塔盤特點(diǎn)介紹_11-1

1、第十一章 氣液傳質(zhì)設(shè)備Chapter 11 Mass Transfer Equipments概述（Introduction） 氣液傳質(zhì)設(shè)備功能：形成氣液兩相充分接觸的相界面，使質(zhì)、熱的傳遞快速有效地進(jìn)行。設(shè)備分類：連續(xù)接觸式（微分接觸式）填料塔逐級(jí)接觸式板式塔填料塔圓柱形殼體內(nèi)裝填一定高度的填料，液體經(jīng)塔頂噴淋裝置均勻分布于填料層頂部上，依靠重力作用沿填料表面自上而下流經(jīng)填料層后自塔底排出；氣體在壓強(qiáng)差推動(dòng)下穿過填料層的空隙，由塔的一端流向另一端。氣液在填料表面接觸進(jìn)行質(zhì)、熱交換，兩相的組成沿塔高連續(xù)變化。 溶劑填料塔氣體散裝填料塑料鮑爾環(huán)填料規(guī)整填料 塑料絲網(wǎng)波紋填料 板式塔在圓柱形殼體內(nèi)按

2、一定間距水平設(shè)置若干層塔板，液體靠重力作用自上而下流經(jīng)各層板后從塔底排出，各層塔板上保持有一定厚度的流動(dòng)液層；氣體則在壓強(qiáng)差的推動(dòng)下，自塔底向上依次穿過各塔板上的液層上升至塔頂排出。氣、液在塔內(nèi)逐板接觸進(jìn)行質(zhì)、熱交換，兩相組成沿塔高呈階躍式變化。板式塔溶劑氣體DJ 塔盤 新型塔板、填料填料塔和板式塔的主要對(duì)比板式塔填料塔壓降較大小尺寸填料較大；大尺寸填料及規(guī)整填料較小空塔氣速較大小尺寸填料較??；大尺寸填料及規(guī)整填料較大塔效率較穩(wěn)定，效率較高傳統(tǒng)填料低；新型亂堆及規(guī)整填料高持液量較大較小液氣比適應(yīng)范圍較大對(duì)液量有一定要求安裝檢修較易較難材質(zhì)常用金屬材料金屬及非金屬材料均可造價(jià)大直徑時(shí)較低新型填料

3、投資較大填料塔和板式塔都可用于吸收或蒸餾，不同場合使用不同傳質(zhì)設(shè)備。塔型選擇塔徑在0.60.7米以上的塔，一般優(yōu)先選用板式塔。隨著低壓降高效率輕材質(zhì)填料的不斷開發(fā)，許多大塔也開始采用新型填料作為傳質(zhì)構(gòu)件。選擇塔型或進(jìn)行塔設(shè)備評(píng)價(jià)，主要考慮以下幾個(gè)方面的基本性能：（1） 生產(chǎn)能力：單位時(shí)間處理量；（2） 分離效率：每層塔板或單位高度填料層所達(dá)到的分離程度；（3） 操作彈性：通常以最大氣體負(fù)荷與最小氣體負(fù)荷之比表示；（4） 壓強(qiáng)降：氣相通過每層塔板或單位高度填料的壓強(qiáng)降；（5） 結(jié)構(gòu)繁簡及制造成本。板式塔 Plate (tray) tower 塔板類型 塔板是板式塔的基本構(gòu)件，對(duì)塔的基本性能有著決

4、定性作用。液相降液管堰氣相溢流塔板：塔板間有專供液體溢流的降液管，橫向流過塔板的流體與由下而上穿過塔板的氣體呈錯(cuò)流流動(dòng)。溢流式塔板結(jié)構(gòu)形式分為：泡罩塔板、篩孔塔板、浮閥塔板、網(wǎng)孔塔板、舌形塔板等。塔板類型 穿流式塔板：塔板間沒有降液管，氣、液兩相同時(shí)由塔板上的孔道或縫隙逆向穿流而過，板上液層高度靠氣體速度維持。這種塔板結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)能力較大，但板效率及操作彈性不及溢流塔板。穿流式塔板常見的板型有篩孔式、柵板式、波紋板式等。液相氣相泡罩塔板（ Bubble-cap Tray ）泡罩塔板1813年在工業(yè)上應(yīng)用，其主要元件由升氣管和泡罩構(gòu)成，泡罩安裝在升氣管頂部，泡罩底緣開有若干齒縫，升氣管頂部應(yīng)高

5、于泡罩齒縫的上沿，以防止液體從中漏下。液體橫向通過塔板經(jīng)溢流堰流入降液管。氣體則沿升氣管上升折流經(jīng)泡罩齒縫分散進(jìn)入液層，形成兩相混合的鼓泡區(qū)。由于有升氣管，泡罩塔板即使在低氣速下操作也不致產(chǎn)生嚴(yán)重的漏液。泡罩塔板操作穩(wěn)定，彈性大，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高，塔板壓降大，生產(chǎn)強(qiáng)度低，近幾十年逐漸被篩孔塔板、浮閥塔板等所取代。 篩孔塔板（ Sieve Tray ）篩孔塔板：是結(jié)構(gòu)最簡單的一種板型。對(duì)篩孔塔板的研究，較好地解決了有關(guān)篩板效率，流體力學(xué)性能以及塔板漏液等問題，獲得了成熟的使用經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)方法，使之逐漸成為應(yīng)用最廣的塔板類型之一。 浮閥塔板（ Valve Tray）浮閥塔板是在泡罩塔板和篩孔塔

6、板基礎(chǔ)上開發(fā)的板型。在塔板上按一定的排列開若干孔，孔的上方安置可以在孔軸線方向上下浮動(dòng)的閥片。閥片可隨上升氣量的變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)開啟度。在低氣量時(shí)，開度?。粴饬看髸r(shí)，閥片自動(dòng)上升，開度增大。浮閥塔具有結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)能力和操作彈性大，板效率高的優(yōu)點(diǎn)，是一種綜合性能較優(yōu)異的板型。 浮閥塔板（ Valve Tray）F1型浮閥：閥片帶有三條腿，插入閥孔后將各腿底腳外翻 90，用以限制操作時(shí)閥片在板上升起的最大高度；閥片周邊有三塊略向下彎的定距片，以保證閥片的最小開啟高度。F1型浮閥分輕閥和重閥。輕閥塔板漏液稍嚴(yán)重，除真空操作時(shí)選用外，一般均采用重閥。 JCV浮閥塔板（雙流噴射浮閥塔板 Jet Co-f

7、low Valve Tray）JCV浮閥塔板：閥籠與塔板固定，閥片在閥籠內(nèi)上下浮動(dòng)。它的一部分為鼓泡、另一部分為噴射湍動(dòng)傳質(zhì)，使分離效率和生產(chǎn)能力大大提高。JCV浮閥塔板具有結(jié)構(gòu)簡單、閥片開啟靈活、高效、高通量、壽命長、耐堵塞的特點(diǎn)。JCV浮閥 （改進(jìn)型雙流噴射浮閥）普通型JCV浮閥與塔板固定方法JCV浮閥塔板（雙流噴射浮閥塔板 Jet Co-flow Valve Tray）低負(fù)荷下閥片工作狀態(tài)JCV浮閥塔板效率曲線中負(fù)荷下閥片工作狀態(tài)高負(fù)荷下閥片工作狀態(tài)JCV浮閥閥片JCV浮閥塔板（雙流噴射浮閥塔板 Jet Co-flow Valve Tray）2400 JCV浮閥塔板1800 JCV浮閥塔

8、板JCPT塔板（并流噴射填料塔板 Jet Co-flow Packing Tray）在塔板上開設(shè)升氣孔，在升氣孔的上方安放傳質(zhì)單元體，氣體從塔板下方以一定的氣速通過升氣孔，塔板上的液體通過提液管被氣體提升，氣液并流通過提液管，然后氣液并流進(jìn)入填料中強(qiáng)化傳質(zhì)，并完成氣液分離。氣體靠壓差繼續(xù)上升，液體回落到塔板上，沿流道進(jìn)入降液管。JCPT塔板：填料與塔板復(fù)合體，靠填料實(shí)現(xiàn)傳質(zhì)，靠塔板實(shí)現(xiàn)多級(jí)并流。JCPT塔板的特點(diǎn) (1) 通量大，較浮閥塔板通量大50%100%以上。JCPT塔板上氣液混合物并流通過提液管，從上部填料層流出，氣液分離性能好，充分利用了塔板間空間，即使空塔氣速大，其霧沫夾帶量也較小

9、；其次，塔板開孔較大(圓形孔約為100mm；方形孔約為70mmX80mm)，開孔率較高，一般為820%，即使空塔氣速大，其板壓降也較低；塔板上液體基本為清液，降液管不易液泛。 (2) 效率高。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，JCPT塔板分離效率較浮閥塔板提高了10%以上；與新型垂直篩板塔相比，其效率比新型垂直篩板(New VST)高5%以上。其原因是提液管內(nèi)液氣比大，氣液碰撞混合作用激烈，填料提供了大的氣液接觸面積以及液流的再循環(huán)。 (3) 板壓降低。與鼓泡型塔板相比，這種新型塔板具有較大的開孔與開孔率，氣體處理量相同時(shí)，其干板壓降小；同時(shí)，氣體不穿過液層，只是把液體向上吹成液滴并通過填料層，所以濕板壓降也不高

10、。對(duì)比實(shí)驗(yàn)表明JCPT塔板的板壓降較新型垂直篩板低8%，較浮閥塔板低30%。 (4) 操作彈性大，約為4。該塔板的操作范圍主要受氣速影響，受塔板液層高度的影響較小。在較高氣速下操作時(shí)，其霧沫夾帶量小、板壓降也不高，而且漏液時(shí)的氣速較低，所以在較大的氣速范圍內(nèi)能維持穩(wěn)定的高效率。 (5) 耐堵塞。由于這種新型塔板具有較大的開孔與開孔率，氣液在提液管內(nèi)高速并流，因此具有很高的抗堵塞性。對(duì)于結(jié)焦、聚合、含固體顆粒的物系，塔板傳質(zhì)單元頂部的填料將采用大波紋填料、折板、大篩孔等結(jié)構(gòu)取代，使塔板具有更好的耐堵塞性。 (6) 經(jīng)濟(jì)性。由于JCPT塔板具有高效和高通量的特點(diǎn)，將其用于新設(shè)計(jì)可大幅度縮小塔徑，節(jié)

11、省設(shè)備投資；用于老塔改造原降液管、塔圈可保持不變，只需更換塔板，可節(jié)約投資，縮短改造施工周期，節(jié)省施工費(fèi)用。JCPT塔板（并流噴射填料塔板 Jet Co-flow Packing Tray）不同結(jié)構(gòu)型式的JCPT塔板舌形塔板一種斜噴射型塔板：結(jié)構(gòu)簡單，只需在塔板上沖出若干按一定排列的舌形孔即可，舌片向上張角 以20左右為宜。20=o50R25氣相氣流沿舌片噴出并帶動(dòng)液體在同方向上流動(dòng)。由于氣液并流，氣體推動(dòng)液體前進(jìn)，避免了返混和液面落差，塔板上液層較低，塔板壓降較小。舌形塔板因氣流方向近于水平。相同的液氣比下，舌形塔板的液沫夾帶量較小，故可達(dá)較高的生產(chǎn)能力。因其張角固定，在氣量較小時(shí)，經(jīng)舌孔噴

12、射的氣速低，塔板漏液嚴(yán)重，操作彈性小。在舌形塔板上發(fā)展的斜孔塔板，舌孔的開口方向與液流垂直且相鄰兩排開孔方向相反，既保留了氣體水平噴出、氣液高度湍動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，又避免了液體連續(xù)加速，可維持板上均勻的低液面。 斜孔塔板舌形塔板為使舌形塔板適應(yīng)低負(fù)荷生產(chǎn)，研制出了可變氣道截面（類似于浮閥塔板）的浮舌塔板。19R20R1683731o20降液管a 斜孔結(jié)構(gòu)b 塔板布置受液區(qū)導(dǎo)向孔網(wǎng)孔塔板網(wǎng)孔塔板由沖有傾斜開孔的薄板制成，具有舌形塔板的特點(diǎn)。這種塔板上裝有傾斜的擋沫板，其作用是避免液體被直接吹過塔板，并提供氣液分離和氣液接觸的表面。網(wǎng)孔塔板具有生產(chǎn)能力大，壓降低，加工制造容易的特點(diǎn)。擋沫板塔板AA降液管A

13、-A剖視圖受液盤垂直篩板（Vertical Sieve Tray ）垂直篩板：塔板上開有若干大孔，直徑為100200mm，孔上設(shè)置側(cè)壁開有許多篩孔的泡罩，泡罩底邊留有間隙供液體進(jìn)入罩內(nèi)。上升的氣流將由泡罩底隙進(jìn)入罩內(nèi)的液體拉成液膜形成兩相上升流動(dòng)，經(jīng)泡罩側(cè)壁篩孔噴出后兩相分離，即氣體上升液體落回塔板。液體從塔板入口流至降液管將多次經(jīng)歷上述過程。 垂直篩板為氣液兩相提供了很大的不斷更新的相際接觸表面，強(qiáng)化了傳質(zhì)過程；垂直篩板可獲得較高的塔板效率和較大的生產(chǎn)能力。 浮閥塔板的流體力學(xué)性能 浮閥塔板的板面結(jié)構(gòu)： 鼓泡區(qū)（有效區(qū)、開孔區(qū)） 降液管區(qū) 受液盤區(qū) 液體安定區(qū) 邊緣區(qū) 溢流堰 塔身溢流堰板降

14、液管塔板受液盤安定區(qū)降液管區(qū)受液盤區(qū)鼓泡區(qū)液體從上一塔板的降液管流入板面上的受液盤區(qū)，經(jīng)進(jìn)口安定區(qū)進(jìn)入鼓泡區(qū)與浮閥吹出的氣體進(jìn)行質(zhì)、熱交換后，再由溢流堰溢出進(jìn)入降液管流入下一塔板。浮閥塔板上的氣、液流程來自下一塔板的氣體經(jīng)鼓泡區(qū)的閥孔分散成小股氣流，并由各閥片邊緣與塔板間形成的通道以水平方向進(jìn)入液層。由于閥片具有斜邊，氣體沿斜邊流動(dòng)具有向下的慣性，因此只有進(jìn)入液層一定距離待慣性消失后氣體才會(huì)折轉(zhuǎn)上升。氣體在板面上與液體相互混合接觸進(jìn)行傳熱傳質(zhì)，而后逸出液面上升到上一層塔板。塔板上氣液主體流向?yàn)殄e(cuò)流流動(dòng)。 氣體通過浮閥塔板的壓降氣體進(jìn)、出一塊塔板的壓強(qiáng)降即為氣體通過該塔板的阻力損失，壓差計(jì)所測的

15、 hf 值。hf 是以液柱高度表示的塔板的壓強(qiáng)降或阻力損失，因此 L 為塔內(nèi)液體的密度，kg/m3。板壓降 hf 可視為由氣體通過干板的阻力損失 hd 和氣體穿過板上液層的阻力損失 hl 兩部分組成，即 fLpghp=ldfhhh=有效長度泡沫h(huán)lhfhowHTh0干板阻力損失 hd 圖中曲線代表浮閥塔板干板壓降與空塔氣速 u 的關(guān)系。干板阻力損失隨氣速的提高而增大，且按氣速的大小可分為三個(gè)區(qū)域。區(qū)域：氣速不足以頂動(dòng)閥片，浮閥處于靜止位置，氣體由定距片隔開的縫隙通過。壓降隨氣體流量的增大而上升。區(qū)域：氣速增至A點(diǎn)，閥片開始升起。隨氣體流量的增加，浮閥開啟的個(gè)數(shù)及每個(gè)浮閥的開啟度不斷增加，直至所

16、有浮閥全開，該區(qū)域內(nèi)氣體通過閥孔的氣速變化很小，故壓降上升緩慢。區(qū)域：B點(diǎn)以后氣體通過浮閥的流通面積固定不變，閥孔氣速隨氣體流量增加而增加，且壓降以閥孔氣速的平方快速增加。臨界孔速 uoc：所有浮閥恰好全開時(shí)（轉(zhuǎn)折點(diǎn) B）的閥孔氣速。 ABIIIIIIuoc氣速 u干板壓降 pd液層阻力 hl氣體通過液層的阻力損失 hl 由以下三個(gè)方面構(gòu)成： 克服板上充氣液層的靜壓； 氣體分散形成氣液界面的能量消耗； 通過液層的摩擦阻力損失。其中克服板上充氣液層靜壓這項(xiàng)所占的比例遠(yuǎn)大于后兩項(xiàng)之和。如果忽略充氣液層中所含氣體造成的靜壓，則可由清液層高度代表 hl。hl 常用以下簡單的公式計(jì)算， 式中： 充氣系數(shù)

17、，反映板上液層充氣的程度，無因次。 水 =0.5；油 =0.50.35；碳?xì)浠衔?=0.40.5。 hw 和 how 分別為堰高和堰上液流高度，m。 氣體通過浮閥塔板的阻力損失 hf 總是隨氣速的增加而增加，但不同氣速下，干板阻力和液層阻力所占的比例有所不同。氣速較低時(shí)，液層阻力為主；氣速高時(shí)，干板阻力所占比例增大。 owwlhhh=塔板上的不正常操作現(xiàn)象漏液：液體不是橫向流過塔板后經(jīng)降液管流下，而是從閥孔漏下。原因：氣速較小時(shí)，氣體通過閥孔的速度小，不足以抵消塔板上液層的重力；氣體在塔板上不均勻分布也是造成漏液的重要原因。后果：嚴(yán)重的漏液使塔板上不能形成液層，氣液無法進(jìn)行傳熱傳質(zhì)。若塔板設(shè)

18、計(jì)不當(dāng)或操作時(shí)參數(shù)失調(diào)，不僅會(huì)引起塔板效率大大降低，嚴(yán)重時(shí)塔內(nèi)還會(huì)出現(xiàn)一些不正?，F(xiàn)象使塔無法工作。漏液（Weeping）氣體分布均勻與否，取決于板上各處阻力均等否。當(dāng)板上各處干板阻力相等時(shí)，板上液層厚度的均勻程度將直接影響氣體的分布。漏液（Weeping）液層厚度不均勻存在于兩個(gè)方面：液層波動(dòng)和液面落差。液層波動(dòng)：波峰處液層厚，對(duì)應(yīng)位置處的閥孔氣量小、易漏液。液面落差：塔板入口側(cè)的液層厚于塔板出口側(cè)，入口側(cè)的閥孔則因氣量 小而發(fā)生漏液。當(dāng)塔徑大時(shí)，為減少落差，可采用雙流型、 多流型或階梯型塔板： 單流型雙流型多流型階梯流型漏液（Weeping）雙流型多流型液沫夾帶和氣泡夾帶（Entrainment）液沫夾帶：氣體鼓泡通過板上液層時(shí)，將部分液體分散成液滴，而部分液滴被上升氣流帶入上層塔板。由兩部分組成：小液滴沉降速度小于上升氣流的速度，這部分夾帶量與板間距無關(guān)；較大液滴的沉降速度雖大于氣流速度，但它們在氣流的沖擊或氣泡破裂時(shí)獲得了足夠的向上初速度而被彈濺到上層塔板。板間距越小，可能彈濺上去的量就越多。液沫夾帶量與氣、液流量和板間距有關(guān)。氣泡夾帶：在板上與氣體充分接觸傳質(zhì)、傳熱后，液體內(nèi)必含有大量的氣泡。液體在降液管中需要一定的停留時(shí)間讓氣泡逸出。如果停留時(shí)間太短，大量氣泡就被液體卷進(jìn)下層塔板。后果：從傳質(zhì)的角度，液沫夾帶是液體的返混，氣泡夾帶是氣體返混，均對(duì)傳質(zhì)不