需要的填料层总高度较大，当喷淋液体喷到填料表面后，液体有流向塔壁造成“壁流”的倾向，称为“干锥体”现象，使液体分布不均，降低了填料塔的效率。为避免产生“干锥体”现象，必须在塔结构上采取措施，即沿填料层每隔一段距离，装设液体再分布器，使其在整个高度的填料层内部都得到喷淋液的均匀分布。分配锥是最简单的一种结构，如图7所示。（b）图为具有通孔的分配锥，适用塔径在600~800mm的塔，α为35º～45º，D₁＝（0.7～0.8）D_g。图8所示为槽形液体再分配器，器上的通孔是增加气体通过的截面积，使气体通过再分配器时，速度变化不大，该分布器适用塔径600mm以上的塔。

                         

图7分配锥

                          

图8槽形再分配器

4）填料的支承结构

填料的支承结构不但要有足够的强度和刚度，而且须有足够的自由截面积，否则会增大塔的压力降，使在支承处不致首先发生液泛。

在工业填料塔中，最常用的填料支承是栅板，它是用竖扁钢制成，其结构见图9。

5）除沫器

除沫器是用来捕集夹带在气相中液滴的装置，装在塔内顶部，它能起到保证传质效率，降低物料损失，改善塔后压缩机或真空泵的操作状况以及减少对环境污染的作用。

图9填料支承结构

图10小型除沫器

常见的除沫器有折板除沫器、填料除沫器及丝网除沫器，其中丝网除沫器采用最多，它适用于分离5微米的液滴，其除沫率可达99%。丝网由一定规格编织成的丝网带卷制成盘状物，再用支承板加以固定，丝网带可用金属或非金属材料制成，丝网支承栅板的自由截面积应大于90%。适用于洁净气体。若在气液中含有粘结物时，则易堵塞网孔，影响塔的正常操作。

图10是一种小型除沫器，该结构适用于除沫器直径与塔径相近的情况。若塔体直径大于1000mm以上时，将采取分块结构型式，便于丝网的安装与检修。

三、板式塔

板式塔因空塔速度比填料塔高，所以生产强度比填料塔大。板式塔的塔板结构有多种，它是决定塔特性的主要因素。

1、塔板的主要部件

塔板的主要部件有：

1）降液管

降液管的作用是使液体由上一层塔板流到下一层塔板。

2）出口堰

出口堰具有维持板上液层高度及使液流均匀的作用。

3）入口堰

其作用是使上一层板流入的液体能在板上均匀分布，并减少进入处液体水平冲出。

降液管与下层塔板至入口堰处称为受液盘，这种结构便于液体的侧线抽出。在低液流量时，仍能造成正液封，具有改变液体流向的缓冲作用。

4）塔板

塔板有整块式或分块式两种。

① 整块式塔板

  此种塔板一般用于塔径小于800mm，人不便进入安装和检修的塔内。塔体由若干塔节组成，塔节与塔节之间用法兰连接。塔板与塔板之间用管子支承。塔板与塔壁间隙用填料来密封。

② 分块式塔板

分块式塔板用于塔径在900mm以上，人可以进入的塔内。塔体为一焊制整体圆筒，不分塔节，而塔板是分成数块，通过人孔送入塔内，装到焊在塔内壁的塔板固定件上。

为了进行塔内清洗和检修，在塔板中央设置一块内部通道板，通道板应为上、下均可拆的。

塔板上的鼓泡构件型式很多，常用鼓泡构件为泡罩、浮阀等。下节分别叙述。

③ 泡罩塔板

泡罩塔板所用的泡罩有圆形和条形两类，其主要特点是鼓泡元件各具有升气管。上升气体经升气管由泡罩齿缝吹入液层，两相接触密切，加之板上液层较高，两相接触时间较长，分离效果较好。但由于气体通过泡罩的路线曲折及液层较高，导致压降及雾沫夹带增高等缺点。同时，由于塔板上液面梯度较大，气相分布不均，影响传质效率，这也是泡罩结构所造成的。

5）浮阀塔板及特点

① 生产能力大，比泡罩塔板约提高20～40％，与筛板塔相近。

② 操作弹性大，在较宽的气速变化范围内，板效率变化较小，其弹性范围（即最大负荷与最小负荷之比）为7～9。

③ 由于气－液接触状态良好，以及气体为水平方向吹出，雾沫夹带量小，因此塔板效率高，比泡罩塔效率可提高15％左右。

④ 液面梯度小，蒸汽分配比较均匀，塔板压降比泡罩塔小。

⑤ 塔板结构简单，安装容易。

浮阀塔板结构与泡罩塔板类同。操作时气流自下而上吹起浮阀，从浮阀周边水平方向吹入塔板上液层，进行两相接触。液体则由上一层塔板的降液管流入，经进口堰均布，再横向流过塔板与气相接触传质后，再经溢流堰进入降液管，流入下一层塔板。

欢迎加入化工设备圈