板式塔结构填料塔结构塔强度校核塔设备常见机械故障及排除方法第五章 塔设备概述1.1.塔设备的作用塔设备的作用： 塔设备通过其内部构件使气(汽)液相和液-液相之间充分接触，进行质量传递和热量传递。 通过塔设备完成的单元操作通常有：精馏、吸收、解吸、精馏、吸收、解吸、萃取萃取等，也可用来进行介质的冷却、气体的净制与干燥以及增湿等。 2、塔设备对生产的影响、塔设备对生产的影响 塔设备操作性能的优劣，对整个装置的产品产量、质量、成本、能耗、“三废”处理及环境保护等均有重大影响。因此，随着石油、化工生产的迅速发展，塔设备的合理构造与设计越来越受到关注和重视。化工生产对塔设备提出的要求如下。3、化工生产对塔设备提出的要求如下。、化工生产对塔设备提出的要求如下。工艺性能好。生产能力大。操作稳定性好。能量消耗小。结构合理。选材要合理。安全可靠。上述各项指标的重要性因不同设备而异，要同时满足所有要求很困难。因此，要根据传质种类、介质的物化性质和操作条件的具体情况具体分析，抓住主要矛盾，合理确定塔设备的类型和内部构件的结构形式，以满足不同的生产要求。4、塔设备分类从不同角度可以有不同分类按操作压力分：加压塔；常压塔；减压塔按单元操作分：精馏塔；吸收塔；萃取塔；反应塔；干燥塔按塔的内部结构分：板式塔和填料塔（最常用的分类方式）第一节 填料塔填料塔是一种以连续方式进行气、液传质的设备 结构：填料塔主要由塔体、填料、喷淋装置、液体分布器、填料支承结构、支座等组成。 如图所示，在圆筒形塔体内部，分段装有若干段填料。填料堆积于支撑装置上，液体由塔顶入口管进入分布器，均匀喷淋在填料表面上并在重力作用下向下流动，气体在压强差的推动下，由支承板下方气体入口管进入塔内，通过填料间的空隙由塔的顶部排出。填料塔内气液两相呈逆流流动，气体和液体在填料表面上进行传质和传热，两相的组成沿塔高连续变化 。特点特点：结构简单、压力降小、填料种类多、具有良好的耐腐蚀性能，特别是在处理容易产生泡沫的物料和真空操作时，有其独特的优越性。 发展发展：过去由于填料本体特别是内件的不够完善，使得填料塔局限于处理腐蚀性介质或不宜安装塔板的小直径塔。 近年来，由于填料结构的改进，新型高效填料的开发，以及对填料流体力学、传质机理的深入研究，使填料塔技术得到了迅速发展，填料塔已被推广到所有大型气、液传质操作中。在某些场合，甚至取代了传统的板式塔。适用范围： 1）直径较小的塔； 2）处理有腐蚀性物料； 3）处理热敏性物料的真空蒸馏。 填料塔会发生液泛现象, 应绝对避免. 一、填料一、填料 填料是填料塔气、液接触的元件气、液接触的元件。填料性能的优劣直接决定着填料塔的操作性能和传质效率。到目前为止，各种形式、各种规格、各种材料的填料达数百种之多，填料结构改进的方向为：增加填料的通过能力，以适应增加填料的通过能力，以适应工业生产的需要；改善流体的分布与接触，工业生产的需要；改善流体的分布与接触，以提高分离效率；解决以提高分离效率；解决放大放大问题问题。常用填料大致分为两大类：（一）个体填料：例如：拉西环、鲍尔环、阶梯环、鞍形环等。 1、拉西环、拉西环(使用最早的一种填料)外形：外径和高度相等的空心圆柱体外形：外径和高度相等的空心圆柱体优点：结构简单、价格便宜、使用经验丰富；优点：结构简单、价格便宜、使用经验丰富；缺点：阻力大、通量小，传质效率低缺点：阻力大、通量小，传质效率低 拉西环存在着严重的沟流及壁流现象，塔径愈大，填料拉西环存在着严重的沟流及壁流现象，塔径愈大，填料层愈高，则壁流现象愈严重，致使传质效率显著下降层愈高，则壁流现象愈严重，致使传质效率显著下降一般直径在一般直径在75mm以下的拉西环采用乱堆方式；直径大于以下的拉西环采用乱堆方式；直径大于100mm的拉西环多采用整砌方式，以降低流体阻力。的拉西环多采用整砌方式，以降低流体阻力。瓷质拉西环拉西环 金属拉西环拉西环 四氟拉西环拉西环 四氟拉西环拉西环 拉西环可用陶瓷、金属、塑料及石墨等材质制造。 2鲍尔环鲍尔环 鲍尔环是在拉西环的基础上改进的环形填料。外形：填料的侧壁上开设两层长方形窗孔，小窗的舌片的一端连接在侧壁上，另一端弯入环心优点：鲍尔环由于环壁开孔，大大提高气液接触面积，内表面利用率增加，且使气体流动阻力降低，液体分布也较均匀,液体分散度大，通量提高，因此，鲍尔环比拉西环的传质效率高，操作弹性大,而气体压降明显降低，但价格较高。目前，鲍尔环以其目前，鲍尔环以其优良的性能为工业优良的性能为工业上广泛采用。上广泛采用。3阶梯环阶梯环 阶梯环是的鲍尔环基础上发展起来的新型填料。外形：与鲍尔环相比，高度减小了一半，而填料的一端做成翻边喇叭形。优点：这一改进，不仅使填料在堆积时由线接触为主变为点接触为主，增加了填料颗粒的空隙，减少了阻力，而且改善了液体分布，促进了液膜更新，提高了传质效率。阶梯环填料可由金属、陶瓷和塑料等材料制造。 目前使用的环形填料中性能最为良好的一种。4金属环矩鞍填料金属环矩鞍填料 外形：环矩鞍填料既保留了鞍形填料的弧形结构，又吸收了鲍尔环的环形形状和具有内弯叶片小窗的结构特征。优点：通过能力大、压力降低、滞液量小、容积重量轻(因为它采用极薄的金属板轧制,仍能保持住良好的机械强度）填料层结构均匀，是一种开敞结构的、综合性能较好的新型填料。特别适用于乙烯、苯乙烯等减压操作。属敞开型填料，如图所示。敞开形填料的特点是表面全部散开，不分内外，液体在表面两侧均匀流动，表面利用率高，气体流动阻力小，制造也方便鞍形填料鞍形填料环矩鞍填料环矩鞍填料（二）规整填料（二）规整填料例如：栅板、网环、波纹填料等丝网波纹填料丝网波纹填料 外形：丝网波纹填料由若干平行直立放外形：丝网波纹填料由若干平行直立放置的波网片组成。网片的波纹方向与塔置的波网片组成。网片的波纹方向与塔轴线成轴线成30度或度或45度，相邻两片波纹方度，相邻两片波纹方向相反，向相反，使得波纹网片之间形成一个相使得波纹网片之间形成一个相互交叉又相互贯通的三角形截面的通道互交叉又相互贯通的三角形截面的通道网网。组装在一起的波纹片周围用带状丝。组装在一起的波纹片周围用带状丝网圈箍住，构成一个圆柱形的填料盘。网圈箍住，构成一个圆柱形的填料盘。优点：优点：由于结构紧凑，具有很大的比表面积，且因气体和液体均不断重新分布，气、液分布均匀，放大效应不明显，气、液分布均匀，放大效应不明显，故传质效率高，又因填料的规整排列，使流动阻力减小。缺点：造价高、抗污能力差，清洗、缺点：造价高、抗污能力差，清洗、装卸装卸困难。困难。 不适于处理粘度大，易聚合或有沉淀物的物料( (三）填料的装填方式三）填料的装填方式 分为乱堆和整砌两种。乱堆填料乱堆填料混堆填料层示意图 二、二、填料支承填料支承装置装置 填料支承结构的填料支承结构的作用作用 填料的支承结构安装在填料层的底部，其填料的支承结构安装在填料层的底部，其作用作用是是支撑支撑填料及填料层中所载液体，同时还要保证气流能均匀地进填料及填料层中所载液体，同时还要保证气流能均匀地进入填料层，并使气流的流通面积无明显减少。入填料层，并使气流的流通面积无明显减少。 填料的支承装置结构对填料塔的操作性能影响很大。若设计不当，将导致填料塔无法正常工作。对填料支承装置的基本要求为：有足够的强度以支承填料的重量；有足够的自由截面，以使气、液两相通过时阻力较小；装置结构要有利于液体的再分布；制造、安装、拆卸要方便。常用的填料支承装置有栅板、格栅板、波形板等。 1.栅板支承（栅板支承（栅板式）栅板通常由若干竖立的扁钢组焊成型，栅板间距一般为散堆填料环外径的0608倍。当塔径小于350 mm时，栅板可直接焊在塔壁上；当塔径为400500 mm时，栅板需搁置在焊于塔壁的支持圈上；当塔体直径较大时，栅板不仅需搁置在支持圈上，而且支持圈还得用支持板来加强。若塔径不大(D500 mm)，可采用整块式栅板，塔径较大时，宜采用分块式栅板。栅板外径比塔内径小1040 mm。分块式中每块栅板的宽度为300400mm，以便从人孔送人塔内进行组装。 栅板支承结构简单，强度较高，是填料塔应用较多的支承结构。但栅板自由截面积较小，气速较大时易引起液泛，且塔内组装时，各块之间常有卡嵌现象。1、规整填料2、支撑栅板3、液体收集器4、集液环5、多级槽式液体分布器6、填料压圈7、支撑栅板8、蒸汽入口管9、塔底10、至再沸器循环管11、裙座12、底座环此结构适合于直径大于等于800mm的填料塔。2格栅板（格栅板（栅板式） 格栅板由格条、栅条以及边圈组成。格栅板通常由碳钢制成。当介质腐蚀性较大时，可采用不锈钢制造。格栅板适用于规整填料的支承。3开孔波形板（开孔波形板（升气管式）开孔波形板属于梁形气体喷射式支承装置。结构：波形板由开孔金属平板冲压为波形而成。在每个波形梁的侧面和底部上开有许多小孔，上升的气体从侧面小孔喷出，下降的液体从底部小孔流下，故气液在波形板上为分道逆流。既减少了流体阻力，又使气、液分布均匀。开孔波形板的特点是：支承板上开孔的自由截面积大，需要时，可达100；支承板上气液分道逆流，允许较高的气、液负荷；气体通过支承板时所产生的压降小；支承板做成波形，提高了刚度和强度。波形板结构为多块拼装形式，每块支承件之间用螺栓连接，波形的间距与高度和塔径有关。开孔波形板开孔波形板三、液体喷淋装置三、液体喷淋装置填料塔在操作时，保证在任一截面上气、液的分布均匀十分重要，它直接影响到塔内填料表面的有效利用率，进而影响传质效率。而气液是否能均匀分布，取决于液体能否均匀分布，所以，液体从管口进入塔内的均匀喷淋，是保证填料塔达到预期分离效果的重要条件。液体是否初始分布初始分布均匀，依赖于液体喷淋装置的结构与性能。为了满足不同塔径、不同液体流量以及不同均布程度的要求，液体喷淋装置有多种结构形式，按操作原理可分为喷洒形、溢流形、冲击形等，按结构又可分为管式、喷头式、盘式、槽式等形式。1管式喷淋器管式喷淋器图5-6(a)为直管式喷淋器。它结构简单，安装、拆卸简便。但喷淋面积小，而且不均匀，只能用于塔径小于300mm，且对喷淋均匀性要求不高的场合。图5-6(b)为环管多孔喷淋器。它是在环管的下部开有35排孔径为45 mm的小孔，开孔总面积与管子截面积大约相等。环管中心圆直径一般为塔径的0608倍。环管多孔喷淋器结构较简单，喷淋均匀度比直管好，适用于直径小于1200mm的塔设备。 图56(c)为排管式喷淋器。它由液体进口主管和多列排管组成。主管将进口液体分流给各列排管。每根排管上开有13排布液孔，孔径为36 mm。排管式喷淋器一般采用可拆连接，以便通过人孔进行安装和拆卸。安装位置至少要高于填料表面层150200mm。当液体负荷小于25 m3m2h时，排管式喷淋器可提供良好的液体分布。其缺点缺点是当液体负荷过大时，液体高速喷出，易形成雾沫夹带，影响分布效果，且操作弹性不大 2喷头式喷淋器喷头式喷淋器喷头式喷淋器又叫莲蓬头，是应用较多的液体分布装置。莲蓬头一般由球面构成。莲蓬头喷淋器结构简单，安装方便，但易堵塞，一般适用于直径小于600mm的塔设备。3盘式喷淋器盘式喷淋器它与多孔式液体喷淋器不同，进入布液器的液体超过堰的高度时，依靠液体的自重通过堰口流出，并沿着溢流管壁呈膜状流下，淋洒至填料层上。溢流型布液装置目前广泛应用于大型填料塔。优优点点：操作弹性大，不易堵塞，操作可靠且便于分块安装。 缺点缺点：制造比较麻烦。 操作时，液体从中央进液管加到分布盘内，然后从分布盘上的降液管溢出，淋洒到填料上。气体则从分布盘与塔壁的间隙和各升气溢流管上升。降液管一般按正三角形排列。为了避免堵塞，降液管直径不小于15mm，管子中心距为管径的23倍。分布盘的周边一般焊有三个耳座，通过耳座上的螺钉，将分布盘支承在支座上。拧动螺钉，还可调整分布盘的水平度，以便液体均匀地淋洒到填料层上。4槽式喷淋器槽式喷淋器槽式喷淋器也属于溢流型溢流型分布器。操作时，液体由上部进液管进入分配槽，漫过分配槽顶部缺口流人喷淋槽，喷淋槽内的液体经槽的底部孔道和侧部的堰口分布在填料上。分配槽通过螺钉支承在喷淋槽上，喷淋槽用卡子固定在塔体的支持圈上。 优点：优点：槽式喷淋器的液体分布均匀，处理量大，操作弹性好，抗污染能力强，适应的塔径范围广，是应用比较广泛的液体分布装置。5冲击形喷淋器冲击形喷淋器反射板式喷淋器属于冲击形冲击形布液装置结构结构：由中心管和反射板组成。操作时液体沿中心管流下，靠液体冲击反射板的反射分散作用而分布液体。反射板可做成平板、凸板和锥形板等形状，为了使填料层中央部分有液体喷淋，在反射板中央钻有小孔。当液体喷淋均匀性要求较高时，还可由多块反射板组成宝塔式喷淋器。优点优点：冲击形喷淋器喷洒范围大，液体流量大、结构简单、不易堵塞。但应当在稳定的压头下工作，否则影响喷淋范围和效果。四、液体再分布装置四、液体再分布装置当液体沿填料层流下时，由于周边液体向下流动阻力较小，故液体有逐渐向塔壁方向流动的趋势，使液体沿塔截面分布不均匀，降低了传质效率。为了克服这种现象，必须设置液体再分布装置。同时，为了提高塔的传质效率，应将应将填料层分段填料层分段，在各填料层之间，安装液体再分布器。当采用金属填料时，每段填料高度不应超过7m，采用塑料填料时，每段填料高度不应超过45m。 工厂中应用最多的是锥形分布器。它的结构特点是将分配锥倒装以收集壁流，并将液体通过设在锥壳上的34根管子引入塔的中央。槽形分配锥有较大的自由截面，可用于较大直径的塔。盘式再分布器盘式再分布器作业：P176 5-1 5-8第二节第二节 板式塔结构板式塔结构 板板式式塔塔称称为为逐逐级级接接触触式式的气液传质设备。的气液传质设备。 在在一一个个圆圆筒筒形形的的壳壳体体内内装装有有若若干干块块按按一一定定间间距距放放置置的的水水平平塔塔板板，塔塔板板上上开开有有很很多多筛筛孔孔，液液体体靠靠重重力力作作用用由由上上层层塔塔板板经经降降液液管管流流至至下下层层塔塔板板，最最后后由由塔塔底底流流出出；气气体体靠靠压压强强差差推推动动，逐逐板板由由下下向向上上穿穿过过筛筛孔孔及及板板上上液液层层而而流流向向塔塔顶。顶。 气气体体通通过过每每层层板板上上液液层层时时，形形成成气气泡泡与与液液沫沫，泡泡沫沫可可为为两两相相接接触触提提供供足足够够大大的的相相际际接接触触面面，有有利利于于相相间间传传质质，气气液液组组成成沿沿塔高逐渐增大塔高逐渐增大。一、总体结构与基本类型一、总体结构与基本类型如图如图5-1所示，主要构件如下。所示，主要构件如下。 (1)塔体塔体 塔体是塔设备的外壳，通常由等直径、塔体是塔设备的外壳，通常由等直径、等壁厚的钢制圆筒和上、下椭圆封头组等壁厚的钢制圆筒和上、下椭圆封头组成。成。 (2)支座支座支座是塔体与基础的连接部件。塔体支支座是塔体与基础的连接部件。塔体支座的形式一般为座的形式一般为裙式裙式支座。支座。 (3)塔内件塔内件 板式塔内件由塔板、降液管、溢流堰、板式塔内件由塔板、降液管、溢流堰、紧固件、支承件及除沫装置等组成。紧固件、支承件及除沫装置等组成。 (4)接管接管 为满足物料进出、过程监测和安装维为满足物料进出、过程监测和安装维修等要求，塔设备上有各种开孔及接管。修等要求，塔设备上有各种开孔及接管。 (5)塔附件塔附件塔附件包括人孔、手孔、吊柱、平台、塔附件包括人孔、手孔、吊柱、平台、扶梯等。扶梯等。根据塔板结构，板式塔可分为泡罩塔、根据塔板结构，板式塔可分为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔等形式。浮阀塔、筛板塔等形式。（二）基本类型（二）基本类型按照塔板结构，板式塔可分为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔等形式。 1泡罩塔泡罩塔 泡罩塔是最早应用于工业生产的典型板式塔。泡罩塔盘由塔板、泡罩、升气管、降液管液流溢等组成。生产中使用的泡罩形式有多种，最常用的是圆形泡罩（见图5-14）。 每层塔板上开有若干个孔，升气管上覆以泡罩，上升气体通过泡罩进入液层时，被分散成许多细小的气泡，为气液两相提供了大量的传质界面。优点优点：相对于其他塔形操作稳定性较好，易于控制，负荷有变化时仍有较好的弹性，介质适应范围广。缺点缺点：生产能力较低，流体流经塔盘时阻力与压降大，且结构较复杂，造价较高，制造加工有较大难度。 2筛板塔筛板塔（图（图5-16） 塔板上开有许多均布的筛孔，孔径一般为38mm。操作时，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。 在通常的操作气速下，通过筛孔上升的气流，应能阻止液体经筛孔向下泄漏。 筛板分为筛孔区、无孔区、溢流堰、降液管区等几个部分。优点优点：筛板塔与泡罩塔相比，生产能力提高2040，塔板效率高1015，压力降小于30一50，且结构简单，造价较低，制造、加工、维修方便，故在许多场合都取代了泡罩塔。缺点缺点：操作弹性不如泡罩塔，当负荷有变动时，操作稳定性差。当介质粘性较大或含杂质较多时，筛孔易堵塞。但已有大孔应用。常见的有：往复筛板萃取塔，转盘筛板萃取塔 3穿流板塔（图穿流板塔（图5-17） 穿流板塔与筛板塔相比，其结构特点是不设降液管。气体和液体同时经由板上孔道逆流通过，在塔盘上形成泡沫进行传质与传热。 常用的塔板结构有筛孔板和栅板两种。优点：优点：穿流板塔结构简单，制造、加工、维修简便，塔截面利用率高，生产能力大，塔盘开孔率大，压降小。缺点缺点：塔板效率较低，操作弹性较小。 4浮阀塔（图浮阀塔（图5-18） 浮阀塔是20世纪50年代发展起来的板式塔。 塔板上开有若干大孔（标准孔径为39mm），每个孔上装有一个可以上下浮动的阀片，阀片本身有三条“腿”，插入阀孔后将各股底脚板转90，用以限制操作时阀片在板上升起的最大高度,阀片周边又冲出三块略向下弯的定距片，当气速很低时，靠这个定距片使阀片与塔板呈点接触而坐落在阀孔上。优优点点：生产能力提高，操作弹性大，气液流动阻力比泡罩塔小，但比筛孔板大。塔板效率较高。 结构简单，造价低。缺点缺点：浮阀装卸清洗较困难，造价高。 是一种综合性能较好的塔形，是一种综合性能较好的塔形，浮阀塔在工业上应用十分普遍。导向浮阀塔盘浮阀塔盘浮阀在塔板上的布置情况如下图所示 上上述述泡泡罩罩、筛筛板板及及浮浮阀阀塔塔板板都都属属于于气气相相为为分分散散相相的的板板型型，即即气气体体在在鼓鼓泡泡或或泡泡沫沫状状态态下下进进行行气气液液接接触触。但但为为防防止止严严重重的的雾雾沫沫夹夹带带，生生产产能能力力受受到到限限制制。而而近近年年来发展起来的喷射型塔板克服了这个弱点。来发展起来的喷射型塔板克服了这个弱点。 喷喷射射型型塔塔板板上上，气气体体喷喷出出的的方方向向与与液液体体流流动动的的方方向向一一致致，充充分分利利用用气气体体的的动动能能来来促促进进两两相相的的接接触触。因因气气体体不不再再通通过过较较深深的的液液层层而而鼓鼓泡泡，所所以以塔塔板板压压降降降降低低，雾雾沫沫夹夹带带量量减减小小，不不仅仅提提高高了了传传质质效效果果，而而且且提提高高了了生产能力。生产能力。 5舌形塔（图舌形塔（图5-20）舌形塔板是喷射型塔板的一种，其结构如下图所示。 塔板上冲出许多舌形孔，舌片与板成一定角度，向塔板的溢流出口侧张开，舌孔按正三角形排列。塔板的液流出口处不设溢流堰，只保留降液管，上升气流穿过舌孔后，以较高的速度（2030ms）沿舌片的张角向斜上方喷出。液体流过每排舌孔时，即为喷出的气流强烈扰动而形成泡沫体，喷射的液流冲至降液管上方的塔壁后流入降液管中。优点优点：舌形塔盘物料处理量大，压降小，结构简单，安装方便。缺点缺点：操作弹性小，塔板效率低。被气体喷射的液流在通过降液管时，会夹带气泡到下塔板，气相夹带现象严重。6浮动舌形塔浮动舌形塔 浮动舌形塔盘是在塔板孔内装设了可以浮动的舌片。浮动舌片既保留了舌形塔倾斜喷射的结构特点，又具有浮阀操作弹性好的优点。优点优点：处理量大、压降小、雾沫夹带少、操作弹性大、稳定性好、塔板效率高等优点（介于浮动塔板与固定舌形塔板之间）。结构简单，制造方便。缺点：缺点：在操作过程中浮舌易磨损。7导向筛板塔导向筛板塔 导向筛板塔是近年来开发应用的新型塔形。它在普通筛板塔的基础上改进而成。它的结构特点是：在塔盘上开有一定数量的导向孔，通过导向孔的气流与液流方向一致，对液流有一定的推动作用，有利于减少液面梯度；在塔板的液体入孔处增设了鼓泡促进结构，有利于液体刚流人塔板就可以生产鼓泡，形成良好的气液接触条件，以提高塔板利用率，减薄液层，减小压降。与普通筛板塔相比，塔板效率可提高13左右，压降可下降15左右。优点优点：塔板利用率、效率较高，压降小。缺点缺点：结构较复杂，造价较高。（三）板式塔比较（三）板式塔比较板式塔的结构形式多种多样，各种塔盘结构都具有各自的特点，且都有各自适宜的生产条件和范围，在具体选择塔盘结构时应根据工艺要求选择。表5-1对几种常用塔形的性能进行了比较，供使用时参考。 层出不穷的新型塔板结构各具特点，应根据不同的工艺及生产需要来选择塔型。不是任何情况下都追求高的塔板效率，一般来说，对难分离物系的高纯度分离希望得到高的板效率，而处理量大又易分离的物系，往往追求高的生产能力，若真空精馏则需要较低的压强降。总结：塔板评价指标 （1）生产能力大（即气液相负荷高）； （2）塔板效率要高（往往与生产能力冲突）； （3）操作弹性大（最大负荷/最小负荷=大）； （4）压降低（尤其是对于真空精馏）； （5）价格低廉，易于制造。（三）板式塔特性（三）板式塔特性特性一特性二特性三操作特性 各种塔板只有在一定的气液流量范围内操作，才能保证气液两相有效接触，从而得到较好的传质效果。可用塔板负荷性能图图中的几条边线所表示的气液流量限度为：漏液线。气体流量低于此限时，液体经开孔大量泄漏。过量雾沫夹带线。气体流量高于此限时，雾沫夹带量超过允许值，会使板效率显著下降。液流下限线。若液体流量过小，则溢流堰上的液层高度不足，会影响液流的均匀分布，致使板效率降低。液流上限线。液体流量太大时，液体在降液管内停留时间过短，液相夹带的气泡来不及分离，会造成气相返混，板效率降低。液泛线。气液流量超过此线时，引起降液管液泛，使塔的正常操作受到破坏。如果塔板的正常操作范围大，对气液负荷变化的适应性好，就称这些塔板的操作弹性大。 二、塔盘结构二、塔盘结构 塔盘是板式塔完成传质、传热过程的主要部件。 板式塔塔盘可分为穿流式与溢流式两大类。 穿流式塔盘上无降液管装置，气液两相同时通过孔道逆流，处理量大，压降小。但塔板效率较低，操作弹性较差。 溢流式塔盘上装有供液相流体进入下层塔板的降液管，液层高度可通过堰高来调节，有利于传质和传热。本节介绍溢流式塔盘。 塔盘由气液接触元件、塔板、受液盘、溢流堰、降液管、塔盘支承件和紧固件组成 (一)塔盘 根据塔径大小及塔盘结构特点，塔盘可分为整块式和分块式两种。1整块式塔盘整块式塔盘 整块式塔盘用于内径小于700800mm的板式塔。塔体由若干个塔节组成，每个塔节内安装若干块塔盘，每个塔节之间通过法兰连接。 根据塔盘的组装方式不同，整块式塔盘又可分为定距管式和重叠式两种。(1)定距管式塔盘（图5-23） 塔盘通过拉杆和定距管固定在塔节内的支座上，定距管起着支承塔盘的作用并保持塔板间距。塔盘与塔壁间的缝隙，以软填料密封并用压圈压紧。 塔节的长度取决于塔径，当塔径为300500 mm时，只能伸入手臂安装，塔节长度为8001000mm为宜；当塔径为500800 mm时，人可进入塔内，塔节长度一般不宜超过20002500mm。为避免安装困难，每个塔节的塔板数一般不超过6块。 1法兰；2塔体；3塔盘圈；4塔盘板；5降液管；6拉杆；7定距管；8压圈；9填料；10吊环；11螺母；12压扳；13螺柱；14支座（焊在塔体内壁上）；15螺母(2)重叠式塔盘（图5-24） 重叠式塔盘是在每一塔节的下部焊有一组支座，底层塔盘安置在塔内壁的支座上，然后依次装入上一层塔盘，塔盘间距由焊在塔盘下的支柱保证，并用调节螺钉来调整塔盘的水平度。塔盘与塔壁之间的缝隙，以软质填料密封后通过压板及压圈压紧。整块式塔盘的结构： 整块式塔盘有角焊与翻边两种结构（图5-25）。整块式塔盘的密封(图5-26)： 在整块式塔盘结构中，为了便于安装塔盘，在塔盘与塔壁间留有一定的空隙，为了防止气体在此通过，必须进行密封。 密封件一般采用10-12石棉绳做填料2分块式塔盘（分块式塔盘（5-27） 当塔体直径大于800900mm时，为了便于塔盘的安装、检修、清洗，而将塔板分成数块，通过人孔送人塔内，装到焊在塔体内壁的支持圈或支持板上，这种结构称为分块式塔盘。此时，塔体不需要分成塔节，而是焊制成开设有人孔的整体圆筒。 根据塔径大小，分块式塔盘可分为单流塔盘和双流塔盘两种。当塔径为8002 400mm时，一般采用单流塔盘；当塔径大于2400mm时，采用双流塔盘。 (1)塔板结构（图5-29）分块式塔盘的塔板块数与塔体直径有关。 在数块塔板中，靠近塔壁的两块塔板做成弓形，称弓形板。两弓形板之间的塔板做成矩形，称矩形板。为了安装、检修需要，在矩形板中，必须有一块用作通道板。各层塔盘板上的通道板，最好开在同一垂直位置上，以利于采光和拆卸。 为了提高刚度，分块的塔盘板多采用自身梁式或槽式。这种结构是将塔板边缘冲压折边而成。使用最多的是自身梁式。 (2)塔板的连接（图5-30） 通道板与其他塔板的连接，一般采用上、下均可拆的结构形式。塔板之间的连接也可采用楔形紧固件的结构。其特点是结构简单，装拆方便。 塔板与支持圈(或支持板)一般用上可拆的卡子连接。连接结构由卡子、卡板、螺柱、螺母、椭圆垫板及支持圈组成。支持圈焊在塔壁或降液板上。(3)塔盘的支承 为了使得塔板上液层厚度一致、气体分布均匀，传质效果良好，不仅塔板在安装时要保证规定的水平度，而且在工作时也不能因承受液体重量而产生过大的变形。因此，塔盘应有良好的支承条件。对于直径较小的塔(D52 000 mm)的塔板跨度也较小，而且自身梁式塔板本身有较大的刚度，所以通常采用焊在塔壁上的支持圈来支承即可。对于直径较大的塔，为了避免塔板跨度过大而引起刚度不足，通常在采用支持圈支承的同时，还采用支承梁结构。分块塔板一端支承在支持圈上，另一端支承在支承梁上。（图5-35）(二)溢流装置1降液管（图降液管（图5-36） 降液管有圆形与弓形两大类。常用的是弓形降液管。弓形降液管由平板和弓形板焊制而成，并焊接固定在塔盘上。3溢流堰（图溢流堰（图5-39） 根据溢流堰在塔盘上的位置可分为进口堰和出口堰。当塔盘采用平形受液盘时，为保证降液管的液封，使液体均匀流入下层塔盘，并减少液流沿水平方向的冲击，应在液体进口处设置进口堰。 1 . 降液管 每块塔板上通常设有一个液体流动通道降液管。板式塔在正常工作时，液体从上层塔板的降液管流下，横向流过开有筛孔或浮阀的塔板，翻越溢流堰，进入该层塔板的降液管，流向下层塔板。 降液管一般为弓形，偶尔也有圆形。降液管下端必须保证液封，使液体能从降液管底部流出而气体不能窜入降液管。为此，降液管下缘的缝隙高度h0溢流堰高hW。(二)溢流装置板式塔内溢流装置包括降液管、受液盘、溢流堰等部件。2受液盘（图受液盘（图5-37） 为了保证降液管出口处的液封，在塔盘上一般都设置有受液盘。受液盘的结构形式对塔的侧线取出、降液管的液封、液体流出塔盘的均匀性都有影响。受液盘有平形和凹形两种。 在塔或塔段的最底层塔盘降液管末端应设液封盘，以保证降液管出口处的液封。液封盘上开设有泪孔，以供停工时排液。3溢流堰（图溢流堰（图5-39） 根据溢流堰在塔盘上的位置可分为进口堰和出口堰。当塔盘采用平形受液盘时，为保证降液管的液封，使液体均匀流入下层塔盘，并减少液流沿水平方向的冲击，应在液体进口处设置进口堰。 三、除沫装置三、除沫装置作用作用：分离出塔气体中含有的雾沫和液滴，以保证传质效率，减少物料损失，确保气体纯度，改善后续设备的操作条件。 分类分类： 常用的除沫装置有丝网除沫器、折流板除沫器、旋流板除沫器等。1丝网除沫器丝网除沫器 优点优点：丝网除沫器具有比表面积大、重量轻、空隙率大、效率高、压降小和使用方便等特点，从而得到广泛应用。 适用适用：丝网除沫器适用于洁净的气体，不宜用于液滴中含有易粘结物的场合，以免堵塞网孔。 组成：组成： 丝网除沫器由丝网、格栅、支承结构等构成。丝网可由金属和非金属材料制造。常用的金属丝网材料有奥氏体不锈钢、镍、铜、铝、，钛、银、钼等有色金属及其合金；常用的非金属材料有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、涤纶等。丝网材料的选择要由介质的物性和工艺操作条件确定。丝网除沫器丝网除沫器 2折流板除沫器折流板除沫器 折流板除沫器结构简单，但消耗金属量大，造价较高。若增加折流次数，能有较高的分离效率。除沫器的折流板常由50mmX50mmX3mm的角钢制成。折流板除沫器折流板除沫器 3旋流板除沫器旋流板除沫器 旋流板除沫器由固定的叶片组成风车状。夹带液滴的气体通过叶片时产生旋转和离心作用。在离心力作用下，将液滴甩至塔壁，从而实现气、液的分离。除沫效率可达95。 四、进出口管装置四、进出口管装置1进料管进料管 液体进料管可直接引入加料板。为使液体均匀通过塔板，减少进料波动带来的影响，通常在加料板上设进口堰。 气体进料管一般做成45的切口，以使气体分布较均匀。对液体进料当塔径大于等于800mm，且物料较清洁时可用图1（a）的结构；当塔径小于800mm时，或物料较脏、需经常清洗时宜采用图1（b）的结构。对气体分布要求不高，直径较小的塔，可采用图2（a）的简单进气管；为了避免进塔气体冲溅、夹带塔底的储液，进气管应安装在塔内最高液面之上一定距离；当塔径较大、要求进气分布均匀时，宜采用图2（b）的横管结构，管上有三排出气小孔，孔径由工艺决定。若为气、液混合进料，为使物料经气、液分离，除将加料塔盘间距适当加大外，还应采用图3所示的切向进料管。 液体进料（包括回流）管液体进料（包括回流）管 1进料口；2进口堰气体进料管气体进料管 气液混合进气液混合进料管（也称料管（也称切向进料管）切向进料管） 1上挡板；2下挡板；3导向挡板图1图2图32出料管出料管对气体出料管为减少雾沫夹带在未设置除沫器的塔中可采用下图所示的气体出口结构。 分块式塔盘的塔体一般都开设有人孔。人孔是人员进出塔器和传送内件的通道。除此之外，在气、液进出口等需经常维修清理的部位，以及塔顶和塔釜处，应各设置一个人孔。 在塔体上宜采用垂直吊盖人孔。若垂直吊盖妨碍人员操作或塔体有保温层时，可采用回转盖人孔。人孔和手孔都有标准件。五、人孔与手孔五、人孔与手孔垂直吊盖人孔回转盖人孔第三节第三节 塔体强度校核塔体强度校核 塔设备大多置于室外，靠地脚螺栓固定在混凝土基础上，一般采用裙式支座支承。塔体除了承受介质压力作用外，还要承受重量载荷、风载荷、地震载荷及偏心载荷等多种载荷的组合作用。因此，仅根据设计压力来确定塔体壁厚，有时不能保证塔设备的安全运行，故应对各种工况下的载荷进行计算，以确保塔设备具有足够的强度和稳定性。 (二)偏心载荷 有些塔设备悬挂有分离器、冷凝器、换热器等附属设备或其他附件，这些附属设备对塔体产生偏心载荷，并引起偏心弯矩。( (一一) )质量载荷质量载荷塔设备质量包括：塔设备质量包括：mm1 1: :塔体和裙座质量；塔体和裙座质量；mm2 2: :内件；内件；mm3 3: :保温材料；保温材料；mm4 4: :平台、扶梯质量；平台、扶梯质量；mm5 5: :操作时塔内物料质量；操作时塔内物料质量；mma a: :人孔、接管、法兰等附件质量；人孔、接管、法兰等附件质量；mme e: :偏心；偏心；mmww: :液压试验时，塔内充液质量；液压试验时，塔内充液质量；操作停修或水压试验等不同工况物料或充水质量。操作停修或水压试验等不同工况物料或充水质量。 (三)风载荷 风载荷是安装在室外的塔设备承受的基本载荷之一。在风载荷作用下，塔体不仅可能产生弯曲，还可能产生顺风方向的振动和垂直于风向的横向振动。对于顺风方向的风力，可以看做是平均风力和脉动风力所组成。平均风力对塔体产生静力作用。脉动风力产生动力作用，将引起塔设备的振动。在计算风弯矩时，通常是在静力的基础上，采用风振系数考虑脉动风力的影响(四)地震载荷 地震发生时，产生的地震波，可引起塔设备的水平方向振动、垂直方向振动和扭转，尤以水平方向振动危害最大。通常情况下，只考虑水平方向振动对塔设备的影响。为简化计算，将塔设备的各段质量，看做作用于各段中点的集中质量，将底部固定的塔设备当作多质量的弹性体系。地震烈度七度及以上地区，设计时必须考虑地震载荷。地震烈度七度及以上地区，设计时必须考虑地震载荷。地震波作用下：地震波作用下： 水平方向振动、水平方向振动、 垂直方向振动、垂直方向振动、 扭转扭转二、塔体不同工况时的组合应力计算与二、塔体不同工况时的组合应力计算与校核（了解）校核（了解）不做要求 三、塔体壁厚确定方法三、塔体壁厚确定方法 裙座虽然不承受介压压力，但受到最大的重量载荷和最大的弯矩。因此，也必须保证最大组合轴向应力不超过许用值。裙座的危险截面是裙座的底部或人孔处。四、裙座结构四、裙座结构 第四节第四节 塔设备常见机械故障及排除方法塔设备常见机械故障及排除方法塔设备在操作时，不仅受到风载荷、地震载荷等外部环境的影响，还承受着内部介质压力、温度、腐蚀等作用。这些因素将可能导致塔设备出现故障，影响塔设备的正常使用。所以在设计与使用时，应采取预防措施，减少故障的发生。一旦出现故障，应及时发现，分析产生故障的原因，制订排除故障的措施，以确保塔设备的正常运行。 塔设备的故障可分为两大类。一类是工艺性故障，如操作时出现的液泛、漏液量大、雾沫夹带过多、传质效率下降等现象。另一类是机械性故障，如塔设备振动、腐蚀破坏、密封失效、工作表面积垢、局部过大变形、壳体减薄或产生裂纹等。一、塔设备的振动一、塔设备的振动脉动风是塔设备常见故障及排除方法力是塔设备产生振动是塔设备常见故障及排除方法力是塔设备产生振动的主要原因。的主要原因。当脉动风力的变化频率(或周期)与塔自振频率(或周期)相近时，塔体便发生共振。塔体产生共振后，使塔发生弯曲、倾斜，塔板效率下降，影响塔设备的正常操作，甚至导致塔设备严重破坏，造成重大事故。因此在塔的设计阶段就应考虑塔设备产生共振的可能性，采取预防措施，防止共振的发生。防止塔体产生共振通常采用以下三方面的办法。 提高塔体的固有频率，从根本上消除产生共振的根源。具体的方法有：降低塔体总高度，增加塔体内径(但需与工艺设计一并考虑)；加大塔体壁厚，或采用密度小、弹性模量大的材料；如条件允许，可在离塔顶022H处(相应于塔的第二振形曲线节点位置)，安装一个铰支座。 增加塔体的阻尼，抑制塔的振动。具体方法有：利用塔盘上的液体或塔内填料的阻尼作用；在塔体外部装置阻尼器或减振器；在塔壁上悬挂外包橡胶的铁链条；采用复合材料等。 采用扰流装置。合理地布置塔体上的管道、平台、扶梯和其他连接件，以破坏或消除周期性形成的旋涡。在大型钢制塔体周围焊接螺旋条，也有很好的防振作用。二、塔设备的腐蚀二、塔设备的腐蚀由于塔设备一般由金属材料制造，所处理的物料大多为各种酸、碱、盐、有机溶剂及腐蚀性气体等介质，故腐蚀现象非常普遍。 塔设备腐蚀几乎涉及到腐蚀的所有类型。既有化学腐蚀，又有电化学腐蚀，既可能是局部腐蚀，又可能是均匀腐蚀。造成腐蚀的原因更是多种多样，它与塔设备的选材、介质的特性、操作条件及操作过程等诸多因素有关。 为了防止塔设备因腐蚀而破坏，必须采取有效的防腐措施，以延长设备使用寿命，确保生产正常进行。防护措施应针对腐蚀产生的原因、腐蚀类型来制定。一般采用的方法有如下几种。 1正确选材正确选材 金属材料的耐腐性能，与所接触的介质有关，因此，应根据介质的特性合理选择。 2采用覆盖层采用覆盖层 覆盖层的作用是将主体与介质隔绝开来。常用的有金属覆盖层与非金属覆盖层。金属覆盖层是用对某种介质耐蚀性能好的金属材料覆盖在耐蚀性能较差的金属材料上。常用的方法如电镀、喷镀、不锈钢衬里等。非金属保护层常用的方法是在设备内部衬以非金属材料或涂防腐涂料。 3采用电化学保护采用电化学保护 电化学保护是通过改变金属材料与介质电极电位来达到保护金属免受电化学腐蚀的办法。电化学保护分阴极保护和阳极保护两种。其中阴极保护法应用较多。 4设计合理的结构设计合理的结构 塔设备的腐蚀在很多场合下与它们的结构有关，不合理的结构往往 引起机械应力、热应力、应力集中和液体的滞留。这些都会加剧或产生腐蚀。 5添加缓蚀剂添加缓蚀剂 在介质中加入一定量的缓蚀剂，可使设备腐蚀速度降低或停止。 三、其他常见机械故障三、其他常见机械故障1介质泄漏介质泄漏 介质泄漏不仅影响塔设备正常操作，恶化工作环境，甚至可能酿成重大事故。2壳体减薄与局部变形壳体减薄与局部变形3工作表面积垢工作表面积垢 塔设备工作表面的积垢通常发生在结构的死角区(如塔盘支持圈与塔壁连接焊缝处、液体再分布器与塔壁连接处等)，因介质在这些地方流动速度降低，介质中杂质等很容易形成积淀，也可能出现在塔壁、塔盘和填料表面。积垢严重时，将影响塔内件的传质、传热效率。积垢的消除通常有机械除垢法和化学除垢法等作业P1765-25-35-75-115-16