化工设备_板式塔.

第一节概述第二节板式塔及其结构设计第三节填料塔及其结构设计第四节其它结构设计第五节塔体和裙座的强度计算11.板式塔总体结构22)按气液两相流动方式1)按塔盘结构错流板式塔和逆流板式塔，或称有降液管的塔盘和无降液管的塔盘。有降液管的塔盘应用较广.(目前应用最广的是筛板塔及浮阀塔)泡罩塔筛板塔浮阀塔舌形塔2.板式塔的分类3（a）错流式（b）逆流式3)按液体流动型式单溢流型双溢流型a.单溢流型塔盘——应用最为广泛，结构简单，液体行程长，有利于提高塔盘效率；但当塔径或液量大时，塔盘上液位梯度较大，导致气液分布不均或降液管过载。4单溢流型塔盘排列6b.双溢流塔盘优点：用于塔径及液量较大时，液体分流为两股，减小了塔盘上的液位梯度，减少了降液管的负荷；缺点：降液管要相间地置于塔盘的中间或两边，多占了一部分塔盘的传质面积。7优点：操作弹性较大，在负荷变动范围较大时能保持较高效率，液气比范围大，不易堵塞，能适用多种介质，操作稳定可靠。缺点：结构复杂，造价高，安装维修麻烦。（1）泡罩塔8泡罩塔盘的主要结构：泡罩、升气管、溢流管及降液管。工作原理1）液体由上层塔盘通过左侧降液管经下部A处流入塔盘；2）横向流过塔盘上布置泡罩的区段B-C（气液接触区），C-D段用于初步分离液体中夹带的气泡；3）液体越过出口堰板并流入右侧降液管。在堰板上方的液层高度称为堰上液层高度，液体流入降液管内后经静止分离，蒸汽上升返回塔盘，清液流入下层塔盘。4）蒸汽由下层塔盘上升进入泡罩升气管内，经过升气管与泡罩间的环形通道，穿过泡罩的齿缝分散到泡罩间的液层中去。蒸汽从齿缝中流出时，形成气泡，搅动塔盘上的液体，在液面上形成泡沫层。气泡离开液面时破裂成带有液滴的气体，小液滴相互碰撞形成大液滴而降落，回到液层中。9设计及操作时应避免的问题1）锥流：出现液体流量很小或液封高度不够，蒸气从齿缝推开液体，掠过液面直接上升，使气液接触不良。2）脉冲鼓泡：蒸汽量太小，气体不能以连续鼓泡的形式通过液层，下层塔盘逐渐积蓄蒸汽，使之压力升高，当升高到足够的数值后，气体才通过齿缝鼓泡溢出，但又造成气压下降，停止鼓泡，待气压再次升高到一定数值后，才能重新鼓泡通过齿缝。3）倾流：液量过大，蒸气量过小，液体从泡罩的升气管流到下层塔盘。塔盘效率明显下降。4）雾沫夹带：蒸气量过大，速度过高形成过量的液体被气体带到上层塔盘。5）液泛：气、液量均很大，降液管容积太小，部分液体不能通过降液管流下，而阻截在塔盘上，使塔盘上泡沫层高度超过塔盘间距。10（2）浮阀塔1150年代前后开发和应用的，应用最广泛。其工作原理：气、液两相流程与泡罩塔相似。塔盘上开有一定形状的阀孔，蒸气从阀孔上升，顶开阀片，穿过环形缝隙，以水平方向吹入液层，形成泡沫。浮阀能随气速的增减在相当宽的气速范围内自由升降，保持稳定操作。阀片的形状有圆形、矩形等。优点1）生产能力大，比泡罩塔提高20-40%；2）操作弹性大；3）塔盘效率较高，气液接触状态较好，气体沿水平方向吹入液层，雾沫夹带较小；4）结构及安装较简单，重量较轻，制造费用低，仅为泡罩塔的60～80%左右。缺点1）气速较低时，塔盘有漏液，效率下降；2）阀片有卡死和吹脱的可能，导致操作运转及检修的困难；3）塔盘压力降较大，妨碍了它在高气相负荷及真空塔中的应用。周边冲有三个下弯的小定距片。在浮阀关闭阀孔时，它能使浮阀与塔盘间保留一小的间隙，一般为2.5mm，同时，小定距片还能保证阀片停在塔盘上与其他点接触，避免阀片粘在塔盘上而无法上浮。阀片四周向下倾斜，且有锐边，增加气体进入液层的湍动作用，有利于气液传质。浮阀的最大开度由阀腿的高度决定，一般为12.5mm。浮阀—气液传质元件1213工作原理：塔盘分为筛孔区、无孔区、溢流堰及降液管等部分。液体从上层塔盘的降液管流下，横向流过塔盘，越过溢流堰经溢流管流入下层塔盘，塔盘上依靠溢流堰的高度保持其液层高度。蒸气自下而上穿过筛孔时，被分散成气泡，在穿越塔盘上液层时，进行气液两相间的传热与传质。14（3）筛板塔优点：与泡罩塔相比，其生产能力大20～40％，塔盘效率高10～15％，结构简单，造价减少40％左右，安装维修较容易，塔盘制造容易。缺点：小孔径筛板易堵塞，不适宜处理脏，粘性大的和带固体粒子的料液。筛孔15（4）舌型塔16气流垂直向上喷射（如筛板塔），造成较大雾沫夹带。若使气流在盘上沿水平方向或倾斜方向喷射，可减轻夹带，并调节倾斜角度还可改变液流方向，减小液面梯度和液体返混。（一）固定舌型塔盘工作原理：舌片开启一定角度，舌孔方向与液流方向一致，见图。气相喷出推动液体，液面梯度减小，液层减薄，处理能力增大，使压降减小。优缺点：结构简单，安装检修方便，但塔的负荷弹性较小，塔盘效率较低，应用受到一定限制。优缺点：处理能力大，压降小，舌片可以浮动。塔盘雾沫夹带及漏液较小,操作弹性显著增加。板效率较高，但其舌片容易损坏。结构：一端可以浮动，最大张角约20°。舌片厚度1.5mm，质量约20g。(二)浮动舌形塔17（5）各类板式塔类型比较泡罩塔筛板塔浮阀塔穿流式塔（历史悠久，经验较多，设计方法比较成熟）操作稳定，适应范围广；压力降大，结构复杂，投资大，单位处理能力比较小（塔盘上钻小孔）制造简单，造价较廉，传质效率比泡罩塔高，压力降比泡罩塔小；操作稳定性差，塔盘要严格水平，筛孔容易堵塞。（泡罩塔的改进，目前我国已推广）操作稳定，单位处理量大，传质效率比泡罩塔高，制造安装均较简单，造价约高（无降液管）传质效率低；稳定性差，压力小。板式塔类型穿流板塔18塔盘溢流型穿流型具有降液管，塔盘上液层高度由溢流堰高度调节。操作弹性较大，效率较高。气液两相同时穿过塔盘上的孔，处理能力大，压力降小，但操作弹性及效率较差。1）溢流型塔盘组成—塔盘、降液管、受液槽、溢流堰和气液接触元件等。3.板式塔塔盘的结构192）按塔径及结构分为整块式塔盘（DN≤700mm）和分块式塔盘（DN≥800mm）。（一）整块式塔盘重叠式组装方式定距管式结构—塔体由若干塔节组成，内装有一定数量的塔盘，塔节间用法兰连接。201)定距管式塔盘用定距管和拉杆将同一塔节内的几块塔盘支承并固定在塔节内的支座上，定距管起支承塔盘和保持塔盘间距的作用塔盘与塔体之间的间隙，以软填料密封并用压圈压紧;高度随塔径增加,塔径DN=300～500mm时，塔节高度L=800～1000mm；塔径DN=600～700mm时，塔节高度L=1200～1500mm;为方便安装，每个塔节中的塔盘数为5-6块。定距管式支承结构拉杆和定距管结构定距管分布图212)重叠式塔盘塔节下部焊有一组支座，底层塔盘支承在支座上，依次装入上一层塔盘，塔盘间距由其下方的支柱保证，并可用三只调节螺钉调节塔盘的水平。塔盘与塔壁之间的间隙，同样采用软填料密封，用压圈压紧。重叠式塔盘结构1—调节螺栓2—支承板3—支柱4—压圈5—塔盘圈6—填料7—支承圈8—压板9—螺母10—螺柱11—塔盘板12—支座22塔盘两种结构—角焊结构及翻边结构23塔盘圈较低时用塔盘圈较高时用圆钢填料支承圈距塔盘圈顶面h2＝30～40mm塔盘圈高度应不低于溢流堰高度h1＝70mm1-螺栓2—螺母3—压板4—压圈5—填料6—圆钢圈7—塔盘密封结构——软填料密封，石棉线、聚四氟乙烯纤维编织填料24(二)分块式塔盘（DN≥800mm）直径较大，便于制造，安装、检修，通过人孔送入塔内，焊于塔体内壁塔盘支承件上。25分块式塔盘的组装结构1—出口堰2—上段降液板3—下段降液板4—受液盘5—支撑梁6—支撑圈7—受液盘8—入口堰9—塔盘边板10—塔盘板11—紧固件12—通道板13—降液板14—出口堰15—紧固件16—连接板通道板26分类—自身梁式或槽式,常用自身梁式（将塔盘板冲压出折边，足够刚性，结构简单，节省钢材）27通道板、自身梁式塔盘及其连接28通道板接近中央处设置，塔内清洗和维修。在同一垂直位置上，以利采光和拆卸。也可用一块塔盘板代替。29连接结构塔盘之间及通道板与塔盘板之间采用上、下均可拆连接结构。紧固件30一、降液管的型式（结构型式—圆形和弓形两类）圆形降液管用于液体负荷低，塔径较小，不容易引起泡沫的场合（图（a），(b)，（c））弓型降液管适用于大液量及大直径的塔，塔盘面积的利用率高，降液能力大，气—液分离效果好。4.降液管31二、降液管的尺寸设计准则：使夹带气泡的液流进入降液管后具有足够的分离空间，将气泡分离，仅有清液流往下层塔盘。a.液体在降液管内的流速为0.03～0.12m/s；b.液流通过降液管的最大压降为250Pa；c.液体在降液管内的停留时间为3-5s，通常＜4s；d.降液管内清液层的最大高度不超过塔盘间距的一半；e.越过溢流堰降落时抛出的液体，不应射及塔壁，降液管的截面积占塔盘总面积的比例，通常为5～25%之间。32降液管的液封结构液封高度hw——防止气体从降液管底部窜入，见图。间距ho——降液管底端到下层塔盘受液盘面的距离。（hw-ho）=6～12mm。大型塔不小于38mm。33分块式塔盘的降液管，有垂直式和倾斜式垂直式降液管—小直径或负荷小的塔，结构比较简单倾斜式降液管—用于降液面积占塔盘总面积12%以上时，取倾角为10°左右，使降液管下部的截面积为上部截面积的55～60%，增加塔盘的有效面积。34三、降液管的结构搭接式，组装时可调节其位置的高低折边辅助梁式，可增加降液板的刚度，但组装时不能调节兼有可调节及刚性好的结构1.降液管与塔体的连接—可折式352.焊接固定式降液管—适合于介质比较干净，不易聚合，且直径较小的塔设备。保证降液管出口处的液封，设在塔盘上。有平型和凹型两种。1)平型受液盘—用于物料容易聚合的场合。可以避免在塔盘上形成死角。图（a）为一种可拆式平型受液盘。5.受液盘362)凹型受液盘对液体流动有缓冲，当液体通过降液管与受液盘的压力降大于25mm水柱，或使用倾斜式降液管时使用。可降低塔盘入口处的液封高度，使液流平稳，有利于塔盘入口区更好地鼓泡。凹型受液盘的深度一般大于50mm，但不超过塔盘间距的三分之一，否则应加大塔盘间距。液封盘:为保证降液管出口处的液封，设置在塔或塔段的最底层塔盘降液管处。泪孔:供停工时排液用。371-支承圈2-液封盘3-泪孔4-降液板1-圆形降液管,2-筋板,3-液封盘根据位置分为进口堰及出口堰进口堰—平型受液盘，保证降液管的液封，使液体均匀流入下层塔盘，并减少液流在水平方向的冲击，设在液流进入端。出口堰—保持塔盘上液层的高度，并使流体均匀分布。6.溢流堰38单流型塔盘—出口堰长度Lw=(0.6～0.8)Di(其中Di为塔的内径)；双流型塔盘—出口堰长度Lw=（0.5～0.7）Di。出口堰上最大溢流强度＜100～130m3/(h·m),决定出口堰长度。出口堰高度hw—由物料性能，塔型，液体流量及塔盘压力降等因素确定。大于降液管底边至受液盘板面间距ho时，可取高6～8mm，或与ho相等；1）进口堰高度—按以下两种情况确定：,wh当出口堰高度`wh当hw＜ho时，应大于ho以保证液封。`wh39进口堰与降液管的水平距离h1应大于ho值。2）出口堰高度hw—由物料性能，塔型，液体流量及塔盘压力降等因素确定。