塔基本知識介紹課件(同名631)

塔第一節(jié)：概述一、塔設(shè)備在煉油廠中的作用

在煉油、化工及輕工業(yè)生產(chǎn)中，氣、液兩相直接接觸進行傳質(zhì)傳熱的過程是很多的，如精餾、吸收、解吸、萃取等。這些過程都是在一定的壓力、溫度、流量等工藝條件下，在一定的設(shè)備內(nèi)完成的。由于其過程中兩種介質(zhì)主要發(fā)生的是質(zhì)的交換，所以也將實現(xiàn)這些過程的設(shè)備叫傳質(zhì)設(shè)備；從外形上看這些設(shè)備都是豎直安裝的圓桶形容器，形如“塔”，故習慣上稱其為塔設(shè)備。塔設(shè)備能夠為氣、液或液、液兩相進行充分接觸提供適宜的條件，即充分的接觸時間、分離空間和傳質(zhì)傳熱的面積，從而起到相際間質(zhì)量和熱量交換的目的，實現(xiàn)工藝1精選課件所要求的生產(chǎn)過程，生產(chǎn)出合格產(chǎn)品。所以塔設(shè)備的性能對整個裝置的產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量、生產(chǎn)能力和消耗定額，以及三廢處理和環(huán)境保護等方面都有重大的影響。塔設(shè)備的投資費用及鋼材消耗僅次于換熱設(shè)備。據(jù)統(tǒng)計，在化工和石油化工生產(chǎn)裝置中，塔設(shè)備的投資費用占全部工藝設(shè)備總投資的25.39％，在煉油和煤化生產(chǎn)裝置中占34.85％；其所消耗的鋼材重量在各類設(shè)備中所占比例也是比較高的，如年產(chǎn)250萬噸常減壓蒸餾裝置中，塔設(shè)備耗用鋼材重量占45.5％，年產(chǎn)120萬噸催化裂化裝置中占48.9％，年產(chǎn)30萬噸乙烯裝置中占25～28.3％?？梢娝O(shè)備是煉油、化工生產(chǎn)中最重要的工藝設(shè)備之一，它的設(shè)計、研究、使用對化工、煉油等工藝的發(fā)展起著重大的作用。二、塔設(shè)備的分類及一般構(gòu)造2精選課件隨著煉油、化工生產(chǎn)工藝的不斷改進和發(fā)展，與之相適應的塔設(shè)備也形成了形式繁多的結(jié)構(gòu)和類型，以滿足各種特定的工藝要求。為了便于研究和比較，人們從不同的角度對塔設(shè)備進行分類。如按工藝用途分類，按操作壓力分類，也可按其內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行分類。（一）按用途分類1.精餾塔利用液體混和物中各組分揮發(fā)度的不同來分離其各液體組分的操作稱為蒸餾，反復多次蒸餾的過程稱為精餾，實現(xiàn)精餾操作的塔設(shè)備稱為精餾塔。如常減壓裝置中的常壓塔、減壓塔，可將原油分離為汽油、煤油、柴油以及潤滑油等。2.吸收塔、解吸塔利用混合氣中各組分在溶液中溶解度的不同，通過吸收液體來分離氣體的工藝操作稱為吸收；將吸收液通過加熱等方法使溶解于其中的氣體釋放出3精選課件來的過程稱為解吸。實現(xiàn)吸收和解吸操作過程的塔設(shè)備稱為吸收塔、解吸塔。如催化裂化裝置中的吸收、解吸塔，從煉廠氣中回收汽油、從裂解氣中回收乙烯和丙烯，以及氣體凈化等都需要吸收、解吸塔。3.萃取塔對于各組分間沸點相差很小的液體混和物，利用一般的分離方法難以奏效，這時可在液體混和物加入某種沸點較高的溶劑（稱為萃取劑）；利用混合液中各組分在萃取劑中溶解度的不同，將它們分離，這種方法稱為萃?。ㄒ卜Q為抽提）。實現(xiàn)萃取操作的塔設(shè)備稱為萃取塔。如丙烷脫瀝青裝置中的抽提塔等。4.洗滌塔用水除去氣體中無用的成分或固體塵粒的過程稱為水洗，所用的塔設(shè)備稱為洗滌塔。（二）按操作壓力分類塔設(shè)備根據(jù)其完成的工藝操作不同，其壓力和溫度也

4精選課件不相同。但當達到相平衡時，壓力、溫度、氣相組成和液相組成之間存在著一定的函數(shù)關(guān)系。在實際生產(chǎn)中，原料和產(chǎn)品的成分和要求是工藝確定的，不能隨意改變，壓力和溫度有選擇的余地，但二者之間是相互關(guān)聯(lián)的，如一項先確定了，另一項則只能由相平衡關(guān)系求出。從操作方便和設(shè)備簡單的角度來說，選常壓操作最好，從冷卻劑的來源角度看，一般宜將塔頂冷凝溫度控制在30～40℃以便采用廉價的水或空氣作為冷卻劑。所以塔設(shè)備根據(jù)具體工藝要求，設(shè)備及操作成本綜合考慮，有時可以在常壓下操作、有時需要在加壓下操作,有時還需要減壓操作。相應的塔設(shè)備分別稱為常壓塔、加壓塔和減壓塔。（三）按結(jié)構(gòu)形式分類塔設(shè)備盡管其用途各異，操作條件也各不相同，但就其構(gòu)造而言都大同小異，主要由塔體、支座、內(nèi)部構(gòu)件及附件組成。根據(jù)塔內(nèi)部構(gòu)件的結(jié)構(gòu)可以將其分為板式塔和5精選課件

填料塔兩大類。具體結(jié)構(gòu)如圖5-1、5-2所示。塔體是塔設(shè)備的外殼，由圓筒和兩封頭組成，封頭可以是半球形、橢圓形、碟形等。支座是將塔體安裝在基礎(chǔ)上的連接部分，一般采用裙式支座，有圓筒形和圓錐形兩種，常采用圓筒形。裙座與塔體采用對接銲接或搭接焊接連接，裙座的高度由工藝要求的附屬設(shè)備（如再沸器、泵）及管線的布置情況而定。由圖中可知，板式塔中裝有一定數(shù)量的塔盤，液體借自身的重量自上而下流向塔底（在塔盤板上沿塔徑橫向流動），氣體靠壓差自下而上以鼓泡的形式穿過塔盤上的液層升向塔頂。在每層塔盤上氣、液兩相密切接觸，進行傳質(zhì)，使兩相的組分濃度沿塔高呈階梯式變化。填料塔中則裝填一定高度的填料，液體自塔頂沿填料表面向下流動，作為連續(xù)相的氣體自塔底向上流動，與液體進行逆流傳質(zhì)，兩相組分濃度沿塔高呈連續(xù)變化。6精選課件圖5-11-裙座；2-蒸汽入口管；3-殼體；4-人孔；5-扶梯平臺；6-出沫器；7-吊柱；8-蒸汽出口；9-回流管；10-進料管；11-塔盤；12-保溫圈；13-出料管；14-液流；15-蒸汽；16-塔盤板；17-受液盤；18-降液管；19-溢流堰7精選課件圖5-21-裙座；2-筒體；3-液體再分布裝置；4-卸料口；5-噴淋裝置；6-液體進口；7-除沫器；8-氣體出口；9-人孔；10-填料；11-填料支撐；12-氣體進口；13-液體出口8精選課件三、對塔設(shè)備的基本要求塔設(shè)備除了應滿足工藝條件，如壓力、溫度及耐腐蝕性等外，還應滿足如下基本要求。（1）生產(chǎn)能力要大。即單位塔截面上單位時間內(nèi)物料的處理量要大。（2）分離效率高。即氣、液相能充分接觸且分離效果好。（3）操作彈性大。即有較強的適應性和寬的操作范圍。能適應不同性質(zhì)的物料且在負荷波動時能維持操作穩(wěn)定，仍有較高的分離效率。（4）壓降小。即流體通過時阻力小，這樣可大大節(jié)約生產(chǎn)的動力消耗，降低成本。（5）結(jié)構(gòu)簡單、耗材少，易于制造和安裝，這樣可以減少基建投資，降低成本。9精選課件（6）耐腐蝕不易堵塞，便于操作、調(diào)節(jié)和檢修。注：一個塔設(shè)備要同時滿足以上各項要求是困難的，而且實際生產(chǎn)中各項指標的重要性因具體情況而異，不可一概而論。所以應從生產(chǎn)需要及經(jīng)濟合理性考慮，正確處理以上各項要求。第二節(jié)：板式塔一、塔盤的形式及特點板式塔的塔盤常用的有泡罩形、浮閥形、篩板形、舌形及浮動舌形等。各種塔盤都有其自身的特點和適用場合，現(xiàn)分述如下。（一）泡罩塔盤泡罩塔盤是工業(yè)上應用最早的一種塔盤，它是在塔盤板上開許多圓孔，每個孔上焊接一個短管，稱為升氣管，10精選課件管上再罩一個“帽子”，稱為泡罩，泡罩周圍開有許多條形孔，其結(jié)構(gòu)如圖5-3所示。工作時，液體由上層塔盤經(jīng)降液管流入下層塔盤，然后橫向流過塔盤板，流入再下一層塔盤；氣體從下層塔盤上升進入升氣管，通過環(huán)形通道再經(jīng)泡罩的條形孔流散到泡罩間的液層中。氣、液接觸狀況如圖5-4所示。11精選課件泡罩塔盤具有如下優(yōu)點：（1）氣、液兩相接觸充分，傳質(zhì)面積大，因此塔盤效率高。（2）操作彈性大，在負荷變動范圍較大時，仍能保持較高的效率。（3）具有較高的生產(chǎn)能力，適合大型生產(chǎn)。（4）不易堵塞，介質(zhì)適應范圍廣，操作穩(wěn)定可靠。泡罩塔盤的不足之處是結(jié)構(gòu)復雜、造價高，安裝維護麻煩；氣相壓降較大，但在常壓或加壓下操作時并不是主要問題。（二）篩板塔盤篩板塔盤是在塔盤板上鉆許多小孔，工作時液體從上層塔盤經(jīng)降液管流下，橫向流過塔盤進入本層塔盤降液管流入下一層塔盤；氣體則自下而上穿過篩孔，分散成氣泡，穿過篩板上的液層，在此過程中進行相際間傳質(zhì)、傳熱。篩板塔盤的結(jié)構(gòu)及氣、液接觸情況如圖5-5所示。

12精選課件篩板塔盤具有如下優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、制造維護方便。生產(chǎn)能力大，比泡罩塔盤高20％～40％。壓降小，適用于減壓操作。比泡罩塔盤效率高，但不及浮閥塔盤。若設(shè)計合理其操作彈性也較高，但不如泡罩塔盤。篩孔塔盤的缺點時小孔徑篩孔易堵塞，故不宜處理臟、粘性大及帶固體顆粒的料液。

13精選課件（三）浮閥塔盤浮閥塔盤是在塔盤板上開許多圓孔，（對常用的F型浮閥孔徑為39mm），每一孔上都裝有一帶三條腿的可上下浮動的閥。浮閥的結(jié)構(gòu)形式很多，有F型、V型、十字架型及A型等，最常用的是F-1型，其結(jié)構(gòu)如圖5-6所示。工作時，氣、液流程與泡罩塔盤類似。氣體通過閥孔將浮閥向上頂起，穿過環(huán)形間隙以水平方向吹入液層，氣、液兩相呈泡沫狀進行傳質(zhì)傳熱。浮閥可隨氣速的增減在較寬的氣速范圍內(nèi)自由調(diào)節(jié)升降，以保持穩(wěn)定操作。浮閥塔盤上氣、液兩相接觸狀況如圖5-7所示。

14精選課件浮閥塔盤具有如下優(yōu)點：（1）生產(chǎn)能力大，因浮閥在塔盤板上排列比泡罩更緊湊，故生產(chǎn)能力比泡罩提高20％～40％，與篩板塔盤差不多。（2）操作彈性大，因浮閥可在一定范圍內(nèi)自由升降以適應氣量的變化，所以能在較寬的氣流范圍內(nèi)保持高的效率。浮閥塔盤操作彈性比泡罩和篩板都要大得多。（3）效率高。由于氣液接觸充分，且蒸汽以水平方向吹入液層，故霧沫夾帶較少，因此分離效果好，一般效率比泡罩塔盤高15%左右。（4）壓降小。氣流通過浮閥時只有一次收縮、擴大及轉(zhuǎn)彎，故壓降比泡罩塔盤低。（5）與泡罩塔盤相比，結(jié)構(gòu)簡單、制造安裝液較方便，制造安裝也較方便，制造費用僅為泡罩的60％～80％。浮閥塔盤由于其性能優(yōu)良，又無特別明顯的不足，因而在煉油、化工生產(chǎn)的塔設(shè)備中得到了廣泛的應用。

15精選課件（四）舌形及浮動舌形塔盤舌形塔盤是在塔盤板上沖制許多舌形孔，如圖5-8所示。工作時，液體在塔盤上的流動方向與舌孔的傾斜方向一致，氣體從舌孔中噴射而出，由于氣、液兩相并流流動，故霧沫夾帶較少，當舌孔氣速達到一定數(shù)值時，將塔盤上的液體噴射成滴狀，從而加大了氣、液接觸面積。舌形塔盤與泡罩塔盤相比具有塔盤上液層薄，持液量少，壓力降?。s為泡罩的33～50％），生產(chǎn)能力大，結(jié)構(gòu)簡單，可節(jié)約金屬用量12～45％，制造、安裝、維修方便等優(yōu)點。但因舌孔開度是固定的，在低負荷下操作易產(chǎn)生漏液現(xiàn)象，故其操作彈性較小。

16精選課件浮動舌形塔盤是綜合了舌形和浮閥得優(yōu)點而研制出的一種塔盤，其結(jié)構(gòu)如圖5-9所示。浮動舌形塔盤既有舌形塔盤生產(chǎn)能力大、壓降小、霧沫夾帶少的優(yōu)點，又有浮閥塔盤的操作彈性大、塔盤效率高、穩(wěn)定性能好等優(yōu)點，其缺點是舌片易損壞。

17精選課件18精選課件二、板式塔的適宜工作區(qū)各種結(jié)構(gòu)形式的塔盤都有一個最適宜的工作區(qū)域，可用操作負荷性能圖來表示。浮閥塔的操作負荷性能圖見圖5-10。圖中各曲線所包圍的區(qū)域即為最適宜工作區(qū)，若塔盤上氣、液負荷配合得恰當，落在圖上幾條曲線包圍得范圍內(nèi)，塔就可以正常良好的操作，否則就屬于不正常操作，塔的效率下降，甚至完全不能工作。操作負荷圖中各曲線的形狀和相對位置與塔盤形式、具體構(gòu)造及操作條件等有關(guān)。19精選課件（一）霧沫夾帶氣、液兩相在塔盤上以鼓泡形式接觸后，氣體穿出液層時總不免帶有許多細微的液滴，有的來不及分離出來就被帶到了上一層的塔盤液體中，這種現(xiàn)象稱為霧沫夾帶。被帶上去的少量液滴所含的重組分比上一層塔盤上液體所含的重組分要多，降低了塔盤的分餾效率。極少量的霧沫夾帶是避免不了的，也是允許的，但當氣相負荷增加，塔內(nèi)氣速增加，霧沫夾帶量就增加。一般認為當氣體中夾帶液體的質(zhì)量超過上升氣體的10％時為嚴重霧沫夾帶，此時的氣相負荷定位塔的氣相負荷上限，在操作負荷性能圖上對應的曲線稱為霧沫夾帶線。產(chǎn)生嚴重霧沫夾帶，破壞了塔的正常操作，塔盤效率大大降低，這是不允許的。減少霧沫夾帶的主要措施是控制氣相負荷，使其在允許范圍內(nèi)，另外，增大塔盤間距（一般須在300mm以上），改進塔盤結(jié)構(gòu)也可起到一定的效果。

20精選課件（二）氣泡夾帶液體橫向流過塔盤，與氣體接觸后由降液管流到下層塔盤。液體流入降液管時常有大量的氣泡，在降液管中停留足夠的時間，使泡沫分離成氣體和清液，氣體上升回到上層塔盤。如果液相負荷增加，液體在降液管中流速增加，停留時間很短，液體中夾帶的氣泡來不及分離就被帶入下一層塔盤，這種現(xiàn)象稱為氣泡夾帶。此時的液體負荷定為液相上限，在操作負荷性能圖上對應的曲線稱為氣泡夾帶線。嚴重氣泡夾帶同樣會降低塔盤的分離效率，所以也是不允許的。防止氣泡夾帶的主要措施是控制回流量。（三）漏液液體在塔盤上橫向流動并經(jīng)降液管流入下一層塔盤。如果氣相負荷過小，塔內(nèi)氣速很低，大量的液體由于重力的作用，從閥孔，或舌形塔盤的舌孔直接漏到下一層塔盤，這種現(xiàn)象稱為漏液。產(chǎn)生漏液時的氣體負荷定為氣相下限，在操作負荷性能圖上對應的曲線稱為漏液線。由于漏液使氣、液兩相沒有充分接觸，降低了塔盤的效率，所以處理量應控制在允許范圍內(nèi)，不可隨意減小。

21精選課件（四）液泛在實際操作中，若氣、液負荷都過大，降液管面積不夠用，而氣速又大使液體也不能從閥孔或舌孔中漏下，致使液體流動發(fā)生堵塞，使幾層塔盤上的液體練成一體，這種現(xiàn)象稱為液泛。發(fā)生液泛時氣、液相流速的關(guān)系線稱為液泛線。液泛嚴重時，流體可從塔頂冒出?？赏ㄟ^加大降液管的截面積（但這使塔盤上排列的閥孔或舌孔、泡罩的數(shù)量減少，減小了氣體的通過能力），控制回流量，改進塔盤結(jié)構(gòu)等方法來防止液泛的發(fā)生。三、塔設(shè)備的檢修

（一）運行中檢查為確保塔設(shè)備安全穩(wěn)定運行，必須做好日常檢查，并記錄檢查結(jié)果，以作為定期停車檢查、檢修的歷史資料。日常檢查項目如下。原料、成品及回流液的流量、溫度、純度，公用工程流體，如水蒸氣、冷卻水、壓縮空氣等的流量、溫度及壓力。

22精選課件塔底、塔頂?shù)膲毫σ约八膲毫?。塔底的溫度。若低于正常溫度，及時排水、并徹底排凈。安全裝置、壓力表、溫度計、液面計等儀表是否正常，動作是否靈敏可靠。保溫、保冷材料是否完整，并根據(jù)具體情況及時進行修復。（二）停車檢查塔設(shè)備在一般情況下，每年定期停車檢修1～2次，將設(shè)備打開，對其內(nèi)部構(gòu)件及殼體上大的損壞進行檢查、檢修。停車檢查的主要項目如下。檢查塔盤水平度，支持件、連接件的腐蝕、松動等情況，必要時取出塔外進行清洗或更換。檢查塔體腐蝕、變形及各部位焊縫的情況，對塔壁、封頭、進料口處筒體、出入口接管等處進行超聲波測原，判斷設(shè)備的使用壽命。全面檢查安全閥、壓力表、液面計有無發(fā)生堵塞現(xiàn)象，是否在規(guī)定的壓力下等作，必要時重新進行調(diào)整和校驗。

23精選課件如在運行中發(fā)現(xiàn)異常振動現(xiàn)象，停車檢查時一定要查明原因、并妥善處理。（三）塔設(shè)備常見故障及排除方法

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第三節(jié)：填料塔填料塔也是煉油化工生產(chǎn)中較常用的一種氣、液傳質(zhì)設(shè)備。與板式塔相比，填料塔具有結(jié)構(gòu)簡單、壓降小、填料易用耐腐蝕性材料制造等優(yōu)點。填料塔常用于吸收、真空蒸餾等操作，特別是當處理量小、采用小塔徑對板式塔在結(jié)構(gòu)上有困難時，或處理的是在板式塔中難以操作的高粘度或易發(fā)泡物料時，常采用填料塔。但填料塔清洗、檢修都較麻煩，對含固體雜志、易結(jié)焦、易聚合的物料適應能力較差。填料塔是一種連續(xù)式傳質(zhì)設(shè)備。工作時，液體自塔上部進入，通過液體分布裝置均勻淋灑在填料層上，繼而沿填料表面緩慢下流；氣體自塔下部進入，穿過柵板沿填料間隙上升。這樣氣、液兩相沿著塔高在填料表面及填料自由空間連續(xù)逆流接觸，進行傳質(zhì)傳熱。25精選課件一、填料及支承結(jié)構(gòu)（一）對填料的基本要求填料是一種固體填充物，其作用是為氣、液兩相提供充分的接觸面，并為強化其湍流程度創(chuàng)造條件，以利于傳質(zhì)。所以填料塔效率的高低與其所使用的填料關(guān)系很大，一般對填料有如下幾方面的要求?？障堵剩ㄒ卜Q自由體積）要大。即單位體積填料層中的空隙體積要大。比表面要大。即單位體積填料層的表面積要大。填料表面潤濕性能要好，并在結(jié)構(gòu)上有利于兩相密切接觸，促進湍動。對所處理的物料具有良好的耐腐蝕性。填料本身的密度要小，具有足夠的機械強度取材容易、制造方便、價格便宜。26精選課件（二）填料的總類填料的總類很多，按其堆砌方式大體可分為顆粒填料和規(guī)整填料兩大類。顆粒填料由于其結(jié)構(gòu)上的特點，不能按某種規(guī)律安放只能自由堆砌，因此也稱為“亂堆”填料。常見的顆粒填料有拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、θ環(huán)、十字環(huán)、弧形鞍、矩形鞍等，這種填料氣、液兩相分布不夠均勻，故塔的分離效率不夠理想。為此產(chǎn)生了規(guī)整填料，這種填料分離效果好、壓降低，適用于在較高的氣速或較小的回流比下操作，目前使用的主要是波紋網(wǎng)填料和波紋板填料。填料塔常用填料如圖5-28所示。27精選課件（三）填料支承結(jié)構(gòu)填料支承結(jié)構(gòu)對填料塔的操作性能影響很大，要求其有足夠大的自由截面（應大于填料的空隙截面），有足夠強度和剛度，以支承填料的重量，要利于液體再分布且便于制造、安裝和拆卸。常用的填料支承結(jié)構(gòu)是柵板，如圖5-29、圖5-30所示。為了限定填料在塔中的相對位置，不致于在氣、液沖擊下發(fā)生移動、跳躍或撞擊，填料塔還應安裝填料壓板或床層限制板，一般是對陶瓷填料安裝填料壓板，對金屬或塑料填料安裝床層限制板。28精選課件二、液體分布裝置為了使液體能均勻的分布在填料上，以利于氣、液兩相的均勻接觸，所以在最上層填料的上部設(shè)置液體分布裝置。由于氣體填料層上升速度在塔截面上分布是不均勻的，中央氣速大，靠近塔壁氣速小，這樣對下流的液體的作用也就不一樣，使得液體流經(jīng)填料層時有向塔壁傾斜流動的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為“壁流”，這樣在一定高度的填料層內(nèi)，中心部分填料便不能被潤濕，形成了所謂的“干錐”，使氣、液兩相不能充分的接觸，降低了塔的效率。為了減少和消除壁流，避免干錐現(xiàn)象發(fā)生，所以在經(jīng)一定高度填料層時，還應設(shè)置液體分布裝置，使液體再一次被均勻分布在整個塔截面的填料上。以上不同部位設(shè)置的液體分布裝置作用相同、結(jié)構(gòu)不同，為區(qū)別將最上層填料上部的液體分布裝置稱為噴淋裝置，而將填料層之間設(shè)置的分布裝置稱為液體再分布裝置。29精選課件（一）噴淋裝置噴淋裝置的類型很多，常用的有噴灑型、溢流型、沖擊型等。噴灑型中又有管式和噴頭式兩種。原則上講在塔徑1200mm以下時都可采用如圖5-31所示的環(huán)管多孔式噴灑器，但當塔徑在600mm以下時多采用圖5-32所示的噴頭式噴灑器，其中塔徑在300mm以下時往往用圖5-33所示的結(jié)構(gòu)更為簡單的直管式或彎管式噴灑器。對于較大直徑的塔則采用圖5-34所示的多支管噴灑器。30精選課件31精選課件32精選課件溢流型噴淋裝置用在大型