化工設(shè)備-板式塔

第一節(jié)概述第二節(jié)板式塔及其結(jié)構(gòu)設(shè)計第三節(jié)填料塔及其結(jié)構(gòu)設(shè)計第四節(jié)其它結(jié)構(gòu)設(shè)計第五節(jié)塔體和裙座的強度計算11.板式塔總體結(jié)構(gòu)22)按氣液兩相流動方式1)按塔盤結(jié)構(gòu)錯流板式塔和逆流板式塔，或稱有降液管的塔盤和無降液管的塔盤。有降液管的塔盤應(yīng)用較廣.(目前應(yīng)用最廣的是篩板塔及浮閥塔)泡罩塔篩板塔浮閥塔舌形塔2.板式塔的分類3（a）錯流式（b）逆流式3)按液體流動型式單溢流型雙溢流型a.單溢流型塔盤——應(yīng)用最為廣泛，結(jié)構(gòu)簡單，液體行程長，有利于提高塔盤效率；但當(dāng)塔徑或液量大時，塔盤上液位梯度較大，導(dǎo)致氣液分布不均或降液管過載。4單溢流型塔盤排列6b.雙溢流塔盤7優(yōu)點：操作彈性較大，在負(fù)荷變動范圍較大時能保持較高效率，液氣比范

圍大，不易堵塞，能適用多種介質(zhì)，操作穩(wěn)定可靠。缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價高，安裝維修麻煩。（1）泡罩塔8泡罩塔盤的主要結(jié)構(gòu)：泡罩、升氣管、溢流管及降液管。工作原理1）液體由上層塔盤通過左側(cè)降液管經(jīng)下部A處流入塔盤；2）橫向流過塔盤上布置泡罩的區(qū)段B-C（氣液接觸區(qū)），C-D段用于初步分離液體中夾帶的氣泡；3）液體越過出口堰板并流入右側(cè)降液管。在堰板上方的液層高度稱為堰上液層高度，液體流入降液管內(nèi)后經(jīng)靜止分離，蒸汽上升返回塔盤，清液流入下層塔盤。4）蒸汽由下層塔盤上升進入泡罩升氣管內(nèi)，經(jīng)過升氣管與泡罩間的環(huán)形通道，穿過泡罩的齒縫分散到泡罩間的液層中去。蒸汽從齒縫中流出時，形成氣泡，攪動塔盤上的液體，在液面上形成泡沫層。氣泡離開液面時破裂成帶有液滴的氣體，小液滴相互碰撞形成大液滴而降落，回到液層中。9設(shè)計及操作時應(yīng)避免的問題1）錐流：出現(xiàn)液體流量很小或液封高度不夠，蒸氣從齒縫推開液體，掠過

液面直接上升，使氣液接觸不良。2）脈沖鼓泡：蒸汽量太小，氣體不能以連續(xù)鼓泡的形式通過液層，下層塔

盤逐漸積蓄蒸汽，使之壓力升高，當(dāng)升高到足夠的數(shù)值后，氣體才通過

齒縫鼓泡溢出，但又造成氣壓下降，停止鼓泡，待氣壓再次升高到一定

數(shù)值后，才能重新鼓泡通過齒縫。3）傾流：液量過大，蒸氣量過小，液體從泡罩的升氣管流到下層塔盤。塔

盤效率明顯下降。4）霧沫夾帶：蒸氣量過大，速度過高形成過量的液體被氣體帶到上層塔盤。5）液泛：氣、液量均很大，降液管容積太小，部分液體不能通過降液管流

下，而阻截在塔盤上，使塔盤上泡沫層高度超過塔盤間距。10（2）浮閥塔1150年代前后開發(fā)和應(yīng)用的，應(yīng)用最廣泛。其工作原理：氣、液兩相流程與泡罩塔相似。塔盤上開有一定形狀的閥孔，蒸氣從閥孔上升，頂開閥片，穿過環(huán)形縫隙，以水平方向吹入液層，形成泡沫。浮閥能隨氣速的增減在相當(dāng)寬的氣速范圍內(nèi)自由升降，保持穩(wěn)定操作。閥片的形狀有圓形、矩形等。優(yōu)點1）生產(chǎn)能力大，比泡罩塔提高20-40%；2）操作彈性大；3）塔盤效率較高，氣液接觸狀態(tài)較好，氣體沿水平方向吹入液層，霧沫夾帶較??；4）結(jié)構(gòu)及安裝較簡單，重量較輕，制造費用低，僅為泡罩塔的60～80%左右。缺點1）氣速較低時，塔盤有漏液，效率下降；2）閥片有卡死和吹脫的可能，導(dǎo)致操作運轉(zhuǎn)及檢修的困難；3）塔盤壓力降較大，妨礙了它在高氣相負(fù)荷及真空塔中的應(yīng)用。周邊沖有三個下彎的小定距片。在浮閥關(guān)閉閥孔時，它能使浮閥與塔盤間保留一小的間隙，一般為2.5mm，同時，小定距片還能保證閥片停在塔盤上與其他點接觸，避免閥片粘在塔盤上而無法上浮。

閥片四周向下傾斜，且有銳邊，增加氣體進入液層的湍動作用，有利于氣液傳質(zhì)。

浮閥的最大開度由閥腿的高度決定，一般為12.5mm。浮閥—氣液傳質(zhì)元件1213工作原理：塔盤分為篩孔區(qū)、無孔區(qū)、溢流堰及降液管等部分。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，塔盤上依靠溢流堰的高度保持其液層高度。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，進行氣液兩相間的傳熱與傳質(zhì)。14（3）篩板塔優(yōu)點：與泡罩塔相比，其生產(chǎn)能力大20～40％，塔盤效率高10～15％，結(jié)構(gòu)簡單，造價減少40％左右，安裝維修較容易，塔盤制造容易。缺點：小孔徑篩板易堵塞，不適宜處理臟，粘性大的和帶固體粒子的料液。篩孔15（4）舌型塔16氣流垂直向上噴射（如篩板塔），造成較大霧沫夾帶。若使氣流在盤上沿水平方向或傾斜方向噴射，可減輕夾帶，并調(diào)節(jié)傾斜角度還可改變液流方向，減小液面梯度和液體返混。（一）固定舌型塔盤工作原理：舌片開啟一定角度，舌孔方向與液流方向一致，見圖。氣相噴出推動液

體，液面梯度減小，液層減薄，處理能力增大，使壓降減小。優(yōu)缺點：結(jié)構(gòu)簡單，安裝檢修方便，但塔的負(fù)荷彈性較小，塔盤效率較低，應(yīng)用受

到一定限制。

優(yōu)缺點：處理能力大，壓降小，舌片可以浮動。塔盤霧沫夾帶及漏液較小,

操作彈性顯著增加。板效率較高，但其舌片容易損壞。

結(jié)構(gòu)：一端可以浮動，最大張角約20°。舌片厚度1.5mm，質(zhì)量約20g。(二)浮動舌形塔17（5）各類板式塔類型比較泡罩塔篩板塔浮閥塔穿流式塔（歷史悠久，經(jīng)驗較多，設(shè)計方法比較成熟）操作穩(wěn)定，適應(yīng)范圍廣；壓力降大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，投資大，單位處理能力比較小（塔盤上鉆小孔）制造簡單，造價較廉，傳質(zhì)效率比泡罩塔高，壓力降比泡罩塔??；操作穩(wěn)定性差，塔盤要嚴(yán)格水平，篩孔容易堵塞。（泡罩塔的改進，目前我國已推廣）操作穩(wěn)定，單位處理量大，傳質(zhì)效率比泡罩塔高，制造安裝均較簡單，造價約高（無降液管）傳質(zhì)效率低；穩(wěn)定性差，壓力小。板式塔類型穿流板塔18塔盤溢流型穿流型具有降液管，塔盤上液層高度由溢流堰高度調(diào)節(jié)。操作彈性較大，效率較高。氣液兩相同時穿過塔盤上的孔，處理能力大，壓力降小，但操作彈性及效率較差。1）溢流型塔盤組成—塔盤、降液管、受液槽、溢流堰和氣液接觸元件等。3.板式塔塔盤的結(jié)構(gòu)192）按塔徑及結(jié)構(gòu)分為整塊式塔盤（DN≤700mm）和分塊式塔盤（DN≥800mm）。（一）整塊式塔盤重疊式組裝方式定距管式結(jié)構(gòu)—塔體由若干塔節(jié)組成，內(nèi)裝有一定數(shù)量的塔盤，塔節(jié)間用法蘭連接。201)定距管式塔盤用定距管和拉桿將同一塔節(jié)內(nèi)的幾塊塔盤支承并固定在塔節(jié)內(nèi)的支座上，定距管起支承塔盤和保持塔盤間距的作用塔盤與塔體之間的間隙，以軟填料密封并用壓圈壓緊;高度隨塔徑增加,塔徑DN=300～500mm時，塔節(jié)高度L=800～1000mm；塔徑DN=600～700mm時，塔節(jié)高度L=1200～1500mm;為方便安裝，每個塔節(jié)中的塔盤數(shù)為5-6塊。定距管式支承結(jié)構(gòu)拉桿和定距管結(jié)構(gòu)定距管分布圖212)重疊式塔盤塔節(jié)下部焊有一組支座，底層塔盤支承在支座上，依次裝入上一層塔盤，塔盤間距由其下方的支柱保證，并可用三只調(diào)節(jié)螺釘調(diào)節(jié)塔盤的水平。塔盤與塔壁之間的間隙，同樣采用軟填料密封，用壓圈壓緊。重疊式塔盤結(jié)構(gòu)

1—調(diào)節(jié)螺栓2—支承板

3—支柱4—壓圈

5—塔盤圈6—填料

7—支承圈8—壓板

9—螺母10—螺柱

11—塔盤板12—支座22塔盤兩種結(jié)構(gòu)—角焊結(jié)構(gòu)及翻邊結(jié)構(gòu)23塔盤圈較低時用塔盤圈較高時用圓鋼填料支承圈距塔盤圈頂面h2＝30～40mm塔盤圈高度應(yīng)不低于溢流堰高度h1＝70mm1-螺栓2—螺母3—壓板4—壓圈5—填料6—圓鋼圈7—塔盤密封結(jié)構(gòu)——軟填料密封，石棉線、聚四氟乙烯纖維編織填料24(二)分塊式塔盤（DN≥800mm）

直徑較大，便于制造，安裝、檢修，通過人孔送入塔內(nèi)，焊于塔體內(nèi)壁

塔盤支承件上。25分塊式塔盤的組裝結(jié)構(gòu)1—出口堰2—上段降液板3—下段降液板4—受液盤5—支撐梁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—連接板通道板26分類—自身梁式或槽式,常用自身梁式（將塔盤板沖壓出折邊，足夠剛性，結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)省鋼材）27通道板、自身梁式塔盤及其連接28通道板接近中央處設(shè)置，塔內(nèi)清洗和維修。在同一垂直位置上，以利采光和拆卸。也可用一塊塔盤板代替。29連接結(jié)構(gòu)塔盤之間及通道板與塔盤板之間采用上、下均可拆連接結(jié)構(gòu)。緊固件30一、降液管的型式（結(jié)構(gòu)型式—圓形和弓形兩類）圓形降液管用于液體負(fù)荷低，塔徑較小，不容易引起泡沫的場合（圖（a），(b)，（c））弓型降液管適用于大液量及大直徑的塔，塔盤面積的利用率高，降液能力大，氣—液分離效果好。4.降液管31二、降液管的尺寸設(shè)計準(zhǔn)則：使夾帶氣泡的液流進入降液管后具有足夠的分離空間，將氣泡分離，僅有清液流往下層塔盤。

a.液體在降液管內(nèi)的流速為0.03～0.12m/s；

b.液流通過降液管的最大壓降為250Pa；

c.液體在降液管內(nèi)的停留時間為3-5s，通常＜4s；

d.降液管內(nèi)清液層的最大高度不超過塔盤間距的一半；

e.越過溢流堰降落時拋出的液體，不應(yīng)射及塔壁，降液管的截面積占塔盤總面積的比例，通常為5～25%之間。32降液管的液封結(jié)構(gòu)液封高度hw——防止氣體從降液管底部竄入，見圖。間距ho——降液管底端到下層塔盤受液盤面的距離。（hw-ho）=6～12mm。大型塔不小于38mm。33分塊式塔盤的降液管，有垂直式和傾斜式

垂直式降液管—小直徑或負(fù)荷小的塔，結(jié)構(gòu)比較簡單傾斜式降液管—用于降液面積占塔盤總面積12%以上時，取傾角為10°左右，使降液管下部的截面積為上部截面積的55～60%，增加塔盤的有效面積。34三、降液管的結(jié)構(gòu)搭接式，組裝時可調(diào)節(jié)其位置的高低折邊輔助梁式，可增加降液板的剛度，但組裝時不能調(diào)節(jié)兼有可調(diào)節(jié)及剛性好的結(jié)構(gòu)1.降液管與塔體的連接—可折式352.焊接固定式降液管—適合于介質(zhì)比較干凈，不易聚合，且直徑較小的塔設(shè)備。保證降液管出口處的液封，設(shè)在塔盤上。有平型和凹型兩種。1)平型受液盤—用于物料容易聚合的場合?？梢员苊庠谒P上形成死角。圖（a）為一種可拆式平型受液盤。5.受液盤362)凹型受液盤對液體流動有緩沖，當(dāng)液體通過降液管與受液盤的壓力降大于25mm水柱，或使用傾斜式降液管時使用。可降低塔盤入口處的液封高度，使液流平穩(wěn)，有利于塔盤入口區(qū)更好地鼓泡。凹型受液盤的深度一般大于50mm，但不超過塔盤間距的三分之一，否則應(yīng)加大塔盤間距。液封盤:為保證降液管出口處的液封，設(shè)置在塔或塔段的最底層塔盤降液管處。淚孔:供停工時排液用。371-支承圈2-液封盤3-淚孔4-降液板1-圓形降液管,2-筋板,3-液封盤根據(jù)位置分為進口堰及出口堰進口堰—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

減少液流在水平方向的沖擊，設(shè)在液流進入端。出口堰—保持塔盤上液層的高度，并使流體均勻分布。6.溢流堰38單流型塔盤—出口堰長度Lw=(0.6～0.8)Di

(其中Di為塔的內(nèi)徑)；雙流型塔盤—出口堰長度Lw=（0.5～0.7）D