填料分类

鲍尔环

波纹填料

拉西环

丝网除沫器

金属填料

陶瓷填料

塔内件

塑料填料

微孔陶瓷

瓷球

轻瓷填料

塔设备是化工、石油化工和炼油等生产中重要的设备之一。在塔设备中完成的常见单元操作有：精馏、吸收、解吸和等。工业气体的冷却与回收、气体的湿法冷制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的增湿、减湿等。生产装置的大型化和高新技术的发展对化工塔器提出了更高的要求，激烈的竞争促进了化工塔器的迅速发展。 

 

　　1.1塔器的定义 

　　塔器，为圆筒形焊接结构的工艺设备，由筒体、封头（或称盖头）和支座组成。是专门为某种生产工艺要求而设计、制造的非标准设备。塔是用于蒸馏、提纯、吸收、解吸、精馏等化工单元操作的直立设备，广泛用于气-液相与液-液相之间传质、传热。 

　　1.2塔器的分类 

　　塔设备经过长期的发展，形成了各种各样的结构，以满足不同的需要。塔设备可按不同的方法分类，如按操作压力分为常压塔、减压塔和加压塔；按单元操作分为精馏塔、吸收塔、解析塔、反应塔和干燥塔。但长期以来，常用的分类方法是按塔的内部结构分为板式塔和填料塔两大类。 

　　塔器技术的发展经历了一个漫长的过程。泡罩塔是出现较早并获得广泛应用的一种塔型，工业规模的填料塔始于1881年的蒸馏操作中，1904年才用于炼油工业。20世纪初，随着炼油工业的发展和石油工业的兴起，塔设备开始得到广泛应用，并逐渐积累了有关设计、制造、安装、操作等方面的数据和经验。20世纪中期，为了适应各种化工产品的生产和发展，不需要新建大量的塔，还要对原有塔设备进行技术改造，因此陆续出现了一批能适应各方面要求的新塔型。近年来，随着对筛板塔研究工作的不断深入和设计方法的日趋完善，筛板塔已成为生产上广泛应用的塔型之一。同时，填料塔也进入了一个新的阶段，一些新型高效塔内件和填料塔的问世，加上人们对传质过程的仿真模拟及放大效应的解决，使填料塔在以板式塔为主的应用场合中，尤其是大型塔的应用中得到了很好的发展，并取得了一定的经济效益。 

　　3.1塔板类型及结构特点 

　　常见的塔板类型有：泡罩塔板、筛孔塔板、浮阀塔板、新型的喷射型塔板、浮动喷射型塔板等。 

　　3.1.1泡罩塔。泡罩塔塔板上开有若干个孔，孔上焊有短管作为上升气体的通道，称为升气管。短管上覆以泡罩，泡罩下部周边开有许多齿缝，齿缝一般有矩形，三角形及梯形三种，常用的是矩形。泡罩的尺寸有φ80mm、φ100mm、φ150mm三种，操作时，液体横向流过塔板，靠溢流堰保持塔板上有一定厚度的流动液层，齿缝浸没于液层之中而形成液封。上升气体通过齿缝进入液层时，被分散成许多细小的气泡或流股，在板上形成了鼓泡层和泡沫层，为气液两相提供了大量的传质界面。 

　　3.1.2筛板塔。筛板塔板上开有许多均布的筛孔，孔径一般为3～8mm，筛孔在塔板上作正三角形排列。操作时，液体横向流过塔板，靠溢流堰，使板上能维持一定厚度的液层，上升气流通过筛孔分散成细小的流股，在板上液层中鼓泡而出，气液间密切接触而进行传质。 

　　3.1.3浮阀塔。浮阀塔坂上开有若干标准孔径为Ф39mm的孔，每个孔上装有一个可以上下浮动的阀片。目前国内已采用的浮阀有五种，但常用的型式为F1型、V-4型及T型。 

　　3.1.4舌型塔。舌型塔板的结构如图所示。塔板上冲出许多舌形孔，舌片与板面成一定角度，向塔板的溢流出口侧张开。舌片与板面成一定角度，有180、200、250三种，常用的为200，舌片尺寸有50mm×50mm和25mm×25mm两种。舌孔按正三角形排列，塔板上的液流出口侧不设溢流堰，只保留降液管，降液管截面积要比一般塔板设计得大些。 

　　3.2 流体力学性能 

　　板式塔的操作能否正常进行，与塔内气液两相的流体力学状况有关。板式塔的流体力学特性包括：塔板压降、液泛、雾沫夹带、漏液及液面落差等。塔板压降，也就是气体通过塔板时的阻力损失，包括干板阻力（由板上各部件所造成的局部阻力）、板上充气液层的静压强、板上液体的表面张力（摩擦阻力）。 

　　正常操作时，降液管中有一足够的液体高度，以克服两板间由气体压差造成的压降使液体能够自上而下流动。但若气相的流量增加，则塔板压降升高，降液管内液 体流动不畅，从而导致管内液体积累；若液相的流量增加，降液管内截面不能满足该液体顺利流过，则管内液体积累，从而必然使降液管内液体不断，终使整个板间充满液体，使塔操作被严重破坏。这种现象即为液泛（淹塔）。当气速升高，使塔板处于泡沫状态或喷射状态时，液体被吹散成液滴而被抛到一定的高度，其中某些液滴被带到上一层塔板，该现象称为雾沫夹带。 

　　在正常操作的塔板上，液体横向流过塔板，然后通过降液管流下。但若气体通过塔板的速度下降，上升气体通过孔道的动压不足以克服板上液体的重力，液体从塔板上的开孔处往下漏，称漏液。 

　　4.1填料类型。填料有很多种形式，一般分为两类，一类是个体填料如拉西环填料、鲍尔环、鞍形环等；另一类是规整填料，如栅板、θ网环、波纹填料等。根据操作流体的不同，可分别选用陶瓷、金属、塑料、玻璃、石墨等材料的填料。 

　　4.2流体力学特性。填料塔的流体力学性能包括持液量、填料层的压强降、液泛及填料的润湿性能等。填料层的持液量是指在一定操作条件下，在单位体积填料层内所积存的液体体积，以（m3液体）/（m3填料）表示。持液量可分为静持液量Hs、动持液量Ho和总持液量Ht。静持液量是指当填料被充分润湿后，停止气液两相进料，并经排液至无滴液流出时存留于填料层中的液体量，其取决于填料和流体的特性，与气液负荷无关。 

　　填料塔具有较大的调节范围及操作弹性，这点对生产运行非常有利。特别是用户对于氧、氮产品需求变化幅度比较大的时候，可充分利用填料塔的特点进行快速变负荷，在相适应的变负荷控制系统下，满足用户的需求，并确保填料塔精馏工况特别是物料纯度的稳定。 

　　板式塔与填料塔之间实际上是存在竞争的。在两者的竞争中，虽然采用规整填料的填料塔在改造旧式塔及在真空蒸馏中占有明显的势，但在新建的蒸馏塔和在高压蒸馏过程中，板式塔仍有其的性能。所以，板式塔将会与填料塔长期共同存在。今后板式塔和填料塔仍然将在不同场合下相互竞争。所以，在今后的研究和开发中，填料塔和板式塔应同样受到重视。