4第四章塔設(shè)備的使用與維護

1、第四章 塔設(shè)備的運用與維護第一節(jié) 塔設(shè)備任務(wù)過程及類型 塔設(shè)備是化工、煉油消費中最重要的工藝設(shè)備之一。它可使氣(或汽)液或液液兩相之間進展嚴密接觸到達相際傳質(zhì)及傳熱的目的。常見的、可在塔設(shè)備中完成的單元操作有：精餾、吸收、解吸及萃取等。由于其任務(wù)過程中兩種介質(zhì)主要發(fā)生的是質(zhì)量的傳送，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筒描畫器，且高徑比較大形如“塔狀，故習(xí)慣上稱其為塔設(shè)備。 需求闡明的是，有些設(shè)備雖形如“塔狀，但其任務(wù)原理并非傳質(zhì)，二是反響或換熱。如氨合成塔、涼水塔等。 重要的單元操作設(shè)備，作用是實現(xiàn)氣汽液相或液液相之間的充分接觸，從而到達相際間進展傳質(zhì)及傳

2、熱的目的。 1. 氣液兩相充分接觸，相際間傳熱面積大。 2. 消費才干大，即氣液處置量大。 3. 操作穩(wěn)定，操作彈性大。 4. 阻力小。 5. 構(gòu)造簡單，制造、安裝、維修方便，設(shè)備的投資及操作費用低。 6. 耐腐蝕，不易堵塞。根本要求一、塔設(shè)備的根本要求各種塔設(shè)備凈化塔填料塔空氣分別塔解吸塔槽式液體分布器金屬鮑爾環(huán)及金屬改型鮑爾環(huán)填料陶瓷孔板波紋填料槽盤式氣液分布器除沫器空氣分別填料環(huán)填料甲醇酒精回收塔酒精回收塔填料塔 斜孔塔板 襯鈦塔塔內(nèi)件吊裝化肥廠塔設(shè)備塔設(shè)備的投資在過程設(shè)備中所占的比重塔設(shè)備投資的比例%化工及石油化工 25.448.9 54安裝稱號安裝稱號塔設(shè)備鋼材耗量的比例%煉油及煤化

3、工化纖 34.85 44.9 25.360萬t，120萬 t/a 催化裂化30萬t/a 乙烯4.5萬 t/a 丁二烯 塔設(shè)備分類 按操作壓力加壓塔、常壓塔、減壓塔按單元操作分精餾塔、吸收塔、介吸塔、萃取塔、反響塔、枯燥塔等 按內(nèi)件構(gòu)造分填料塔、板式塔 組成： 塔體、支座、人孔及手孔、接納、除沫器、吊柱等。二、 塔設(shè)備的類型1吊柱；2氣體出口； 3回流液入口 ；4精餾段塔盤；5殼體； 6料液進口； 7人孔； 8提餾段塔盤；9氣體入口； 10裙座； 11釜液出口； 12檢查孔1吊柱；2氣體出口；3噴淋安裝； 4人孔； 5殼體；6液體再分布器；7填料； 8泄料孔； 9支承安裝；10氣體入口； 11液

4、體出口； 12裙座 13檢查孔7 塔設(shè)備7 塔設(shè)備前往7 塔設(shè)備前往第二節(jié) 塔設(shè)備的構(gòu)造 板式塔的塔盤，按其能否設(shè)置溢流安裝，分為溢流式和穿流式兩大類。溢流式塔盤上有專供液相流通的降液管，塔盤上的液層高度由溢流堰高度來調(diào)理，因此可獲得較大的操作彈性，并能保證一定的效率。穿流式塔盤上的氣液兩一樣時經(jīng)過塔板上的一些孔道流動，處置才干較大，壓力降較小，但效率及操作彈性較差。板式塔一、板式塔塔盤的方式及特點 溢流式:液相流經(jīng)降液管，經(jīng)過塔盤板，流經(jīng)溢流堰，溢流堰高 度調(diào)理液層高度 。 優(yōu)點：分量輕，處置量大，效率高，便于維修。 缺陷：構(gòu)造復(fù)雜，壓力降大 穿流式:氣，液兩一樣時經(jīng)過塔板上的一些孔道流動。

5、 特點：處置量大，壓力降小。 1泡罩塔 泡罩塔是工業(yè)消費上最早出現(xiàn)的典型板式塔，最主要的傳質(zhì)元件是泡罩。如下圖，由泡罩、升氣管、溢流堰、降液管及塔板等部分組成。 a泡罩塔板操作表示圖 b圓形泡罩 c有帽緣的圓形泡罩 泡罩塔運用已有一百多年歷史，技術(shù)成熟、操作彈性大、氣液比的范圍大，不易堵塞；但構(gòu)造復(fù)雜、造價高、氣相壓降大、安裝維修不變。目前幾乎被浮閥塔和篩板塔所替代，只在某些情況，如消費才干變化大，操作穩(wěn)定性要求高，要求有相當(dāng)穩(wěn)定的分別才干時才用。2篩板塔 篩板塔塔盤分為篩孔區(qū)、無孔區(qū)、溢流堰及降液管等部分，如下圖。液體從上層塔盤的降液管流下，橫向流過塔盤，越過溢流堰經(jīng)溢流管流入下層塔盤，塔盤

6、上依托溢流堰的高度堅持其液層高度；蒸氣自下而上穿過篩孔時，被分散成氣泡，在穿越塔盤上液層時，進展氣液兩相間的傳質(zhì)與傳熱。 篩板塔運用歷史較久，與泡罩塔相比構(gòu)造簡單，本錢降低40%左右，板效率提高1015%，安裝維修方便；但是操作彈性不如泡罩塔，負荷有變動時，操作穩(wěn)定性差，介質(zhì)黏性較大或含雜質(zhì)較多時篩孔易堵塞?，F(xiàn)有大篩孔孔徑達2025mm、導(dǎo)向篩板等多種方式。篩板塔構(gòu)造及氣液接觸情況 3、浮閥塔 浮閥塔氣、液兩相流程與泡罩塔類似，塔盤上開有一定外形的閥孔，閥孔上有閥片，蒸氣從閥孔上升，頂開閥片，穿過環(huán)形縫隙，以程度方向吹入液層，構(gòu)成泡沫。浮閥塔的氣液傳質(zhì)元件浮閥能隨氣速的增減在相當(dāng)寬的氣速范圍內(nèi)

7、自在升降，堅持穩(wěn)定操作。 浮閥塔消費才干大，比泡罩塔提高20-40%；操作彈性大；塔板效率較高，氣液接觸形狀較好，氣體沿程度方向吹入液層，霧沫夾帶較??；構(gòu)造及安裝較簡單，分量較輕，制造費用低，僅為泡罩塔的6080%左右。但氣速較低時，塔板有漏液，效率下降；閥片有卡死和吹脫的能夠，導(dǎo)致操作運轉(zhuǎn)及檢修的困難；塔板壓力降較大，妨礙了它在高氣相負荷及真空塔中的運用。 4、斜噴型塔(1) 舌形塔。舌形塔是運用較早的一種斜噴型塔，在塔盤上沖出以一定方式陳列的舌片，如圖示。舌片開啟一定角度，舌孔方向與液流方向一致，氣相噴出推進液體，液面梯度減小、液層減薄、處置才干增大、壓降減小。 (2) 浮動舌形塔。 浮動

8、舌形塔是20世紀60年代研制的一種定向放射型塔板。如圖示，一端可以浮動，最大張角約20。舌片厚度1.5mm，質(zhì)量約20g。浮動舌形塔處置才干大，壓降小，舌片可以浮動。塔盤霧沫夾帶及漏液較小，操作彈性顯著添加。板效率較高，但其舌片容易損壞 5無降液管塔穿流式柵板塔構(gòu)造穿流式柵板塔 穿流式柵板塔塔盤上無降液管，氣液通道為沖壓而成的長條柵縫或圓形篩孔。操作時蒸氣由柵縫或篩孔上升，液體在塔盤上被上升的氣體擾動構(gòu)成泡沫，兩相在泡沫中進展傳質(zhì)與傳熱。與氣相親密接觸后的液體又不斷從柵縫或篩孔流下，氣液兩一樣時在柵縫或篩孔中構(gòu)成上下穿流。 板式塔性能的比較塔型與泡罩塔 相比的相對氣相負荷效率操作 彈性85%最

9、大負 荷時的單板 壓降（Pa）與泡罩 塔相比 的相對 價格可靠性泡罩塔1.0良超4417841.0優(yōu)浮閥塔1.3優(yōu)超4415880.7良篩板塔1.3優(yōu)良2944900.7優(yōu)舌形塔1.35良超3906860.7良柵板塔2.0良中2453900.5中二、板式塔的主要內(nèi)部構(gòu)件 1、塔盤 溢流型塔盤由塔板、降液管、受液槽、溢流堰和氣液接觸元件等組成。 按塔徑及構(gòu)造分為：整塊式塔盤：DN700mm，分塊式塔盤：DN800mm。 整塊式塔盤按組裝方式分為定距管式、重疊式塔盤。塔體由假設(shè)干塔節(jié)組成，內(nèi)裝有一定數(shù)量的塔盤，塔節(jié)間用法蘭銜接。1整塊式塔盤定距管式重疊式塔盤 塔徑DN=300500mm時，塔節(jié)高度

10、L=8001000mm；塔徑DN=600700mm時，塔節(jié)高度L=12001500mm。為方便安裝，每個塔節(jié)中的塔盤數(shù)為56塊。2分塊式塔盤 對于直徑較大的塔，將塔盤制呵斥分塊式，以便于制造，安裝、檢修，并且能經(jīng)過人孔送入塔內(nèi)，焊于塔體內(nèi)壁塔盤支承件上，如下圖。此時塔體為開設(shè)人孔的焊制整體圓筒。 對分塊式塔盤板要求其構(gòu)造簡單，裝拆方便，剛性足夠，便于制造、安裝和維修。塔盤有本身梁式和槽式兩類。常用本身梁式將塔盤板沖壓出折邊，折邊與塔盤板的板面之間有一比塔板面低一板厚的凹肩，用以搭接與其相鄰的塔盤板添加剛性，構(gòu)造簡單，節(jié)省鋼材。1出口堰； 2上段降液板 ； 3下段降液板； 4受液盤； 5支撐梁；

11、 6支撐圈 ；7受液盤； 8入口堰； 9塔盤邊板； 10塔盤板； 11緊固件； 12通道板； 13降液板 14出口堰 15緊固件 16銜接板2、溢流安裝降液管、溢流堰、受液盤降液管：降液管有圓形與弓形兩大類，如下圖。常用的是弓形降液管。 受液盤：為保證降液管出口處的液封，在塔盤上設(shè)有受液盤。受液盤有平 型和凹型兩種。 溢流堰：根據(jù)位置不同溢流堰分為進口堰及出口堰。進口堰用于平型受液盤，保證降液管的液封，使液體均勻流入下層塔盤，并減少液流在程度方向的沖擊，設(shè)在液流進入端。 1受液管；2降液管；3塔盤板；4塔壁1塔壁；2降液板；3塔盤板；4受液盤；5筋板 受液盤構(gòu)造 3、除沫安裝 塔設(shè)備操作氣速大

12、時，塔頂霧沫夾帶嚴重，呵斥物料流失，降低效率，污染環(huán)境。為減少液體夾帶損失，確保氣體純度以及后續(xù)設(shè)備正常操作，在氣體出口處設(shè)置除沫安裝。除沫安裝分為絲網(wǎng)除沫器、折流板除沫器、旋流板除沫器、多孔資料除沫器、玻璃纖維除沫器等。 絲網(wǎng)除沫器特點是比外表積大，分量輕、空隙率大、運用方便，除沫效率高、壓力降小、運用廣泛，運用于清潔氣體。不宜用于液滴中含有或易析出固體物質(zhì)的場所(如堿液、碳酸氫鈉溶液等)，以免液體蒸發(fā)后留下固體堵塞絲網(wǎng)。當(dāng)霧沫中含有少量懸浮物時，應(yīng)留意經(jīng)常沖洗。 折流板除沫器由50mm50mm3mm角鋼制成，如下圖。當(dāng)夾帶液體的氣體經(jīng)過角鋼通道時，由于碰撞及慣性作用而到達截留及慣性分別。分

13、別下來的液體由導(dǎo)液管與進料一同進入分布器。折流板除沫器構(gòu)造簡單，不易堵塞，但金屬耗費量大，造價較高。普通情況下，它可除去510-2mm 以上的液滴，壓力降為50100Pa。 旋流板除沫器如下圖。夾帶液滴的氣體經(jīng)過葉片時產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)和離心運動，在離心力的作用下將液滴甩至塔壁，從而實現(xiàn)氣液分別，除沫效率可達95%。4、塔設(shè)備的進出口接納 塔設(shè)備上由于工藝、檢測和安裝、檢修的需求，安裝有各種接納，物料進出口、人孔，測壓、測溫、取樣及安裝液面計等都需求接納。幾種常見的物料進出口接納構(gòu)造如下圖。 塔底防渦器 1塔底；2出料管；3立板；4頂板5、防渦器和濾焦器 填料塔的根本特點是構(gòu)造簡單，壓力降小，傳質(zhì)效率高

14、，便于采用耐腐蝕資料制造。 1開發(fā)多種方式、規(guī)格和材質(zhì)的高效、低壓降、大流量的填料； 2與不同填料相匹配的塔內(nèi)件構(gòu)造； 3填料層中液體的流動和分布規(guī)律； 4蒸餾過程的模擬。 高性能的填料及新型塔內(nèi)件，氣體及液體分布器的研討。填料塔 填料塔是以塔內(nèi)裝有大量的填料為相間接觸構(gòu)件的氣液傳質(zhì)設(shè)備。填料塔的構(gòu)造較簡單，如下圖。填料塔的塔身是不斷立式圓筒，底部裝有填料支承板，填料以亂堆或整砌的方式放置在支承板上。在填料的上方安裝填料壓板，以限制填料隨上升氣流的運動。液體從塔頂參與，經(jīng)液體分布器噴淋到填料上，并沿填料外表流下。氣體從塔底送入，經(jīng)氣體分布安裝(小直徑塔普通不設(shè)氣體分布安裝)分布后，與液體呈逆流

15、延續(xù)經(jīng)過填料層空隙。在填料外表氣液兩相親密接觸進展傳質(zhì)。填料塔屬于延續(xù)接觸式的氣液傳質(zhì)設(shè)備，兩相組成沿塔高延續(xù)變化，在正常操作形狀下，氣相為延續(xù)相，液相為分散相。 填料是填料塔的中心內(nèi)件，它為氣液兩相接觸進展傳質(zhì)和傳熱提供外表。與其他內(nèi)件共同決議填料塔的性能。設(shè)計時，首先選擇填料。填料的類型1單位體積填料的外表積，即比外表積要大，且填科外表易為液體所潤濕。2單位體積填料的空隙體積，即空隙率要高，以添加氣汽液的經(jīng)過才干、減小流動阻力。3經(jīng)久耐用，具有良好的耐腐蝕性、較高的機械強度和必要的耐熱性。4取材容易，價錢廉價。根本要求1、散裝填料 安裝以亂堆為主的填料，也可以整砌。具有一定外形的顆粒體，根

16、據(jù)外形分為：環(huán)形、鞍形及環(huán)鞍形。 從散裝填料的開展沿革看，它曾閱歷了三代開展階段。從1907年到50年代開展出了以拉西環(huán)和弧鞍形填料為代表的第一代填料；隨后到70年代相繼開發(fā)出了鮑爾環(huán)和矩鞍形填料為代表的第二代填料；從70年代起又開發(fā)出了環(huán)矩鞍、階梯環(huán)和納特環(huán)等第三代填料。第一代填料是隨后開發(fā)的各種填料的根底，但因其性能差，工業(yè)上如今幾乎不再運用。第二代填料至今還在工業(yè)上廣泛運用，而第三代填料因其具有更優(yōu)良的性能，正在獲得越來越廣泛的運用。據(jù)文獻報道，金屬矩鞍環(huán)的填料塔已有數(shù)千座正在運轉(zhuǎn)，最大塔直徑達20m。a垃西環(huán) b環(huán) c十字格環(huán) d鮑爾環(huán) e弧環(huán)f矩環(huán) g階梯環(huán) h金屬鞍環(huán) i網(wǎng)環(huán) j波

17、紋填料 (1) 拉西環(huán) 拉西環(huán)填料于1914年由拉西(F Rashching)發(fā)明，是運用最早的一種填料，為外徑與高度相等的圓環(huán)，如下圖。由于拉西環(huán)在裝填時容易產(chǎn)生架橋、空穴等景象，圓環(huán)的內(nèi)部液體不易流入，所以極易產(chǎn)生液體的偏流、溝流和壁流，氣液分布較差，傳質(zhì)效率低。又由于填料層持液量大，氣體經(jīng)過填料層折返的途徑長，所以氣體經(jīng)過填料層的阻力大，通量小。目前拉西環(huán)工業(yè)運用較少，已逐漸被其他新型填料所 取代。拉西環(huán) (2) 鮑爾環(huán) 可用金屬、陶瓷和塑料等制造，它是在拉西環(huán)的壁上開一層(25mm以下的環(huán))或二層(50mm以上的環(huán))長方形小窗而成。小窗舌片向環(huán)中心彎曲搭接，如開有二層小窗，那么上下二層

18、開口錯開。經(jīng)如此改良后，填料具有更開放的空間，填料外表更易潤濕，對汽相流動的阻力大為降低，汽液兩相流動更易均布，因此，其流膂力學(xué)和傳質(zhì)性能得到明顯改良。同種材質(zhì)、同種規(guī)格的兩種填料相比，鮑爾環(huán)的氣體通量較拉西環(huán)增大50%以上，傳質(zhì)效率添加30%左右。自從德國巴斯夫(BASF)公司于1948年開發(fā)勝利此填料后，立刻在工業(yè)中得到廣泛運用，逐漸取代了拉西環(huán)。3階梯環(huán) 類似于鮑爾環(huán)，但高度減小一半，一端擴為喇叭形翻邊，添加了填料環(huán)的強度，且使填料在堆積時相互的接觸由線接觸為主變成為以點接觸為主，添加了填料顆粒的空隙，減少了氣體經(jīng)過填料層的阻力，改善了液體的分布，促進了液膜的更新，提高了傳質(zhì)效率。由金屬

19、、陶瓷和塑料等資料制成。4弧鞍形填料 通常由陶瓷制成?；⌒蔚囊后w通道，空隙較環(huán)形填料延續(xù)，氣體向上主要沿弧形通道流動，改善了氣-液流動情況。由于相鄰填料容易產(chǎn)生套疊和架空的景象，使一部分填料外表不能被潮濕，即不能成為有效的傳質(zhì)外表，目前根本被矩鞍形填料所取代。5矩鞍形填料。 敞開式填料，由弧鞍型填料開展而來，它將弧鞍填料的兩端由圓弧改為矩形，抑制了弧鞍填料容易相互疊合的缺陷。重疊較少，空隙率較大，填料外表利用率高；壓降低，傳質(zhì)效率比拉西環(huán)提高40%以上，不易被固體懸浮顆粒堵塞，裝填時破碎量較少；運用廣泛?？捎么少|(zhì)資料、塑料制成。6矩鞍環(huán) 將開孔環(huán)形填料和矩鞍填料的特點相結(jié)合，既有類似于開孔環(huán)形

20、填料的圓環(huán)、環(huán)壁開孔和內(nèi)伸的舌片，又有類似于矩鞍填料的圓弧形通道，開敞的構(gòu)造。用薄金屬板沖制的整體環(huán)鞍構(gòu)造，兩側(cè)的翻邊添加了填料的強度和剛度。流體的通量大、壓降低、滯留量小，利于液體在填料外表的分布，從而提高傳質(zhì)性能，與金屬鮑爾環(huán)相比，通量提高1530%，壓降降低4070%，效率提高10%左右。2、規(guī)整填料 絲網(wǎng)波紋填料金屬塑料板波紋填料金屬填料塑料填料陶瓷板波紋填料 在塔內(nèi)按均勻的幾何圖形規(guī)那么、整齊地堆砌的填料。碳纖金屬絲網(wǎng)波紋填料 采用金屬材質(zhì)，如不銹鋼，銅、鋁、鐵、鎳及蒙乃爾等，塑料絲網(wǎng)波紋填料及碳纖維波紋填料。此類填料空隙率及比外表積均較大，填料的外表潤濕率高，但是造價高，易堵塞。絲網(wǎng)波紋填料 用外表具有溝紋及小孔的金屬板波紋片替代金屬網(wǎng)波紋片，即每個填料盤由假設(shè)干金屬板波紋片相互疊合而成。板波紋填料分為：金屬、塑料及陶瓷板波紋填料三大類。金屬板波紋填料保管了金屬絲網(wǎng)波紋填料壓降低、通量高、持液量小，氣液分布均勻，幾乎無放大效應(yīng)等優(yōu)點，傳質(zhì)效率也比較高。板波紋填料金屬孔板波紋填料填料的支撐安裝 填料支撐安裝安裝在填料