1、第第三三單元單元 靜設(shè)備靜設(shè)備課題三課題三 塔設(shè)備塔設(shè)備 n分課題一分課題一 塔設(shè)備的應(yīng)用及類型塔設(shè)備的應(yīng)用及類型 n一、塔設(shè)備應(yīng)用一、塔設(shè)備應(yīng)用 二、塔設(shè)備的一般要求二、塔設(shè)備的一般要求n（1）生產(chǎn)能力要大，即單位塔截面上單位時(shí)間內(nèi)的物料處理量要大。n（2）分離效率要高，即達(dá)到規(guī)定分離要求的塔高要低。n（3）操作穩(wěn)定，彈性要大，即允許氣體和（或）液體負(fù)荷在一定的范圍內(nèi)變化，塔仍能正常操作并保持較高的分離效率。n（4）對(duì)氣體的阻力要小，這對(duì)于減壓蒸餾尤為重要。n（5）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工制造，維修方便，耐腐蝕等。 三、塔設(shè)備的分類三、塔設(shè)備的分類 n塔式容器廣泛用于石油、化工、醫(yī)藥、食品以及環(huán)境

2、保護(hù)等工業(yè)的一種重要的單元操作設(shè)備。主要用來處理流體（氣體或液體）之間的傳質(zhì)與傳熱，實(shí)現(xiàn)物料的凈化和分離。按照塔流體接觸的部件不同，分為板式塔和填料塔兩種。n板式塔中，塔內(nèi)裝有一定數(shù)量的塔盤，氣液兩相在板面上以氣體鼓泡和液體噴射狀態(tài)完成氣液傳質(zhì)與傳熱，有明顯的“級(jí)”式過程。填料塔中，氣液兩相接觸主要發(fā)生在填料表面，在傳熱傳質(zhì)過程以“微分”式連續(xù)進(jìn)行。四、塔設(shè)備所受載荷四、塔設(shè)備所受載荷n由于塔身高大且多露天放置，其受力狀況為：n（1）設(shè)計(jì)壓力；n（2）液柱靜壓力；n（3）塔器自重以及正常操作條件下的塔內(nèi)物料載荷；n（4）附屬設(shè)備和隔熱材料、襯里、管道、扶梯、平臺(tái)的重力載荷；n（5）風(fēng)載荷和地震

3、載荷。五、氣液傳質(zhì)對(duì)塔器的要求五、氣液傳質(zhì)對(duì)塔器的要求n氣液傳質(zhì)對(duì)塔器的要求主要有：n（1）氣液兩相充分接觸，傳質(zhì)效率高；n（2）氣體和液體的通量大；n（3）流體流動(dòng)阻力小，壓力損失??；n（4）操作彈性大，在負(fù)荷較大變動(dòng)范圍內(nèi)，維持高效率；n（5）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，制造成本低；n（6）易于安裝、檢修和清洗。 六、塔設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)六、塔設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)n（一）塔體n塔體內(nèi)部有板式塔的主要結(jié)構(gòu)元件之一-塔盤，氣-液或液-液兩相有塔盤上充分接觸，達(dá)到傳質(zhì)和傳熱的目的。塔盤上沒有溢流裝置，包括溢流堰、降液管和受液盤。塔體外表面上安裝有進(jìn)出物料管、人孔、視孔和各種儀表接管等。另外，為了便于人上塔操作，在塔外

4、側(cè)還設(shè)有扶梯和平臺(tái)；塔內(nèi)流體溫度不是接近常溫狀態(tài)時(shí)，往往還需要在塔的外表安裝保溫層，設(shè)有保溫層支持圈等。（二）裙式支座n由座圈、基礎(chǔ)環(huán)和地腳螺栓座組成。座圈焊在基礎(chǔ)環(huán)上，基礎(chǔ)環(huán)傳遞力給基礎(chǔ)，上面焊制地腳螺栓座。地腳螺栓將基礎(chǔ)環(huán)固定在基礎(chǔ)上，基礎(chǔ)上的地腳螺栓為預(yù)先填埋固定好的，所以為了安裝，基礎(chǔ)環(huán)上的地腳螺栓孔為開口的，裝完后再焊上，其與塔底焊接于封頭間的焊接接頭可分為對(duì)接與搭接。對(duì)接時(shí)裙座外徑和塔體下封頭外徑相等，焊縫必須為全熔透的連續(xù)焊，搭接焊縫應(yīng)和塔體自身的環(huán)焊縫保持一定的距離。 （三）塔頂?shù)踔鵱（1）吊桿 最好是整根的鋼管。n（2）封板 懸臂端加封板，防止雨水灌入吊柱引起生銹。n（3）吊

5、鉤。n（4）手柄 方便用力，用套筒。n（5）制動(dòng)插銷 起吊物體時(shí)，防止任意轉(zhuǎn)動(dòng)。n（6）支撐點(diǎn)結(jié)構(gòu)。（四）除沫器 n 除沫器用于捕集夾帶在氣流中的液滴。使用高效的除沫器，對(duì)于回收貴重物料、提高分離效率、改善塔后設(shè)備的操作狀況，以及減少對(duì)環(huán)境的污染都是非常必要。(五)進(jìn)料管n在分塊式塔盤上安置進(jìn)料管應(yīng)貼近塔盤板（加料板），有直的和彎的兩種，并可做成可拆的或固定不可拆的。在整塊式塔盤上，由于有塔盤圈，進(jìn)液管位置應(yīng)提高，并加緩沖管。對(duì)于氣態(tài)進(jìn)料，進(jìn)料口可安裝在塔盤間的蒸汽空間。分課題二分課題二 板式塔板式塔 n一、板式塔的結(jié)構(gòu)一、板式塔的結(jié)構(gòu)二、塔板類型二、塔板類型n（一）按照塔內(nèi)氣液流動(dòng)的方式，可

6、將塔板分為錯(cuò)流塔板與逆流塔板兩類。（二）按塔板的結(jié)構(gòu)分類n（1）泡罩塔（2）篩板塔（3）浮閥塔（4）噴射型塔板三、塔設(shè)備的主要構(gòu)件三、塔設(shè)備的主要構(gòu)件n（一）塔盤n（1）整塊式塔盤的板式塔n定距管支撐式塔盤n重疊式塔盤（2）分塊式塔盤的板式塔（3）塔板聯(lián)接（二）除沫裝置n（1）絲網(wǎng)除沫器（2）折流除沫器（3）旋流板除沫器n圖3-3-21所示，旋流板除沫器夾帶的液滴的氣體通過葉片時(shí)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)和離心運(yùn)動(dòng)，在離心力的作用下將液滴甩到塔壁，從而實(shí)現(xiàn)氣液分離。（三）裙座n（1）裙座型式有圓筒形和圓錐形。n（2）裙座的材料n裙座殼體 n其它部位 n（3）裙座結(jié)構(gòu)（3）裙座結(jié)構(gòu)n裙座的組成 n裙座與塔體的焊接

7、型式n裙座體與塔體的焊縫應(yīng)和塔體本身的環(huán)焊縫保持一定距離，以防焊接殘余應(yīng)力疊加過大、焊接變形；如果端蓋是拼焊而成，則應(yīng)在裙座上相應(yīng)部位開缺口，以免和端蓋焊縫相互交叉重合。 n人孔： n排氣孔：防止腐蝕性氣體長(zhǎng)期積存在裙座內(nèi)。n排液孔：排除裙座體底部積液，50孔。n螺栓孔：開成圓缺口以便于安裝。n出料管：焊有三片扁鋼支承在引出管通道上。（四）吊柱（五）塔設(shè)備的進(jìn)出口接管四、板式塔的操作及維護(hù)四、板式塔的操作及維護(hù)n（一）塔式板內(nèi)氣液兩相的非理想流動(dòng)n（1）空間上的反向流動(dòng)n霧沫夾帶n氣泡夾帶n（2）空間上的不均勻流動(dòng)n氣體沿塔板的不均勻分布液體沿塔板的不均勻流動(dòng)n液體自塔板一端流向另一端時(shí)，在塔

8、板中央，液體行程較短而直，阻力小，流速大。在塔板邊緣部分，行程長(zhǎng)而彎曲，又受到塔壁的牽制，阻力大，因而流速小，因此，液流量在塔板上的分配是不均勻的。這種不均勻性的嚴(yán)重發(fā)展會(huì)在塔板上造成一些液體流動(dòng)不暢的滯留區(qū)。（二）塔式板的不正常操作現(xiàn)象n（1）漏液n（2）液泛（三）塔板的負(fù)荷性能圖及操作分析n(1)漏液線 n(2)液沫夾帶線 n(3)液相負(fù)荷下限線 n(4)液相負(fù)荷上限線 n(5)液泛線 （四）板式塔的操作及維護(hù)n（1）板式塔設(shè)備開車前準(zhǔn)備n認(rèn)真檢查水、電、汽是否能夠保證正常生產(chǎn)需要。n各種物料輸送裝置如泵、壓縮機(jī)等設(shè)備是否能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。n設(shè)備、儀表、防火安全設(shè)施是否齊全完備，有計(jì)算機(jī)自控裝置

9、應(yīng)試調(diào)系統(tǒng)。n所有閥門要處于正常運(yùn)行的開、閉狀態(tài)，并保證不能有滲漏、逃汽跑液現(xiàn)象。n各冷凝、冷卻器事先要試驗(yàn)是否滲漏，安排先后送水預(yù)冷，整個(gè)塔設(shè)備要先送蒸汽溫塔。n疏通前后工段聯(lián)系，掌握進(jìn)料濃度和儲(chǔ)備槽液量，通知化驗(yàn)室作取樣分析準(zhǔn)備工作。（2）典型板式塔設(shè)備的操作要求n檢查精餾塔系統(tǒng)閥門關(guān)/天是否正確。蒸餾開始前，開啟冷卻水循系統(tǒng)，并打開泄壓閥，然后打開冷凝器冷卻水閥門，將水壓調(diào)整到0.15Mpa，關(guān)閉進(jìn)料轉(zhuǎn)子流量計(jì)閥門。n開啟精餾塔系統(tǒng)真空，真空度按具體工藝要標(biāo)選擇，如蒸餾物料揮發(fā)性強(qiáng)，開啟鹽水機(jī)組，啟用冷凝系統(tǒng)，捕集物料。n啟動(dòng)磁力泵，將蒸餾物料送入計(jì)量罐內(nèi)，再輸送至高位槽。n打開預(yù)熱汽閥

10、，打開塔釜蒸汽閥，并將蒸汽壓力控制在需要的范圍之內(nèi)，保持設(shè)定溫度。n檢查塔體、塔釜、殘液槽之間連接管道的閥門開啟是否正確。n選擇合遷的進(jìn)塔料口，找開轉(zhuǎn)子流量計(jì)，流量根據(jù)具體情況加以調(diào)整。n整修蒸餾過程必須監(jiān)控真空度、蒸汽壓力、流量、物料輸送以及出料情況。n蒸餾完畢，排渣，清洗系統(tǒng)。 （3）板式塔設(shè)備的停車n取出塔板或填料，檢查、清洗污垢或雜質(zhì)。n檢測(cè)塔壁厚離，做出減薄預(yù)測(cè)曲線，評(píng)價(jià)腐蝕情況，判斷塔設(shè)備使用壽命；檢查塔體有無滲漏現(xiàn)象，做出滲漏處的修理安排。n檢查塔板或塔料的磨損破壞情況。n檢查液面計(jì)、壓力計(jì)、安全閥是否發(fā)生堵塞和在規(guī)定壓力下動(dòng)作，必要時(shí)重新調(diào)整和校正。n如果在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)有異常振動(dòng)

11、，停車檢查時(shí)要查明原因。 分課題三分課題三 填料塔填料塔n一、填料塔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)一、填料塔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)二、填料的類型二、填料的類型n（一）散裝填料n（1）拉西環(huán)填料 n（2）鮑爾環(huán)填料 （3）階梯環(huán)填料 （4）弧鞍填料 （5）矩鞍填料 （6）金屬環(huán)矩鞍填料 （7）球形填料球形填料一般采用塑料注塑而成，其結(jié)構(gòu)有多種 （二）規(guī)整填料 n（1）格柵填料 n（2）波紋填料 n（3）脈沖填料脈沖填料是由帶縮頸的中空棱柱形個(gè)體，按一定方式拼裝而成的一種規(guī)整填料 三、填料的性能評(píng)價(jià)三、填料的性能評(píng)價(jià)n（1）填料的幾何特性n比表面積單位體積填料的填料表面積稱為比表面積，以a表示，其單位為m2/m3。填料的比表面積

12、愈大，所提供的氣液傳質(zhì)面積愈大。因此，比表面積是評(píng)價(jià)填料性能優(yōu)劣的一個(gè)重要指標(biāo)。 n空隙率單位體積填料中的空隙體積稱為空隙率，以e 表示，其單位為m3/m3，或以%表示。填料的空隙率越大，氣體通過的能力越大且壓降低。因此，空隙率是評(píng)價(jià)填料性能優(yōu)劣的又一重要指標(biāo)。n填料因子填料的比表面積與空隙率三次方的比值，即a/e 3，稱為填料因子，以f表示，其單位為1/m。填料因子分為干填料因子與濕填料因子，填料未被液體潤(rùn)濕時(shí)的a/e3稱為干填料因子，它反映填料的幾何特性；填料被液體潤(rùn)濕后，填料表面覆蓋了一層液膜，a和e 均發(fā)生相應(yīng)的變化，此時(shí)的a/e 3 稱為濕填料因子，它表示填料的流體力學(xué)性能，f值越小

13、，表明流動(dòng)阻力越小。 （2）填料的性能評(píng)價(jià)n填料的性能的優(yōu)劣通常根據(jù)效率、通量及壓降來衡量。在相同的操作條件下，填料塔內(nèi)氣液分布越均勻，表面潤(rùn)濕性能越優(yōu)良，則傳質(zhì)效率越高；填料的空隙率越大，結(jié)構(gòu)越開放，則通量越大，壓降也越低。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)九種常用填料的性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，用模糊數(shù)學(xué)方法得出了各種填料的評(píng)估值，結(jié)論如表3-3-2所示。四、填料的選擇四、填料的選擇n（一）填料種類的選擇n（1）傳質(zhì)效率要高一般而言，規(guī)整填料的傳質(zhì)效率高于散裝填料。n（2）通量要大在保證具有較高傳質(zhì)效率的前提下，應(yīng)選擇具有較高泛點(diǎn)氣速或氣相動(dòng)能因子的填料。n（3）填料層的壓降要低。n（4）填料抗污堵性能強(qiáng)，拆裝、檢修方便。

14、（二）填料規(guī)格的選擇n（1）散裝填料規(guī)格的選擇工業(yè)塔常用的散裝填料主要有DN16、DN25、DN38、DN50、DN76等幾種規(guī)格。同類填料，尺寸越小，分離效率越高，但阻力增加，通量減少，填料費(fèi)用也增加很多。而大尺寸的填料應(yīng)用于小直徑塔中，又會(huì)產(chǎn)生液體分布不良及嚴(yán)重的壁流，使塔的分離效率降低。因此，對(duì)塔徑與填料尺寸的比值要有一規(guī)定，一般塔徑與填料公稱直徑的比值D/d應(yīng)大于8。n（2）規(guī)整填料規(guī)格的選擇工業(yè)上常用規(guī)整填料的型號(hào)和規(guī)格的表示方法很多，國(guó)內(nèi)習(xí)慣用比表面積表示，主要有125、150、250、350、500、700等幾種規(guī)格，同種類型的規(guī)整填料，其比表面積越大，傳質(zhì)效率越高，但阻力增加，

15、通量減少，填料費(fèi)用也明顯增加。選用時(shí)應(yīng)從分離要求、通量要求、場(chǎng)地條件、物料性質(zhì)及設(shè)備投資、操作費(fèi)用等方面綜合考慮，使所選填料既能滿足技術(shù)要求，又具有經(jīng)濟(jì)合理性。（三）填料材質(zhì)的選擇n（1）陶瓷填料 n（2）金屬填料 n（3）塑料填料塑料填料的材質(zhì)主要包括聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）及聚氯乙烯（PVC）等 五、填料塔的流體力學(xué)性能五、填料塔的流體力學(xué)性能n（1）填料層的持液量n（2）填料層的壓降（4）液泛n在泛點(diǎn)氣速下，持液量的增多使液相由分散相變?yōu)檫B續(xù)相，而氣相則由連續(xù)相變?yōu)榉稚⑾?，此時(shí)氣體呈氣泡形式通過液層，氣流出現(xiàn)脈動(dòng)，液體被大量帶出塔頂，塔的操作極不穩(wěn)定，甚至?xí)黄茐模朔N情況稱為淹塔

16、或液泛。影響液泛的因素很多，如填料的特性、流體的物性及操作的液氣比等。 液體噴淋密度和填料表面的潤(rùn)濕 n填料塔中氣液兩相間的傳質(zhì)主要是在填料表面流動(dòng)的液膜上進(jìn)行的。要形成液膜，填料表面必須被液體充分潤(rùn)濕，而填料表面的潤(rùn)濕狀況取決于塔內(nèi)的液體噴淋密度及填料材質(zhì)的表面潤(rùn)濕性能。（5）返混n在填料塔內(nèi)，氣液兩相的逆流并不呈理想的活塞流狀態(tài)，而是存在著不同程度的返混。造成返混現(xiàn)象的原因很多，如：填料層內(nèi)的氣液分布不均；氣體和液體在填料層內(nèi)的溝流；液體噴淋密度過大時(shí)所造成的氣體局部向下運(yùn)動(dòng)；塔內(nèi)氣液的湍流脈動(dòng)使氣液微團(tuán)停留時(shí)間不一致等。填料塔內(nèi)流體的返混使得傳質(zhì)平均推動(dòng)力變小，傳質(zhì)效率降低。因此，按理想

17、的活塞流設(shè)計(jì)的填料層高度，因返混的影響需適當(dāng)加高，以保證預(yù)期的分離效果。六、填料塔的內(nèi)件六、填料塔的內(nèi)件(四)液體收集及再分布裝置七、填料塔塔設(shè)備的操作與維護(hù)七、填料塔塔設(shè)備的操作與維護(hù)n(一)填料的安裝n（1）填料安裝前的處理n（2）散裝填料的安裝 n（3）規(guī)整填料的安裝 n（二）填料塔的操作n填料塔操作與板式塔大體相同。n填料塔操作與板式塔主要不同之處在于：首先，填料塔應(yīng)主要控制液體分布均勻，防止填料局部過流影響傳質(zhì)效果；其次要控制好壓力變化，避免氣相變化過大，造成填料壓板的損壞。n（三）填料塔的日常檢查n定期檢查、清理，更換蓮蓬頭或溢流管，保持不堵塞、不破損、不偏斜，使噴淋裝置能把液體均

18、勻分布到填料上。n進(jìn)塔氣體的壓力和流速不能過大，否則填料將會(huì)被吹亂或帶走，嚴(yán)重降低氣、液兩相接觸效率。n控制進(jìn)氣溫度，防止塑料填料軟化或變質(zhì)，增加氣流阻力。n進(jìn)塔的液體不能含有雜物，太臟時(shí)應(yīng)過濾，避免雜物堵塞填料縫隙。n定期檢查、防腐，清理塔壁，防止腐蝕、沖刷、掛疤等缺陷。n定期檢查算板腐蝕程度，如果腐蝕變薄則應(yīng)更新，防止脫落。n定期測(cè)量塔壁厚度并觀察塔體有無滲漏，發(fā)現(xiàn)后及時(shí)修補(bǔ)。n經(jīng)常檢查液面，不要淹沒氣體進(jìn)口，防止引起振動(dòng)和異常響聲。n經(jīng)常觀察基礎(chǔ)下沉情況，注意塔體有無傾斜。n保持塔體油漆完整，外觀無掛疤，清潔衛(wèi)生。 n定期打開排污閥門，排放塔底積存臟物和碎填料。n冬季停用時(shí)，應(yīng)將液體排盡，防止凍結(jié)。n如果壓力突然下降，此時(shí)可能原因是發(fā)生了泄漏。如果壓力上升，可能的原因是填料阻力增加或設(shè)備管道堵塞。n防腐層和保溫層損壞，此時(shí)要對(duì)室外保溫設(shè)備進(jìn)行檢查，著重檢查溫度在1