塔设备（化工设备操作维护课件）

10/24/2023第七章塔设备

第一节概述

在石油、化工、轻工等部门，塔设备是一种应用极为广泛的气液传质设备，由于化工生产中的工艺条件千差万别，因而与相适应的塔设备的种类也是多种多样的，按其内部结构来分可分为板式塔和填料塔。在塔设备中完成的单元操作有：精馏、吸收、解吸和萃取等。此外，工业气体的冷却与回收、气体的湿法精制和干燥中也多使用塔设备。在兼有气液两相传质和传热的增湿、减湿等生产中塔设备也有广泛的应用。10/24/2023一、塔设备在化工生产中的应用二、塔设备的分类及构造

精馏塔吸收塔、解吸塔1、按用途分类：萃取塔洗涤塔减压塔2、按操作压力分类：加压塔常压塔3、按结构形式分类：板式塔、填料塔。10/24/20234、塔设备的构件：塔设备主要由塔体、塔体支座、除沫器、接管、人孔和手孔、吊耳、吊柱（1）塔体：设备的外壳，由等直径、等壁厚的圆筒和作为顶盖与底盖的椭圆形封头组成。（2）塔体支座:保证塔体座落在确定的位置上进行正常的工作。常用裙座。（3）除沫器：用于捕集夹带在气流中的液滴。（4）接管：用以连接工艺管，把塔设备和相关设备连成系统。（5）人孔和手孔：为了安装、检修和检查的需要设置的。（6）吊耳：为起吊方便在塔设备上焊上的。（7）吊柱：为了安装和检修时方便塔内件的运送。10/24/2023三、塔设备的工艺要求1、生产能力大；2、分离效率高；3、操作稳定、弹性大；4、压降小；5、结构简单、材料耗用量小、制造和安装容易；6、耐腐蚀、不易堵塞，操作、调节和检修方便。10/24/2023四、塔设备的发展筛板塔1830年结构简单被认为难以操作而未得到重视泡罩塔1854年容易操作结构复杂，造价高浮阀塔20世纪50年代操作容易结构简单填料塔20世纪90年代拉西环、鲍尔环、阶梯环、波纹填料、金属丝网10/24/202310/24/2023第七章塔设备

第二节板式塔

一、板式塔的总体结构①、塔体与裙座结构②、塔盘结构：塔盘板、降液管、溢流堰、紧固件和支承件。③、除沫装置：用于分离气体夹带的液滴，多位于塔顶出口处。④、设备管道：人孔、接管等。⑤、塔附件：保温圈、吊柱、扶梯、平台等。10/24/2023二、板式塔的工作原理它由一个通常呈圆柱形的壳体及其中按一定间距水平设置的若干塔板所组成。板式塔正常工作时，液体在重力作用下自上而下通过各层塔板后由塔底排出；气体在压差推动下,经均布在塔板上的开孔由下上穿过各层塔板后由塔顶排出,在每块塔板上皆贮有一定的体，气体穿过板上液层时,两相接触进行传质。图7-1板式塔10/24/2023三、板式塔的种类板式塔按塔盘的结构又可分为:泡罩塔、浮阀塔和筛板塔。1）泡罩塔：泡罩塔最主要的传质单元是泡罩，它由升气管和带有梯形齿缝的圆筒形泡罩组成，气体由下层塔板上升进入升气管，通过泡罩齿缝与上层塔板上的液体充分接触，进行传质或传热。下层气体上层液体特点

由于其气液接触比较充分,塔板效率较高，操作弹性大，故广泛的用于精馏、吸收、解吸等传质过程中。但结构复杂、造价高、维修安装麻烦。图7-2圆筒形泡罩10/24/2023

2）浮阀塔浮阀塔板是在塔板上开有若干个阀孔，每个阀孔装有一个可上下浮动的阀片，阀片本身连有几个阀腿，插入阀孔后将阀腿底脚拨转90°，以限制阀片升起的最大高度，并防止阀片被气体吹走。阀片周边冲出几个略向下弯的定距片，当气速很低时，由于定距片的作用，阀片与塔板呈点接触而坐落在阀孔上，在一定程度上可防止阀片与板面的粘结。操作时，由阀孔上升的气流经阀片与塔板间隙沿水平方向进入液层，增加了气液接触时间，浮阀开度随气体负荷而变，在低气量时，开度较小，气体仍能以足够的气速通过缝隙，避免过多的漏液；在高气量时，阀片自动浮起，开度增大，使气速不致过大。10/24/2023浮阀塔板的优点是结构简单、造价低，生产能力大，操作弹性大，塔板效率较高。其缺点是处理易结焦、高粘度的物料时，阀片易与塔板粘结；在操作过程中有时会发生阀片脱落或卡死等现象，使塔板效率和操作弹性下降。特点图7-3浮阀塔结构浮阀10/24/20233)筛板塔塔板上开有许多孔径一般为3～8mm的小孔。塔板上设置溢流堰，使板上能保持一定厚度的液层。操作时，气体经筛孔分散成小股气流，鼓泡通过液层，气液间密切接触而进行传热和传质。在正常的操作条件下,通过筛孔上升的气流，应能阻止液体经筛孔向下泄漏。特点筛板塔的结构简单、造价低，板上液面落差小，气体压降低，生产能力大，传质效率高。其缺点是筛孔易堵塞，不宜处理易结焦、粘度大的物料。图7-4筛板塔10/24/2023四、塔盘的结构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。整体式塔盘分块式塔盘DN≤700mmDN≥1000mm分块式：无塔盘圈，有支持圈(支持板)，无密封结构整块式：有塔盘圈，无支持圈(支持板)，有密封结构区别10/24/20231）整块式塔盘结构——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。图7-5整块式塔盘结构1—塔盘板2—降液管3—拉杆4—定距管5—塔盘圈6—吊耳7—螺栓8—螺母9—压板10—压圈11—石棉绳10/24/20232）分块式塔盘在直径较大的板式塔中，为了安装检修和增大塔板的刚度，将整块塔盘分为若干块，这种塔盘称分块式塔盘，根据装配的位置不同可分为：矩形板、弓形板和通道板三种。安装时由人孔将各块板送入塔内，拼装在焊于塔壁上的支撑圈上。图7-6分块式塔盘结构110/24/2023图7-7分块式塔盘结构210/24/2023五、板式塔的流体力学特性1、塔板上的气液流动状态（1）气液接触状态鼓泡接触状态泡沫接触状态喷射接触状态（2）不均匀流动液膜流过塔盘时很可能造成不均匀流动因盘上液位落差导致气相流动不均匀。2、塔板压降△P=△P干板+△P液层静压+△P液层表面张力10/24/20233、液泛气液两相之一的流量增大，降液管内液体不能顺利下流，管内积液，当管内液体增高到越过溢流堰顶部，于是两板间液体相连，该层塔板产生积液，并依次上升，这种现象称为液泛，亦称淹塔。常见降液管液泛和夹带液泛。危害塔板压降急剧上升，全塔操作被完全破坏！原因4、漏液10/24/2023六、板式塔的操作与维护1、板式塔设备开车前准备a、认真检查水、电、汽是否能够保证正常生产需要。b、各种物料输送装置如泵、压缩机等设备是否能正常运转。c、设备、仪表、防火安全设施是否齐全完备，有计算机自控装置应试调系统。d、所有阀门要处于正常运行的开、闭状态，并保证不能有渗漏、逃汽跑液现象。10/24/2023e、各冷凝器事先要试验是否渗漏，安排先后送水预冷，整个塔设备要先送蒸汽温塔。f、疏通前后工段联系，掌握进料浓度和储罐槽液量，通知化验室作取样分析准备工作。2、典型板式塔设备的操作要求a、检查精馏塔系统阀门关/开是否正确。b、开启精馏塔系统真空c、启动磁力泵d、打开预热蒸汽阀，打开塔釜蒸汽阀。10/24/2023e、检查塔体、塔釜、残液槽之间连接管道的阀门开启是否正确。f、选择合适的进塔料口，打开转子流量计g、整个蒸馏过程必须监控真空度、蒸汽压力、流量、物料输送以及出料情况。h、蒸馏完毕，排查，清洗系统。3、板式塔设备的停车a、取出塔板或填料，检查、清洗污垢或杂质10/24/2023b、检查塔壁厚度，做出减薄预测曲线，评价腐蚀情况，判断使用寿命；检查塔体有无渗漏现象，做出渗漏处的修理安排c、检查塔板或填料的磨损破坏情况d、检查液面计、压力表、安全阀是否发生堵塞和在规定压力下动作，必要时重新调整和校正。e、如果在运行中发现有异常振动，停车检查时要查明原因。10/24/2023六、塔设备常见机械故障及排除方法1、塔设备的振动a、提高塔体的固有频率，从根本上消除产生共振的根源b、增加塔体的阻尼，抑制塔的振动c、采用扰流装置10/24/20232、塔设备的腐蚀a、正确选材b、采用覆盖层c、采用电化学保护d、设计合理的结构e、添加缓释剂3、其他常见机械事故（1）介质泄漏（2）壳体减薄与局部变形（3）工作表面积垢10/24/202310/24/2023第七章塔设备

第三节填料塔

一、填料塔的总体结构①塔体②喷淋装置③填料④液体再分布器⑤填料支撑装置⑥支座以及进出口等部件二、填料塔工作原理液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。图7-8填料塔结构图10/24/2023三、填料的种类

填料塔的所有填料可分为实体填料和网体填料两大类。网体填料就是用丝网制成的各种填料，主要介绍实体填料。①拉西环它通常是外径与高相等的圆筒体，可用陶瓷、金属或塑料制造,其壁厚在满足强度的条件下，尽可能薄。②鲍尔环它在金属拉西环的壁上开一排或两排长方形的小窗，窗的叶片向环中心弯曲并在中心处接搭，上下两排窗位置相错。③鞍形填料鞍形填料有两种形式矩鞍形和弧鞍形，矩鞍形填料是对称的，易重合，填料利用率低；弧鞍形填料则避免了这种缺点。10/24/2023④阶梯环

是对鲍尔环的进一步改进，它一端为圆筒形鲍尔环，另一端为喇叭圆筒形。这种填料形状不对称表面利用率高。图7-9实体填料10/24/2023四、填料塔的附属设备1、液体喷淋装置

液体喷淋装置也称液体再分布装置，作用是将液体均匀地喷洒在塔顶填料上，使填料表面能够全部被淋湿。常见的类型有:喷洒型、溢流型和冲击型。喷洒型管式喷洒器环管多孔喷洒器莲蓬头喷洒器溢流型盘式分布器槽式分布器冲击型10/24/2023管式喷洒器

适用于DN≤300mm的塔器，通过填料上的进液管（直、弯或缺口）进行喷洒，其结构简单,但喷淋面积较小且不均匀。

图7-10管式喷洒器10/24/2023环管多孔喷洒器

适用于DN≤1200mm的塔器，其结构简单，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。（环管下面开小孔，一般为3—5排）。

图7-11环管多孔喷洒10/24/2023莲蓬头喷洒器

一般可用于塔径小于600mm的塔中，莲蓬头的主要有半球形、碟形、杯形，其优点是结构简单，制造安装方便，缺点是小孔易堵塞，不适于处理污浊液体。图7-12莲蓬头喷洒器10/24/2023盘式分布器液体从中央进料管加到喷淋盘内，然后均匀地从喷淋盘上的降液管处均匀往下喷淋。分布板上钻有泪孔，以便在停工检修时排净板上的液体。图7-13中央进料的盘式分布器10/24/2023槽式分布器主要用于DN＞1000mm的塔，其优点是自由截面大，适应性好，处理量大，操作弹性大，结构见下图，液体先加入分配槽，然后再由分配槽的开口处到喷淋槽，喷淋槽上有堰口，两侧有三角形或矩形的开口，各开口的下缘应位于同一水平面上，再由此溢流到填料上。图7-14分布槽10/24/20231－主槽2－分槽图7-15槽式孔流分布器冲击型分布器下图所示为常用的反射式喷淋器，具有一定速度的液体从管内流出，冲击在反射板上使液体向四周飞溅，达到均匀喷淋的目的。图7-16反射板式喷淋器10/24/2023

2、液体再分布器当液体流过填料层时，流体慢慢地会从器壁流走（壁流）现象产生，使液体分布不均匀，塔中央部分填料可能没有润湿，起不到作用，降低了整个塔的效率。因此就需要液体再分布器使液体流经一定的高度填料后再重新分布。

DiDl图7-17分配锥结构1液体再分布器的作用：将上层填料流下的液体收集，再分布，避免塔中心的填料不能被液体湿润而形成“干锥”。10/24/2023液体再分布器的典型结构分配锥具有通孔的分配锥图27-18分配锥结构

3、填料的支承结构填料的支承结构不仅要支承全部是填料的重量，换必须使上升的气体能顺利通过，因此要求栅板：1）栅板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60%—80%；4）栅板可以制成整块的或分块的。图7-19栅板结构110/24/2023图7-20栅板结构2五、填料塔设备的操作与维护1、填料的安装（1）填料安装前的处理（2）散