第四章 塔设备

1、1 12 23 34 4 一、塔设备在化工生产中的作用和地位一、塔设备在化工生产中的作用和地位 塔设备是化工、石油化工、炼油、医药、塔设备是化工、石油化工、炼油、医药、轻工等生产中的重要设备之一。在设备内可进轻工等生产中的重要设备之一。在设备内可进行气行气-液、液液、液-液传质及传热过程。还可以完成液传质及传热过程。还可以完成精馏、吸收、解吸、萃取等化工单元操作，及精馏、吸收、解吸、萃取等化工单元操作，及工业气体的干燥、冷却、回收等工艺过程。工业气体的干燥、冷却、回收等工艺过程。 因生产工艺条件不同，塔设备的结构类型也各因生产工艺条件不同，塔设备的结构类型也各异，但化工生产对异，但化工生产对塔

2、设备的一般要求塔设备的一般要求： 工艺性能好工艺性能好-两相（两相（气气-液、液液、液-液）液）充分接触，具充分接触，具 备较高的传质、传热效率；备较高的传质、传热效率； 生产能力大生产能力大-两相充分的接触时间、接触面积及流两相充分的接触时间、接触面积及流 量；量； 操作弹性（稳定性）好操作弹性（稳定性）好-在负荷较大时，仍能稳定操作；在负荷较大时，仍能稳定操作； 能量消耗少能量消耗少-内部流体阻力小，减少热量损失，节省能源内部流体阻力小，减少热量损失，节省能源 和操作费用；和操作费用； 结构合理结构合理-结构简单，便于制造、安装、维护，使用周期结构简单，便于制造、安装、维护，使用周期 长，

3、经济效益高。长，经济效益高。板式塔结构板式塔结构 填料塔结构填料塔结构二、塔设备的分类塔设备的分类 按操作压力分按操作压力分：减压塔、常压塔、加压塔：减压塔、常压塔、加压塔 按生产单元分按生产单元分：吸收塔、精馏塔、萃取塔、：吸收塔、精馏塔、萃取塔、干燥塔、干燥塔、 洗涤塔洗涤塔 按塔的内件结构分按塔的内件结构分：板式塔、填料塔：板式塔、填料塔 板式塔板式塔 内部有一定数量的塔盘，气体自塔底向上以鼓泡内部有一定数量的塔盘，气体自塔底向上以鼓泡喷射的形式穿过塔盘上的液层，使气液两相充分接触，喷射的形式穿过塔盘上的液层，使气液两相充分接触，进行传质。上升的气体和下降的液体主要在塔板上接进行传质。上

4、升的气体和下降的液体主要在塔板上接触而传质、传热。触而传质、传热。 气液两相的气液两相的组份浓度呈阶梯式变化组份浓度呈阶梯式变化。 填料塔填料塔 内部填有一定高度的填料，液体自塔的上内部填有一定高度的填料，液体自塔的上部沿填料表面向下流动，气体作为连续相自塔部沿填料表面向下流动，气体作为连续相自塔底向上流动，与液体进行逆流传质。气液两相底向上流动，与液体进行逆流传质。气液两相的组份浓度沿塔高连续变化。的组份浓度沿塔高连续变化。.105.105个化工设备原理动画个化工设备原理动画 塔设备塔设备 填料萃取填料萃取塔塔.swf.swf扶梯、平台等附件：吊柱、保温圈、仪表用接管等孔、物料进出口接管、设

5、备接管口：人孔、手支持件、除沫器等溢流堰、紧固件、内件：塔盘、降液管、主体部分：塔体、裙座总体结构一、板式塔的整体构造一、板式塔的整体构造舌型塔浮阀塔筛板塔泡罩塔按塔板结构逆流式（无降液管）错流式（有降液管）按气液两相流动方式双溢流型单溢流型按液体流动路径二、板式塔分类二、板式塔分类 塔盘的形式塔盘的形式 泡罩形、筛板塔、浮阀形、舌形塔等类型。泡罩形、筛板塔、浮阀形、舌形塔等类型。.105个化个化工设备原理动画工设备原理动画塔设备塔设备塔板结构塔板结构.swf.105个化工设备原理动画个化工设备原理动画塔设备塔设备塔板类型塔板类型.swf 1、 泡罩塔泡罩塔 -是工业上最早实用的塔设备，目前被

6、广泛应用是工业上最早实用的塔设备，目前被广泛应用于精馏、吸收等过程。于精馏、吸收等过程。主要包括主要包括泡罩、泡罩、升气管、升气管、溢流管、溢流管、降液管等。降液管等。1 1、气液两相接触比较充分，传质效果好，塔板效率较高；、气液两相接触比较充分，传质效果好，塔板效率较高；2 2、操作弹性大，在气、液负荷波动较大时仍能保持较恒定的、操作弹性大，在气、液负荷波动较大时仍能保持较恒定的塔板效率。塔板效率。3 3、对物料适应性强，塔板不易堵塞；、对物料适应性强，塔板不易堵塞；4 4、生产能力大，多用于大型生产。、生产能力大，多用于大型生产。泡罩塔优点泡罩塔优点1 1、结构复杂，金属耗量大，造价高，安

7、装和维修不方便。、结构复杂，金属耗量大，造价高，安装和维修不方便。2 2、气体压力降大。、气体压力降大。缺点缺点2、筛板塔、筛板塔 主要由筛板塔盘、溢流管、降液管、等组成。主要由筛板塔盘、溢流管、降液管、等组成。筛板盘上分筛孔区、无孔区、溢流堰、降液管筛板盘上分筛孔区、无孔区、溢流堰、降液管等几部分。等几部分。筛板塔筛板塔1 1、结构简单，制造、维修方便。、结构简单，制造、维修方便。2 2、塔板效率较高，生产能力大。、塔板效率较高，生产能力大。3 3、压力降低；、压力降低；4 4、大孔径筛板对物料的适应性强，不易堵塞。、大孔径筛板对物料的适应性强，不易堵塞。缺点：缺点：1 1、操作弹性小，需保

8、持较稳定的气、液流速，否则、操作弹性小，需保持较稳定的气、液流速，否则会造成漏液或气液接触不良。会造成漏液或气液接触不良。2 2、小孔径筛板易堵塞，不适宜处理脏的、粘性大的、小孔径筛板易堵塞，不适宜处理脏的、粘性大的和带固体颗粒的料液。和带固体颗粒的料液。筛板塔的优点筛板塔的优点minmax定距片定距片锐边锐边阀脚阀脚3 3、浮阀塔、浮阀塔 浮阀塔是当今使用最广泛的塔型之一，浮阀塔是当今使用最广泛的塔型之一，其综合性能优越，在设计和选用时，常被首其综合性能优越，在设计和选用时，常被首先考虑。先考虑。 在塔盘上开一定形状的塔孔，空中安有在塔盘上开一定形状的塔孔，空中安有浮阀。浮阀是浮阀塔的气、液

9、接触元件，可浮阀。浮阀是浮阀塔的气、液接触元件，可在适当范围内上下浮动，因而可适应较大的在适当范围内上下浮动，因而可适应较大的气相负荷的变化。气相负荷的变化。浮阀塔盘气液接触状况浮阀塔盘气液接触状况 1 1、处理能力大、处理能力大-结构紧凑，生产能力大，比泡罩塔提结构紧凑，生产能力大，比泡罩塔提 高高20-40%20-40%；2 2、塔板效率高、塔板效率高-蒸汽以水平方向吹入液层，阻力小，蒸汽以水平方向吹入液层，阻力小， 气液接触时间长且接触状况良好，故气液接触时间长且接触状况良好，故 雾沫夹带少，塔板效率高；雾沫夹带少，塔板效率高；3 3、操作弹性大、操作弹性大-浮阀可根据气量大小上下浮动，

10、且气浮阀可根据气量大小上下浮动，且气 速不变，可在较宽范围内保持高效率；速不变，可在较宽范围内保持高效率；4 4、压力降小。、压力降小。 浮阀塔的优点浮阀塔的优点4、舌形和浮舌塔、舌形和浮舌塔 舌形塔属于喷射型舌形塔属于喷射型塔，在塔盘板上开有塔，在塔盘板上开有与液流同方向的舌形与液流同方向的舌形孔，舌片与板面成一孔，舌片与板面成一定角度。定角度。舌形塔盘的舌孔舌形塔盘的舌孔 浮舌形塔盘的舌片浮舌形塔盘的舌片 1 1、舌形塔是喷射型塔，气体喷出的方向和液体流动的方、舌形塔是喷射型塔，气体喷出的方向和液体流动的方向一致，可充分利用气体动能促进气液两相间的接触，提向一致，可充分利用气体动能促进气液

11、两相间的接触，提高传质效率。高传质效率。2 2、气体不必通过较深的液层，压力降小，雾沫夹带小，、气体不必通过较深的液层，压力降小，雾沫夹带小，可采用较大气速，故生产能力大，压力降小；可采用较大气速，故生产能力大，压力降小；3 3、结构简单，安装、维修方便。、结构简单，安装、维修方便。舌形塔的优点舌形塔的优点操作过程中，浮动舌容易磨损。操作过程中，浮动舌容易磨损。缺点缺点 塔盘塔盘 溢流装置溢流装置 除沫装置除沫装置 进出口接管进出口接管二、板式塔的主要内部构件二、板式塔的主要内部构件整块式塔盘整块式塔盘分块式塔盘分块式塔盘溢流堰溢流堰降液管降液管受液盘受液盘板板式式塔塔1、塔盘 塔盘是板式塔完

12、成传质、传热的主要塔盘是板式塔完成传质、传热的主要部件。可分为穿流式和溢流式两类。主要部件。可分为穿流式和溢流式两类。主要以溢流式为例介绍塔盘结构。以溢流式为例介绍塔盘结构。 塔盘一般由塔盘板（泡罩形、筛板形、塔盘一般由塔盘板（泡罩形、筛板形、浮阀形、舌形）、降液管、受液盘、溢流浮阀形、舌形）、降液管、受液盘、溢流堰、支撑圈、支撑梁等部件组成。堰、支撑圈、支撑梁等部件组成。 当当DN 800900mm, 整块式塔盘；整块式塔盘； DN 800900mm, 分块式塔盘。分块式塔盘。(1)(1)整块式塔盘整块式塔盘 A A 结构：由若干塔节组成，每个塔节内安装若干结构：由若干塔节组成，每个塔节内安

13、装若干层塔板，塔节之间通过法兰和螺栓连接。层塔板，塔节之间通过法兰和螺栓连接。 分为：定距离管式和重叠式塔盘分为：定距离管式和重叠式塔盘定距离管式：通过拉杆和定距离管固定塔盘；定距离管式：通过拉杆和定距离管固定塔盘；重叠式塔盘：通过支座和支柱来固定塔盘。重叠式塔盘：通过支座和支柱来固定塔盘。定距管式定距管式B B 安装结构：角焊和翻边两种结构安装结构：角焊和翻边两种结构角焊：将塔盘圈角焊于塔盘板上，适用于塔盘圈角焊：将塔盘圈角焊于塔盘板上，适用于塔盘圈 较低时；较低时；翻边：塔盘翻边，若塔盘圈较短，可直接冲压成翻边：塔盘翻边，若塔盘圈较短，可直接冲压成 形；若塔盘圈较长，再焊接。形；若塔盘圈较

14、长，再焊接。 塔盘与塔壁的密封：为防止气体从塔盘与塔塔盘与塔壁的密封：为防止气体从塔盘与塔壁之间的空隙通过，可采用石棉做填料密封，壁之间的空隙通过，可采用石棉做填料密封，通过压紧压板、压圈、紧固螺栓、螺母，使填通过压紧压板、压圈、紧固螺栓、螺母，使填料变形而达到密封的目的。料变形而达到密封的目的。2、分块式塔盘、分块式塔盘 （1)结构结构 在直径较大的板式塔中，为便于制造、安装、在直径较大的板式塔中，为便于制造、安装、检修，可采用分块式塔盘。通过人孔，将塔板送检修，可采用分块式塔盘。通过人孔，将塔板送入塔内，装在支撑件上，塔体一般为焊制圆筒。入塔内，装在支撑件上，塔体一般为焊制圆筒。 塔板根据

15、装配位置的不同，通常由弓形板、矩塔板根据装配位置的不同，通常由弓形板、矩形板和通道板组成。形板和通道板组成。 弓形板：设置在靠近塔壁位置；弓形板：设置在靠近塔壁位置；通道板置于塔盘中间，便于安装和维修；通道板置于塔盘中间，便于安装和维修；其他区域设置矩形板。其他区域设置矩形板。按流体流过塔盘的路径不同按流体流过塔盘的路径不同单流型单流型双流型双流型按塔盘板外形按塔盘板外形弓形板弓形板矩形板矩形板通道板通道板 单流型：单流型： 800 8002400mm2400mm； 双流型：双流型： 2400mm2400mm。单溢流支持圈支承塔盘单溢流支持圈支承塔盘 双溢流具有支持主梁的塔盘双溢流具有支持主梁

16、的塔盘（3 3）安装）安装 为了安装和检修的方便，分块式塔盘的连接，为了安装和检修的方便，分块式塔盘的连接，分为上可拆式和上下均可拆式。分为上可拆式和上下均可拆式。对于对于DN2000mm DN2000mm 塔盘通过焊在塔壁上的支撑圈支撑塔盘通过焊在塔壁上的支撑圈支撑; ;DN 2000mm,DN 2000mm,需设置支承梁支承。需设置支承梁支承。上可拆螺栓连接上可拆螺栓连接 上下均可拆螺栓连接上下均可拆螺栓连接 1螺母；2塔盘板；3塔盘板；4T形螺栓2、溢流装置 主要包括溢流堰、降液管（溢流管）和受液管。（1）溢流堰溢流堰保持塔板上的液层高度保持塔板上的液层高度促使液流均匀分布促使液流均匀分

17、布进口堰进口堰出口堰出口堰流量较大时，高度低，长度大;流量小时，高度高，长度小.（2）降液管 作用：将进入其内的含有气泡的液体进行作用：将进入其内的含有气泡的液体进行 气液分离，使清液进入下一层塔盘。气液分离，使清液进入下一层塔盘。型式和大小视具体流量和液体在其内的停型式和大小视具体流量和液体在其内的停留留 时间而定。时间而定。形状：圆形、弓形。形状：圆形、弓形。（3）受液盘 作用：保证降液管出口处的液封。作用：保证降液管出口处的液封。形状：平板形、凹形。形状：平板形、凹形。多采用凹形：因凹形受液盘不仅可以缓冲多采用凹形：因凹形受液盘不仅可以缓冲降降 液管流下来的液体冲击，减液管流下来的液体冲

18、击，减少少 因冲击而造成的液体飞溅，因冲击而造成的液体飞溅，而而 且当回流量很小时，也具有且当回流量很小时，也具有较较 好的液封作用。好的液封作用。 3、除沫装置 在塔内气速较大时，会出现塔顶物沫夹带，在塔内气速较大时，会出现塔顶物沫夹带，这不但会造成物料的损失，也使塔的效率降低，这不但会造成物料的损失，也使塔的效率降低，同时还可能造成环境污染。为了避免这种情况，同时还可能造成环境污染。为了避免这种情况，需在塔顶设置除沫装置。需在塔顶设置除沫装置。 作用：减少液体的夹带损失，确保气体的作用：减少液体的夹带损失，确保气体的 纯度，保证后续设备的正常操作。纯度，保证后续设备的正常操作。常用的除沫器

19、：丝网和旋流板除沫器。常用的除沫器：丝网和旋流板除沫器。1、丝网除沫器丝网除沫器 优点：比表面积大、重量轻、使用方便，优点：比表面积大、重量轻、使用方便， 除除沫效率高，压力降小。沫效率高，压力降小。 适用于清洁的气体，不宜用于液滴中含适用于清洁的气体，不宜用于液滴中含有或易析出固体物质的场合。广泛应用与石有或易析出固体物质的场合。广泛应用与石油、化工、轻工等生产中。是目前应用最为油、化工、轻工等生产中。是目前应用最为广泛的除沫装置。广泛的除沫装置。2、旋流板除沫器旋流板除沫器 是一种离心分离式的除沫器，夹带液沫是一种离心分离式的除沫器，夹带液沫的气体通过叶片是产生旋转运动，在离心力的气体通过

20、叶片是产生旋转运动，在离心力的作用下将液滴甩至器壁而分离，除沫效率的作用下将液滴甩至器壁而分离，除沫效率高。高。 通常用于分离含有较大液滴或颗粒的气液通常用于分离含有较大液滴或颗粒的气液分离。分离。 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4 4、塔设备的进出口接管、塔设备的进出口接管（1 1）进料口）进料口 液体进料口：为使液体均匀通过塔板，较少液体进料口：为使液体均匀通过塔板，较少进料波动带来的影响，通常在加料板上设进进料波动带来的影响，通常在加料板上设进口堰。口堰。 直管型、弯管型。直管型、弯管型。气体进料管气体进料管 液体进料口：一般做成液体进料口：一般做成45的

21、切口，以使气体均的切口，以使气体均匀分布。匀分布。气液混合进料管气液混合进料管（也称切向进料管）（也称切向进料管）1上挡板；2下挡板；3导向挡板气体出口管气体出口管 （2 2）出口管）出口管 气体出口管：管径不宜过小，以减少压降，气体出口管：管径不宜过小，以减少压降，避免夹带液滴。通常设置挡板，如有严格要求，避免夹带液滴。通常设置挡板，如有严格要求，需安装除沫装置。需安装除沫装置。塔设备的应用塔设备的应用1、气、液两、气、液两相充分接触，相充分接触，相际传热面相际传热面积大。积大。2、生产能力、生产能力大，即气、大，即气、液处理量大。液处理量大。3、操作稳、操作稳定，操作弹定，操作弹性大。性大

22、。4、流体流、流体流动阻力小。动阻力小。5、结构简单，、结构简单，材料耗量小，材料耗量小，制造、操作、制造、操作、维修方便。维修方便。6、耐腐蚀，、耐腐蚀，不易堵塞。不易堵塞。对塔设备的基本要求对塔设备的基本要求加压塔、常压塔、减压塔加压塔、常压塔、减压塔 精馏塔、吸收塔、解吸塔、精馏塔、吸收塔、解吸塔、萃取塔、反应塔、干燥塔等萃取塔、反应塔、干燥塔等 框架塔、自支承式塔框架塔、自支承式塔 填料塔、板式塔填料塔、板式塔按压力按压力按单元操作按单元操作按支承方式按支承方式按塔内件结构按塔内件结构塔设备的分类塔设备的分类大型化大型化存在问题存在问题强度、刚度、强度、刚度、流体分布等流体分布等全负荷

23、全负荷运转问题运转问题设计、制造、操作、设计、制造、操作、维修要求更高维修要求更高塔设备的发展趋势塔设备的发展趋势机械设计机械设计-选择材料；计算塔体壁厚裙座选择材料；计算塔体壁厚裙座壁壁 厚；计算地脚螺栓直径及数量等；厚；计算地脚螺栓直径及数量等； 工艺设计工艺设计-计算理论塔板数；计算理论塔板数； 选择塔板选择塔板效率并确定实际塔板数；效率并确定实际塔板数； 选取板间距并初步确选取板间距并初步确定塔高；计算塔径（或空塔气速）；进行流体定塔高；计算塔径（或空塔气速）；进行流体力学验算；力学验算； 结构设计结构设计-确定塔体结构；塔盘结构；确定塔体结构；塔盘结构； 溢溢流装置；紧固件及支持件；

24、流装置；紧固件及支持件； 进出口接管结构；进出口接管结构；裙座及其它附件；裙座及其它附件； 塔设备的设计内容塔设备的设计内容一、填料及支承结构一、填料及支承结构 填料的种类填料的种类 散装填料散装填料 规整填料规整填料 格栅填料格栅填料 填料种类填料种类 填料支承结构填料支承结构 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，其作用作用是是支支撑撑填料及填料层中所载液体，同时还要保证气流能均匀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。地进入填料层，并使气流的流通面积无明显减少。 填料支

25、承结构的分类填料支承结构的分类 填料支承结构有填料支承结构有栅板栅板和和波形板波形板 整块式栅板整块式栅板 整块式格栅板结构整块式格栅板结构 开孔波形板开孔波形板二、液体分布装置二、液体分布装置 液体初始分布装置液体初始分布装置 液体初始分布装置是分布塔顶回流液的部件。工液体初始分布装置是分布塔顶回流液的部件。工业上较常用的有喷洒型、溢流型、冲击型等。喷洒型业上较常用的有喷洒型、溢流型、冲击型等。喷洒型中又有管式和喷头式两种。中又有管式和喷头式两种。 环管多孔喷洒器环管多孔喷洒器 喷头式喷洒器喷头式喷洒器 管式喷洒器管式喷洒器 多支管喷洒器多支管喷洒器 有升气管的盘式喷洒器有升气管的盘式喷洒器 冲击式喷洒器冲击式喷洒器 液体再分布装置液体再分布装置 每隔一定高度的填料层设置一液体再分布装置，以每隔一定高度的填料层设置一液体再分布装置，以便使液体再一次重新均匀分布。便使液体再一次重新均匀分布。 液体再分布器液体再分布器 一、塔设备的使用工况一、塔设备的使用工况 正常操作工况正常操作工况 压力试验工况压力试验工况 非操作工况非操作工况二、塔设备的主要危险截面二