四、塔器

　　塔設(shè)備是化工、石油工業(yè)中廣泛使用的重要生產(chǎn)設(shè)備。用以實(shí)現(xiàn)蒸餾和吸收兩種分離操作的塔設(shè)備分別稱(chēng)為蒸餾塔和吸收塔。這類(lèi)塔設(shè)備的基本功能是提供氣、液兩相充分接觸的機(jī)會(huì)，使傳質(zhì)、傳熱兩種過(guò)程能夠迅速有效地進(jìn)行，還要求能使接觸之后的氣、液兩相及時(shí)分開(kāi)，互不夾帶。

　　(一)塔設(shè)備分類(lèi)及性能

　　根據(jù)塔內(nèi)氣、液接觸部件的結(jié)構(gòu)形式，可將塔設(shè)備分為兩大類(lèi)：板式塔與填料塔。

　　1.板式塔

　　按照塔內(nèi)氣、液流動(dòng)方式，可將塔板分為錯(cuò)流塔板與逆流塔板兩類(lèi)。

　　常用的板式塔有泡罩塔、篩板塔、浮閥塔、舌形噴射塔以及一些新型塔和復(fù)合型塔(如浮動(dòng)噴射塔、浮舌塔、壓延金屬網(wǎng)板塔、多降液管篩板塔等)

　　(1)泡罩塔。是較早為工業(yè)蒸餾操作所采用的一種氣—液傳質(zhì)設(shè)備。每層塔板上裝有若干短管作為上升氣體通道，稱(chēng)為升氣管。由于升氣管高出液面，故板上液體不會(huì)從中漏下。升氣管上覆以泡罩，泡罩下部周邊開(kāi)有許多齒縫。在操作條件下，齒縫浸沒(méi)在板上液層中，形成液封。上升氣體通過(guò)齒縫被分散成細(xì)小的氣泡或流股進(jìn)入液層。板上的鼓泡液層或充氣的泡沫體為氣、液兩相提供了較大的傳質(zhì)界面。液體通過(guò)降液管流下，并依靠溢流堰以保證塔板上存有一定厚度的液層。

　　泡罩塔的優(yōu)點(diǎn)是不易發(fā)生漏液現(xiàn)象，有較好的操作彈性，即當(dāng)氣、液負(fù)荷有較大的波動(dòng)時(shí)，仍能維持幾乎恒定的板效率;塔板不易堵塞，對(duì)于各種物料的適應(yīng)性強(qiáng)。缺點(diǎn)是塔板結(jié)構(gòu)復(fù)雜，金屬耗量大，造價(jià)高;板上液層厚，氣體流徑曲折，塔板壓降大，兼因霧沫夾帶現(xiàn)象較嚴(yán)重，限制了氣速的提高，故生產(chǎn)能力不大;且板上液流遇到的阻力大，致使液面落差大，氣體分布不均，也影響了板效率的提高。

　　(2)篩板塔。是在塔板上開(kāi)有許多均勻分布的篩孔，上升氣流通過(guò)篩孔分散成細(xì)小的流股，在板上液層中鼓泡而出，與液體密切接觸。篩孔在塔板上做正三角形排列，其直徑宜為3～8mm，孔心距與孔徑之比常在2.5～4.0范圍內(nèi)。塔板上設(shè)置溢流堰，以使板上維持一定濃度的液層。在正常操作范圍內(nèi)，通過(guò)篩孔上升的氣流，應(yīng)能阻止液體經(jīng)篩孔向下泄漏。液體應(yīng)通過(guò)降液管逐板流下。

　　篩板塔的突出優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，金屬耗量小，造價(jià)低廉;氣體壓降小，板上液面落差也較小，其生產(chǎn)能力及板效率較泡罩塔高。主要缺點(diǎn)是操作彈性范圍較窄，小孔篩板易堵塞。

　　(3)浮閥塔。是國(guó)內(nèi)許多工廠進(jìn)行蒸餾操作時(shí)最樂(lè)于采用的一種塔型。在吸收、脫吸等操作中也有應(yīng)用，效果較好。浮閥塔板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在帶有降液管的塔板上開(kāi)有若干大孔(標(biāo)準(zhǔn)孔徑為39mm)，每孔裝一個(gè)可以上下浮動(dòng)的閥片，由孔上升的氣流，經(jīng)過(guò)閥片與塔板的間隙而與板上橫流的液體接觸。國(guó)內(nèi)最常采用的閥片形式有F1型，另外還有V—4型及T型浮閥。

　　浮閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，節(jié)省材料，廣泛用于化工及煉油生產(chǎn)中。浮閥塔具有下列優(yōu)點(diǎn)：

　　1)生產(chǎn)能力大

　　2)操作彈性大

　　3)塔體板效率高

　　4)氣體壓降及液面落差較小

　　5)塔的造價(jià)較低

　　(4)噴射型塔

　　1)舌形塔板。在舌形塔板上沖出許多舌形孔，舌葉與板面成一定角度，向塔板的溢流出口側(cè)張開(kāi)。上升氣流穿過(guò)舌孔后，沿舌葉的張角向斜上方以較高速度(20～30m/s)噴出。從上層塔板降液管流出的液體，流過(guò)每排舌孔時(shí)，即為噴出的氣流強(qiáng)烈擾動(dòng)而形成泡沫體，并有部分液滴被斜向噴射到液層上方。最后在塔板的出口側(cè)，被噴射的液流高速?zèng)_至降液管上方的塔壁，流入降液管。舌形塔板開(kāi)孔率較大，故可采用較大氣速，生產(chǎn)能力比泡罩、篩板等塔型的都大，且操作靈敏、壓降小。當(dāng)塔內(nèi)氣體流量較小時(shí)，不能阻止液體經(jīng)舌孔泄漏。所以舌型塔板也有對(duì)負(fù)荷波動(dòng)的適應(yīng)能力較差的缺點(diǎn)。此外，板上液流被氣體噴射后，仍帶有大量的泡沫，易將氣泡帶到下層塔板，尤其在液體流量很大時(shí)，這種氣相夾帶的現(xiàn)象更嚴(yán)重，將使板效率明顯下降。這是噴射型塔板一個(gè)值得注意的問(wèn)題。

　　2)浮動(dòng)噴射塔板

　　浮動(dòng)噴射塔的優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)能力大，操作彈性大，壓強(qiáng)降小，持液量小。缺點(diǎn)是操作波動(dòng)較大時(shí)，液體入口處泄漏較多;液量小時(shí)，板上易“干吹”;液量大時(shí)，板上液體出現(xiàn)水浪式的脈動(dòng)，因而影響接觸效果，板效率降低。塔板結(jié)構(gòu)復(fù)雜，浮板也易磨損及脫落。

　　3)浮舌塔板。是綜合浮閥和固定舌形塔板的長(zhǎng)處而提出的又一種噴射型塔板。據(jù)研究，這種塔板的壓強(qiáng)降要比浮閥塔板及固定舌形塔板都低，而操作彈性范圍較二者都大，在板效率及泄漏量方面也優(yōu)于固定舌形塔板。

　　2.填料塔

　　填料塔也是一種重要的氣、液傳質(zhì)設(shè)備。它的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，在塔體內(nèi)充填一定高度的填料，其下方有支承板，上方為填料壓板及液體分布裝置。液體自填料層頂部分散后沿填料表面流下而潤(rùn)濕填料表面;氣體在壓強(qiáng)差推動(dòng)下，通過(guò)填料間的空隙由塔的一端流向另一端。氣、液兩相間的傳質(zhì)通常是在填料表面上液體與氣相間的界面上進(jìn)行的。塔殼可由陶瓷、金屬、玻璃、塑料等材料制成，必要時(shí)也可在金屬筒體內(nèi)襯以防腐材料。為保證液體在整個(gè)截面上的均勻分布，塔體應(yīng)具有良好的垂直度。

　　填料塔不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且具有阻力小和便于用耐腐材料制造等優(yōu)點(diǎn)，尤其對(duì)于直徑較小的塔、處理有腐蝕性的物料或減壓蒸餾系統(tǒng)，都表現(xiàn)出明顯的優(yōu)越性。另外，對(duì)于某些液、氣比較大的蒸餾或吸收操作，若采用板式塔，則降液管將占用過(guò)多的塔截面積，此時(shí)也宜采用填料塔。

　　為使填料塔發(fā)揮良好的效能，填料應(yīng)符合以下要求：

　　(1)要有較大的比表面積。單位體積填料層所具有的表面積稱(chēng)為填料的比表面積，以ε表示，其單位為m2/ m3。填料表面只有被流動(dòng)的液相所潤(rùn)濕，才能構(gòu)成有效的傳質(zhì)面積。因此，若希望有較高的傳質(zhì)速率，除了需要有較大的比表面積之外，還要求填料有良好的潤(rùn)濕性能及有利于液體在填料上均勻分布的形狀。

　　(2)要有較高的空隙率。單位體積填料層所具有的空隙體積稱(chēng)為填料的空隙率，以￡表示，其單位為m3/m3。一般說(shuō)來(lái)，填料的空隙率多在0.45～0.95范圍以?xún)?nèi);當(dāng)填料的空隙率較高時(shí)，氣、液通過(guò)能力大且氣流阻力小，操作彈性范圍較寬。

　　(3)從經(jīng)濟(jì)、實(shí)用及可靠的角度出發(fā)，還要求單位體積填料的重量輕、造價(jià)低、堅(jiān)固耐用、不易堵塞、有足夠的力學(xué)強(qiáng)度，對(duì)于氣、液兩相介質(zhì)都有良好的化學(xué)穩(wěn)定性等。

　　上述各項(xiàng)條件，未必為每種填料所兼?zhèn)洌�在�?shí)際應(yīng)用時(shí)，可根據(jù)具體情況加以適當(dāng)選擇。

　　(二)塔器類(lèi)設(shè)備的運(yùn)輸與吊裝

　　1.設(shè)備水平運(yùn)輸

　　是指將設(shè)備從倉(cāng)庫(kù)或堆放地點(diǎn)運(yùn)至安裝地點(diǎn)(基礎(chǔ)附近)。塔器類(lèi)設(shè)備組裝或拼裝時(shí)，由于條件限制，不能在基礎(chǔ)附近組裝。因此，吊裝時(shí)，也要把組裝好的設(shè)備進(jìn)行場(chǎng)內(nèi)二次運(yùn)輸。

　　2.設(shè)備吊裝就位

　　(1)機(jī)械化吊裝

　　(2)半機(jī)械化吊裝

　　抱桿(單抱桿或雙抱桿)是建設(shè)工程中吊裝大型靜置設(shè)備的主要起重工具。重型設(shè)備的質(zhì)量在200t以上，設(shè)備高度50～80m。當(dāng)機(jī)械起重機(jī)難以完成吊裝時(shí)，均可采用抱桿吊裝。

　　1)單抱桿吊裝塔類(lèi)設(shè)備。塔的質(zhì)量在350t以?xún)?nèi)，塔直徑較小，可以采用單抱桿起吊。

　　2)雙抱桿起吊塔器類(lèi)設(shè)備。塔的直徑較大，質(zhì)量在350～700t之間，可以采用雙抱桿起吊。

　　3)塔群吊裝。對(duì)于塔群的起吊方法，應(yīng)有周密的施工方案。塔群的安裝位置如果為一條直線，塔與塔之間相隔離不遠(yuǎn)，可以根據(jù)具體情況，安裝一座雙桅桿或單抱桿，通過(guò)位移依次吊裝，而不宜將每一座塔的抱桿安裝、拆除一次。

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