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板式塔的15種塔板,你都認識嗎?
發布時間:2022-05-25 10:54:34瀏覽次數:

精餾塔是進行精餾的一種塔式汽液接觸裝置。作為精餾過程的主要設備,有板式塔與填料塔兩種主要類型。根據操作方式又可分為連續精餾塔與間歇精餾塔。今天就帶大家了解板式塔的結構和原理。

板式塔的15種塔板,你都認識嗎?

板式塔


板式塔通常是由一個圓柱型的殼體及沿塔高按一 定的間距水平設置的若干層塔板(或塔盤)所組成。


在塔內沿塔高裝有若干層塔板,液體靠重力的作用由頂部逐板流向塔底,并在各塊板面上形成流動的液層;氣體則靠壓強差推動,有塔底向上依次穿過各塔板上的液層而流向塔頂。氣液兩相在塔內進行逐級接觸,兩相組成沿塔高呈梯級式變化。

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板式塔的塔板


塔板是板式塔的主要構件,決定塔的性能。在幾種主要類型錯流塔板中,應用最早的是泡罩板,目前使用最廣泛的篩板塔和浮閥塔板。同時,各種新型高效塔板不斷問世。


1.按照結構分,板式塔塔板可以分為泡罩塔、篩板塔、浮閥塔和舌形塔等。


2.按照流體的路徑分,可以分為單溢流型和雙溢流型。


3.按照兩相流動的方式不同,可以分為錯流式和逆流式兩種。


溢流塔板


溢流塔板 (錯流式塔板):塔板間有專供液體溢流的降液管 (溢流管),橫向流過塔板的流體與由下而上穿過塔板的氣體呈錯流或并流流動。板上液體的流徑與液層的高度可通過適當安排降液管的位置及堰的高度給予控制,從而可獲得較高的板效率,但降液管將占去塔板的傳質有效面積,影響塔的生產能力。

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溢流式塔板應用很廣,按塔板的具體結構形式可分為:


泡罩塔板、篩孔塔板、浮閥塔板、網孔塔板、舌形塔板等。


逆流塔板


逆流塔板(穿流式塔板):


塔板間沒有降液管,氣、液兩相同時由塔板上的孔道或縫隙逆向穿流而過,板上液層高度靠氣體速度維持。


優點:塔板結構簡單,板上無液面差,板面充分利用,生產能力較大;


缺點:板效率及操作彈性不及溢流塔板。

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與溢流式塔板相比,逆流式塔板應用范圍小得多,常見的板型有篩孔式、柵板式、波紋板式等。


泡罩塔板


在工業上最早(1813年)應用的一種塔板,其主要元件由升氣管和泡罩構成,泡罩安裝在升氣管頂部,泡罩底緣開有若干齒縫浸入在板上液層中,升氣管頂部應高于泡罩齒縫的上沿,以防止液體從中漏下。

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液體橫向通過塔板經溢流堰流入降液管,氣體沿升氣管上升折流經泡罩齒縫分散進入液層,形成兩相混合的鼓泡區。

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優點:操作穩定,升氣管使泡罩塔板低氣速下也不致產生嚴重的漏液現象,故彈性大。


缺點:結構復雜,造價高,塔板壓降大,生產強度低。


篩孔塔板


篩孔塔板即篩板出現也較早(1830年),是結構最簡單的一種板型。但由于早期對其性能認識不足,為易漏液、操作彈性小、難以穩定操作等問題所困,使用受到極大限制。

板式塔的15種塔板,你都認識嗎?

1950 年后開始對篩孔塔板進行較系統全面的研究,從理論和實踐上較好地解決了有關篩板效率,流體力學性能以及塔板漏液等問題,獲得了成熟的使用經驗和設計方法,使之逐漸成為應用最廣的塔板類型之一。


浮閥塔板


自1950 年代問世后,很快在石油、化工行業得到推廣,至今仍為應用最廣的一種塔板。

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結構:以泡罩塔板和篩孔塔板為基礎基礎。有多種浮閥形式,但基本結構特點相似,即在塔板上按一定的排列開若干孔,孔的上方安置可以在孔軸線方向上下浮動的閥片。閥片可隨上升氣量的變化而自動調節開啟度。

板式塔的15種塔板,你都認識嗎?

在低氣量時,開度小;氣量大時,閥片自動上升,開度增大。因此,氣量變化時,通過閥片周邊流道進入液體層的氣速較穩定。同時,氣體水平進入液層也強化了氣液接觸傳質。


優點:結構簡單,生產能力和操作彈性大,板效率高。綜合性能較優異。

缺點:采用不銹鋼,浮閥易脫落


JCV浮閥塔板


結構:閥籠與塔板固定,閥片在閥籠內上下浮動。


將單一鼓泡傳質,變為雙流傳質,一部分為鼓泡、另一部分為噴射湍動傳質,使塔的分離效率和生產能力都大大提高。


該塔板可作為化工過程中的氣液傳質、換熱設備。


特點:結構簡單、閥片開啟靈活、高效、高通量、壽命長、耐堵塞。

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JCPT塔板


與普通塔板在傳質機理上的區別:它是填料與塔板的復合體,靠填料實現傳質,靠塔板實現多級并流。

板式塔的15種塔板,你都認識嗎?

塔板上的液體通過提液管與塔板之間的間隙被氣體提升,氣液并流通過提液管,在提液管內高速湍動混合、傳質,然后氣液并流進入填料中進一步強化傳質,并完成氣液分離。

板式塔的15種塔板,你都認識嗎?

氣體靠壓差繼續上升,進入上一層塔板;液體基本以清液的形式回落到塔板上,沿流道進入降液管,下降到下一層塔板。


舌形塔板


一種斜噴射型塔板。結構簡單,在塔板上沖出若干按一定排列的舌形孔,舌片向上張角a 以20°左右為宜。

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優點:氣流由舌片噴出并帶動液體沿同方向流動。氣液并流避免了返混和液面落差,塔板上液層較低,塔板壓降較小。


氣流方向近于水平。相同的液氣比下,舌形塔板的液沫夾帶量較小,故可達較高的生產能力。


缺點:張角固定,在氣量較小時,經舌孔噴射的氣速低,塔板漏液嚴重,操作彈性小。


液體在同一方向上加速,有可能使液體在板上的停留時間太短、液層太薄,板效率降低。


塔板


為使舌形塔板適應低負荷生產,提高操作彈性,研制出了可變氣道截面(類似于浮閥塔板)的浮舌塔板。

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斜孔塔板


在舌形塔板上發展的斜孔塔板,斜孔的開口方向與液流垂直且相鄰兩排開孔方向相反,既保留了氣體水平噴出、氣液高度湍動的優點,又避免了液體連續加速,可維持板上均勻的低液面,從而既能獲得大的生產能力,又能達到好的傳質效果。

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網孔塔板


網孔塔板由沖有傾斜開孔的薄板制成,具有舌形塔板的特點。這種塔板上裝有傾斜的擋沫板,其作用是避免液體被直接吹過塔板,并提供氣液分離和氣液接觸的表面。

板式塔的15種塔板,你都認識嗎?

網孔塔板具有生產能力大,壓降低,加工制造容易的特點。


垂直篩板


在塔板上開按一定排列的若干大孔(直徑100~200mm),孔上設置側壁開有許多篩孔的泡罩,泡罩底邊留有間隙供液體進入罩內。

板式塔的15種塔板,你都認識嗎?

氣流將由泡罩底隙進入罩內的液體拉成液膜形成兩相上升流動,經泡罩側壁篩孔噴出后兩相分離,即氣體上升液體落回塔板。液體從塔板入口流至降液管將多次經歷上述過程。


與普通篩板相比,垂直篩板為氣液兩相提供了很大的不斷更新的相際接觸表面,強化了傳質過程;且氣液由水平方向噴出,液滴在垂直方向的初速度為零,降低了液沫夾帶量,因此垂直篩板可獲得較高的塔板效率和較大的生產能力。


徑相測導噴射塔板(CJST)


CJST是在新型垂直篩板的基礎上開發出來的一種高效塔板。對于塔徑較大、氣液相負荷較高的工況具有很好的適應性。

板式塔的15種塔板,你都認識嗎?

CJST具有通量大、效率高、壓降低、操作彈性大、抗堵塞、運行周期長等特點。


立體傳質塔板(CTST)


立體傳質塔板(CTST)為獨特的立體結構,以梯形噴射罩作為氣液接觸、傳熱、傳質元件;塔板采用矩形開孔,并在上方設置梯形噴射罩,罩的側面為帶篩孔的噴射板,兩端為梯形的短板,上部為分離板,噴射板與分離板間為氣液通道,噴射板與塔板的底隙,為液體進入罩體的通道。分離板的作用,一是提供氣液接觸空間,二是使氣液兩相有效分離,減少霧沫夾帶。

板式塔的15種塔板,你都認識嗎?

特點:打破了傳統塔板以板上液層為首要傳質區域的平面型辦法,把傳質區域拓寬到塔板至罩頂的立體空間方案;


將塔板的空間運用率行進到50%~70%,又由于氣液在罩內和罩直觸摸十分充沛,故塔板功率很高(比F1浮閥高10%以上);


矩形開孔使得開孔率大崎嶇行進(達20%),與浮閥塔板比照,CTST的通量可行進50%~100%。


新型垂直篩板(New-VST)


上氣液流動接觸呈噴射狀態,氣液兩相取并流接觸形式。來自上一層的液體從降液管流出,橫向穿過各排帽罩,經帽罩底隙流入帽內;從板孔上升的來自下一層的氣體在罩內與液體進行接觸,這過程可以四段論加以描述:


  • 托液拉膜段
  • 破膜粉碎段
  • 氣液噴射段
  • 氣液分離段


被噴出的氣液混合物中的大液滴回落入板上液層并進行循環(重復上述四段);小液滴(霧沫)懸浮于罩頂空間并隨氣流進入上一層塔板。而液體則從上游帽罩周圍流過,并到達下游帽罩直至通過降液管流入下一塔板。

板式塔的15種塔板,你都認識嗎?

特點:


因為New-VST的操作上限為過量霧沫夾帶,而其帽罩結構決定了它的氣液混合物乃呈水平方向噴出。這就使它能大大降低了液沫夾帶量,也因此可以大大提高其空塔氣速。


New-VST系呈噴射狀態操作,通過在帽罩內氣液的激烈接觸與沖突,使液體被分散成為細小液滴(一般情況下95%的液滴粒徑為0.5~5mm的范圍),從而大大增加(提供了)氣液接觸傳質面積,并且由于氣液混合物在兩板之間的空間接觸時,液滴不斷被氣流翻動,從而使氣液兩相接觸表面不斷更新,遂可大大提高傳質系數,這就使New-VST具有高的傳質速率。


幾種常用板的比較

板式塔的15種塔板,你都認識嗎?

工業生產對塔板的要求主要是:


1.通過能力要大,即單位塔截面能處理的氣液流量大;


2.塔板效率要高;


3.塔板壓力降要低;


4操作彈性要大;


在這些要求中,對于要求產品純度高的分離操作,首先應考慮高效率;對于處理量大的一般性分離(如原油蒸餾等),主要是考慮通過能力大。


篩板上的氣液接觸狀態


塔板上氣液兩相的接觸狀態是決定板上兩相流流體力學及傳質和傳熱規律的重要因素。當液體流量一定時,隨著氣速的增加,可以出現三種不同的接觸狀態。


鼓泡接觸狀態


當氣速較低時,氣體以鼓泡形式通過液層。由于氣泡的數量不多,形成的氣液混合物基本上以液體為主,氣泡表面的湍動程度低,傳質阻力較大。

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泡沫接觸狀態


孔速增加使氣泡數量增加,氣泡表面連成一片并發生合并與破裂。液體大部分以液膜形式存在與氣泡之間。傳質表面是面積很大的液膜(高度湍動),有利于傳質。

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噴射接觸狀態


孔速增加,動能很大的氣體從篩孔以射流形式穿過液層。板上的液體破碎成液滴,落下后在塔板上形成很薄的液層,并在此破碎成液滴拋出。兩相傳質面積是液滴的外表面。液滴的多次形成與合并使傳質表面不斷更新,為傳質創造了更好的流體力學條件。

板式塔的15種塔板,你都認識嗎?

噴射狀態與泡沫狀態的根本區別:


前者液體—分散相,氣體—連續相;


后者液體—連續相,氣體—分散相。


轉相點:泡沫狀態 噴射狀態的臨界點。


篩孔直徑和塔板開孔率越大,轉相點氣速越低。

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