典型化工设备设计_塔设备结构

1、塔设备塔设备第六章第六章 塔设备及其机械设计基础塔设备及其机械设计基础教学重点：教学重点：板式塔的基本结构和塔设备的应力校核板式塔的基本结构和塔设备的应力校核教学难点：教学难点：风载荷的计算风载荷的计算内件内件支座支座附件附件塔体塔体第一节第一节 概概 述述 塔设备是重要的单元操作设备，实现气塔设备是重要的单元操作设备，实现气（汽）（汽）液相或液液相或液液相之间的充分接触，从而液相之间的充分接触，从而达到相际间进行传质及传热的目的。达到相际间进行传质及传热的目的。 塔设备完成的单元过程有：精馏、吸收、解塔设备完成的单元过程有：精馏、吸收、解吸、萃取。这些过程是在一定的温度、压力、流吸、萃取。这

2、些过程是在一定的温度、压力、流量等工艺条件下完成的。因此，塔的结构必须保量等工艺条件下完成的。因此，塔的结构必须保证气液两项，或者液液两项的充分接触，和证气液两项，或者液液两项的充分接触，和必要的传质、传热面积、以及两项分离的空间。必要的传质、传热面积、以及两项分离的空间。塔设备除要满足工艺条件以外，还应满足下列条塔设备除要满足工艺条件以外，还应满足下列条件：件： 气液两相充分接触，相际间传热面积大，气液两相充分接触，相际间传热面积大，接触时间充分。接触时间充分。阻力小，压降小，塔内热量损失少阻力小，压降小，塔内热量损失少 。生产能力大，即气液处理量大。生产能力大，即气液处理量大。操作稳定，操

3、作弹性大。操作稳定，操作弹性大。尽力减少雾沫夹带和泄露量，及液泛的可尽力减少雾沫夹带和泄露量，及液泛的可能。能。 结构简单，制造、安装、维修方便，设备结构简单，制造、安装、维修方便，设备的投资及操作费用低。的投资及操作费用低。耐腐蚀，不易堵塞，检修方便。耐腐蚀，不易堵塞，检修方便。部分吸收剂再循环流程尾气混合气新吸收气取出的溶液空气解吸气混合气净化气体空气解吸收硫化氢的吸收流程 塔设备的投资及重量在过程设备中所占的比重 一、塔设备的应用一、塔设备的应用 装置名称塔设备投资的比例(%)装置名称塔设备重量的比例(%)化工及石油化工25.460万吨，120万吨/年催化裂化48.9炼油及煤化工34.8

4、530万吨/年乙烯25.3化纤44.94.5万吨/年丁二烯54 填料塔与板式塔的比较二、塔设备的选型二、塔设备的选型 塔 型项 目填 料 塔板 式 塔压降小尺寸填料，压降较大，而大尺寸填料及规整填料，则压降较小较大空塔气速小尺寸填料气速较小，而大尺寸填料及规整填料则气速可较大较大塔效率传统的填料，效率较低，而新型乱堆及规整填料则塔效率较高较稳定、效率较高液-气比对液体量有一定要求适用范围较大持液量较小较大安装、检修较难较容易材质金属及非金属材料均可一般用金属材料造价新型填料，投资较大大直径时造价较低 1）在分离程度要求高的情况下，因某些新型填料具有）在分离程度要求高的情况下，因某些新型填料具有

5、高的传质效率，故可采用新型填料以为降低高度；高的传质效率，故可采用新型填料以为降低高度；2）对于热敏性物料的蒸馏分离，因新型填料的持液量）对于热敏性物料的蒸馏分离，因新型填料的持液量较小，压降小，故可有限选择真空操作下的填料塔；较小，压降小，故可有限选择真空操作下的填料塔；3）具有腐蚀性的物料，可选择填料塔；）具有腐蚀性的物料，可选择填料塔；4）容易发泡的物料，宜选用填料塔；）容易发泡的物料，宜选用填料塔；下列情况优先选用填料塔下列情况优先选用填料塔: 下列情况优先选用板式塔：下列情况优先选用板式塔： 1）塔内液体滞液量较大，要求塔的负荷变化范围较宽，）塔内液体滞液量较大，要求塔的负荷变化范围

6、较宽，对进料浓度变化要求不敏感，要求操作易于稳定；对进料浓度变化要求不敏感，要求操作易于稳定；2）塔内负荷较小；）塔内负荷较小；3）含固体颗粒、容易结垢、有结晶的物料；）含固体颗粒、容易结垢、有结晶的物料；一、总体结构一、总体结构第二节第二节 板式塔结构板式塔结构 1、塔体与裙座结构、塔体与裙座结构2、塔盘结构：塔盘板、降液管、溢、塔盘结构：塔盘板、降液管、溢流堰、紧固件和支承件。流堰、紧固件和支承件。3、除沫装置：用于分离气体夹带的、除沫装置：用于分离气体夹带的液滴，多位于塔顶出口处。液滴，多位于塔顶出口处。4、设备管道：人孔、接管等。、设备管道：人孔、接管等。5、塔附件：保温圈、吊柱、扶梯

7、、塔附件：保温圈、吊柱、扶梯、平台等。平台等。图图6-1 板式塔的总体结构板式塔的总体结构板式塔的结构和种类板式塔的结构和种类 板式塔因空塔速度比填料塔高，生产强度比板式塔因空塔速度比填料塔高，生产强度比填料塔大。填料塔大。 板式塔的种类：板式塔的种类： 按气液流向分：按气液流向分：错流、逆流、并流。错流、逆流、并流。 按溢流装置分：按溢流装置分：有溢流装置、无溢流装置。有溢流装置、无溢流装置。 按塔盘结构分：按塔盘结构分：泡罩塔、浮阀塔、筛板塔。泡罩塔、浮阀塔、筛板塔。二、塔盘结构二、塔盘结构塔盘实际上是塔中的气、液通道。塔盘实际上是塔中的气、液通道。为了满足正常操作要求，塔盘结构为了满足正

8、常操作要求，塔盘结构本身必须具有一定的刚度以维持水本身必须具有一定的刚度以维持水平，塔盘与塔壁之间要保持一定的平，塔盘与塔壁之间要保持一定的密封性以避免气、液短路。密封性以避免气、液短路。 塔盘的结构有整块式和分块式两种。塔盘的结构有整块式和分块式两种。 整块式塔盘整块式塔盘DN700mm分块式塔盘分块式塔盘DN800mm1、整块式塔盘、整块式塔盘 图图6-3 定距管式塔盘结构定距管式塔盘结构结构结构塔体由若干塔节组成，内装有一定数量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。的塔盘，塔节间用法兰连接。重叠式重叠式组装方式组装方式定距管式定距管式1、整块式塔盘、整块式塔盘 定

9、距管式塔盘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。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。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。高度随塔径增加。塔径塔径DN=300500mm时，塔节高度时，塔节高度L=8001000mm；塔径；塔径DN=600700mm时，塔节高度时，塔节高度L=12001500mm。为方便安装，每个塔节中的塔盘数为为方便安装，每个塔节中的塔盘数为5-65-6块。块。1

10、塔盘板塔盘板 2降液管降液管 3拉杆拉杆 4定距管定距管 5塔盘圈塔盘圈 6吊耳吊耳7螺栓螺栓 8螺母螺母9压板压板 10 压圈压圈11石棉绳石棉绳 定距管式塔盘结构定距管式塔盘结构2、分块式塔盘、分块式塔盘 做成分块式的原因做成分块式的原因 1）在工艺上，塔径大，塔盘过大，分液不均匀；）在工艺上，塔径大，塔盘过大，分液不均匀；2）对碳钢，塔板厚）对碳钢，塔板厚34mm，不锈钢不锈钢23mm，塔塔径过大，易形成弧形，安装时水平度不好，从刚径过大，易形成弧形，安装时水平度不好，从刚度出发，仍要分块；度出发，仍要分块；3）塔板过大，不能放进塔内，因一般从人孔进出，）塔板过大，不能放进塔内，因一般从

11、人孔进出，人孔尺寸有限制，因而塔盘受此限制要分块。人孔尺寸有限制，因而塔盘受此限制要分块。与整块式的区别与整块式的区别 分块式：无塔盘圈，有支持圈分块式：无塔盘圈，有支持圈(支持板支持板)，无密封结构，无密封结构整块式：有塔盘圈，无支持圈整块式：有塔盘圈，无支持圈(支持板支持板)，有密封结构，有密封结构塔盘板结构塔盘板结构 主要有自身梁式和槽式。主要有自身梁式和槽式。 图图6-9 塔盘板结构塔盘板结构分块式塔盘板（自身梁式）分块式塔盘板（自身梁式）通道板通道板接近中央处设置，塔内清洗和维修。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。在同一垂直位置上，以利采光和拆卸。也可

12、用一块塔盘板代替，见下图也可用一块塔盘板代替，见下图3、塔盘的支承、塔盘的支承 对直径不大的塔（对直径不大的塔（2000mm)，塔盘塔盘的支承一般用焊在塔壁上的支持圈的支承一般用焊在塔壁上的支持圈 对直径较大的塔（对直径较大的塔（20003000mm），），需支承梁结构。需支承梁结构。第三节第三节 填料塔填料塔 填料塔在传质形式上与板式塔不同，填料塔在传质形式上与板式塔不同，它是一种连续式气液传质设备。这它是一种连续式气液传质设备。这种塔由塔体、喷淋装置、填料、再种塔由塔体、喷淋装置、填料、再分布器、栅板以及气、液的进出口分布器、栅板以及气、液的进出口等部件组成。等部件组成。 开发多种形式、规

13、格和材质的高效，开发多种形式、规格和材质的高效，低压降，大流量的填料。低压降，大流量的填料。(2) 与不同填料相匹配的塔内件结构。与不同填料相匹配的塔内件结构。(3) 填料层中液体的流动及分布规律。填料层中液体的流动及分布规律。(4) 蒸馏过程的模拟。蒸馏过程的模拟。科技前沿科技前沿基本特点基本特点图图8-20 填料塔填料塔 一一. 填料填料 填料大致可分为实体填料和网体填料两填料大致可分为实体填料和网体填料两种。种。 拉西环拉西环:（瓷环）填充方式有乱堆和整砌两种。（瓷环）填充方式有乱堆和整砌两种。 鲍尔环：鲍尔环：在金属拉西环的壁上开了一排或两在金属拉西环的壁上开了一排或两排长方形的小窗，

14、小窗叶片向环中心弯入，排长方形的小窗，小窗叶片向环中心弯入，在中心处相搭，上下两排小窗的位置相错，在中心处相搭，上下两排小窗的位置相错，增加了接触面积，效率得到了提高。增加了接触面积，效率得到了提高。 阶梯环：阶梯环：一头为鲍尔环，一头翻卷，由于不对一头为鲍尔环，一头翻卷，由于不对称，装入塔内可减少填料环相互重叠，使填料称，装入塔内可减少填料环相互重叠，使填料表面得以充分利用，同时增大了空隙，使压降表面得以充分利用，同时增大了空隙，使压降降低，传质效率提高。降低，传质效率提高。 鞍形填料：鞍形填料：这种填料重迭部分少，空隙率大，这种填料重迭部分少，空隙率大，利用率高。它有两种形式，一种是矩鞍环

15、，一利用率高。它有两种形式，一种是矩鞍环，一种是弧鞍环，都是敞开式填料，这种填料比拉种是弧鞍环，都是敞开式填料，这种填料比拉西环传质效率高，压力降低，且强度高。西环传质效率高，压力降低，且强度高。 波纹填料：波纹填料：由许多波纹形薄板垂直叠在一起，由许多波纹形薄板垂直叠在一起，各层的波纹成各层的波纹成，盘与盘之间成，盘与盘之间成排排列，结构紧凑，比表面积大。传质好，且可根列，结构紧凑，比表面积大。传质好，且可根据物料温度及腐蚀情况采用不同的材料。据物料温度及腐蚀情况采用不同的材料。1、作用、作用 二、填料支承结构二、填料支承结构 支承填料支承填料 2、设计要求、设计要求 足够的强度、刚度以及足

16、够的自由足够的强度、刚度以及足够的自由截面截面 3、栅板设计注意问题、栅板设计注意问题 1）栅板必须有足够的强度和耐腐蚀性；）栅板必须有足够的强度和耐腐蚀性；2）栅板必须有足够的自由截面，一般应各填料）栅板必须有足够的自由截面，一般应各填料的自由截面大致相等；的自由截面大致相等；3）槽板扁钢条之间的距离约为填料外径的）槽板扁钢条之间的距离约为填料外径的60%80%；4）栅板可以制成整块的或分块的。）栅板可以制成整块的或分块的。图图6-19 栅板结构栅板结构四、喷淋装置四、喷淋装置 要求：使整个塔截面的填料表面很好润湿，结要求：使整个塔截面的填料表面很好润湿，结构简单，制造维修方便。构简单，制造

17、维修方便。作用：喷出液体，使整个塔截面的填料很好润作用：喷出液体，使整个塔截面的填料很好润湿，直接影响塔的处理能力和分离效率。湿，直接影响塔的处理能力和分离效率。1、喷洒型、喷洒型 管式喷洒器管式喷洒器 环管多孔喷洒器环管多孔喷洒器 莲蓬头喷洒器莲蓬头喷洒器 管式喷洒器管式喷洒器 DN300mm，可选用管式喷洒器，通可选用管式喷洒器，通过填料上的进液管（直、弯或缺口）过填料上的进液管（直、弯或缺口）进行喷洒，结构简单，但喷淋面积较进行喷洒，结构简单，但喷淋面积较小且不均匀。小且不均匀。 图图6-20 管式喷洒器管式喷洒器环管多孔喷洒器环管多孔喷洒器 DN1200mm，可选用单环管多孔喷洒器，结

18、构可选用单环管多孔喷洒器，结构简单，制造和安装方便，缺点是喷洒面积小，不简单，制造和安装方便，缺点是喷洒面积小，不够均匀，而且液体要求清洁，否则小孔易堵塞。够均匀，而且液体要求清洁，否则小孔易堵塞。（环管下面开小孔，一般为（环管下面开小孔，一般为35排）。排）。 图图6-21 环管多孔喷洒器环管多孔喷洒器 莲蓬头喷洒器莲蓬头喷洒器 主要有半球形、碟形、杯形，优点是结构简单，制主要有半球形、碟形、杯形，优点是结构简单，制造安装方便，缺点是小孔易堵塞，不适于处理污浊造安装方便，缺点是小孔易堵塞，不适于处理污浊液体，一般可用于塔径小于液体，一般可用于塔径小于600mm的塔中。的塔中。 图图6-22 莲蓬头喷洒器莲蓬头喷洒器2、溢流型、溢流型 盘式分布器盘式分布器图图6-23 中央进料的盘式分布器中央进料的盘式分布器图图6-24 有升气管的盘式分布器有升气管的盘式分布器液体从中央进料管加到喷淋盘内，液体从中央进料管加到喷淋盘内，然后从喷淋盘上的降液管溢流然后从喷淋