發(fā)布時間： 2016年11月24日
四、塔器
塔設備是化工、石油工業(yè)中廣泛使用的重要生產(chǎn)設備。用以實現(xiàn)蒸餾和吸收兩種分離操作的塔設備分別稱為蒸餾塔和吸收塔。這類塔設備的基本功能是提供氣、液兩相充分接觸的機會，使傳質、傳熱兩種過程能夠迅速有效地進行，還要求能使接觸之后的氣、液兩相及時分開，互不夾帶。
(一)塔設備分類及性能
根據(jù)塔內(nèi)氣、液接觸部件的結構形式，可將塔設備分為兩大類：板式塔與填料塔。
1.板式塔
按照塔內(nèi)氣、液流動方式，可將塔板分為錯流塔板與逆流塔板兩類。
常用的板式塔有泡罩塔、篩板塔、浮閥塔、舌形噴射塔以及一些新型塔和復合型塔(如浮動噴射塔、浮舌塔、壓延金屬網(wǎng)板塔、多降液管篩板塔等)
(1)泡罩塔。是較早為工業(yè)蒸餾操作所采用的一種氣—液傳質設備。每層塔板上裝有若干短管作為上升氣體通道，稱為升氣管。由于升氣管高出液面，故板上液體不會從中漏下。升氣管上覆以泡罩，泡罩下部周邊開有許多齒縫。在操作條件下，齒縫浸沒在板上液層中，形成液封。上升氣體通過齒縫被分散成細小的氣泡或流股進入液層。板上的鼓泡液層或充氣的泡沫體為氣、液兩相提供了較大的傳質界面。液體通過降液管流下，并依靠溢流堰以保證塔板上存有一定厚度的液層。
泡罩塔的優(yōu)點是不易發(fā)生漏液現(xiàn)象，有較好的操作彈性，即當氣、液負荷有較大的波動時，仍能維持幾乎恒定的板效率;塔板不易堵塞，對于各種物料的適應性強。缺點是塔板結構復雜，金屬耗量大，造價高;板上液層厚，氣體流徑曲折，塔板壓降大，兼因霧沫夾帶現(xiàn)象較嚴重，限制了氣速的提高，故生產(chǎn)能力不大;且板上液流遇到的阻力大，致使液面落差大，氣體分布不均，也影響了板效率的提高。
(2)篩板塔。是在塔板上開有許多均勻分布的篩孔，上升氣流通過篩孔分散成細小的流股，在板上液層中鼓泡而出，與液體密切接觸。篩孔在塔板上做正三角形排列，其直徑宜為3～8mm，孔心距與孔徑之比常在2.5～4.0范圍內(nèi)。塔板上設置溢流堰，以使板上維持一定濃度的液層。在正常操作范圍內(nèi)，通過篩孔上升的氣流，應能阻止液體經(jīng)篩孔向下泄漏。液體應通過降液管逐板流下。
篩板塔的突出優(yōu)點是結構簡單，金屬耗量小，造價低廉;氣體壓降小，板上液面落差也較小，其生產(chǎn)能力及板效率較泡罩塔高。主要缺點是操作彈性范圍較窄，小孔篩板易堵塞。
(3)浮閥塔。是國內(nèi)許多工廠進行蒸餾操作時最樂于采用的一種塔型。在吸收、脫吸等操作中也有應用，效果較好。浮閥塔板的結構特點是在帶有降液管的塔板上開有若干大孔(標準孔徑為39mm)，每孔裝一個可以上下浮動的閥片，由孔上升的氣流，經(jīng)過閥片與塔板的間隙而與板上橫流的液體接觸。國內(nèi)最常采用的閥片形式有F1型，另外還有V—4型及T型浮閥。
浮閥結構簡單，制造方便，節(jié)省材料，廣泛用于化工及煉油生產(chǎn)中。浮閥塔具有下列優(yōu)點：
1)生產(chǎn)能力大
2)操作彈性大
3)塔體板效率高
4)氣體壓降及液面落差較小
5)塔的造價較低
(4)噴射型塔
1)舌形塔板。在舌形塔板上沖出許多舌形孔，舌葉與板面成一定角度，向塔板的溢流出口側張開。上升氣流穿過舌孔后，沿舌葉的張角向斜上方以較高速度(20～30m/s)噴出。從上層塔板降液管流出的液體，流過每排舌孔時，即為噴出的氣流強烈擾動而形成泡沫體，并有部分液滴被斜向噴射到液層上方。最后在塔板的出口側，被噴射的液流高速沖至降液管上方的塔壁，流入降液管。舌形塔板開孔率較大，故可采用較大氣速，生產(chǎn)能力比泡罩、篩板等塔型的都大，且操作靈敏、壓降小。當塔內(nèi)氣體流量較小時，不能阻止液體經(jīng)舌孔泄漏。所以舌型塔板也有對負荷波動的適應能力較差的缺點。此外，板上液流被氣體噴射后，仍帶有大量的泡沫，易將氣泡帶到下層塔板，尤其在液體流量很大時，這種氣相夾帶的現(xiàn)象更嚴重，將使板效率明顯下降。這是噴射型塔板一個值得注意的問題。
2)浮動噴射塔板
浮動噴射塔的優(yōu)點是生產(chǎn)能力大，操作彈性大，壓強降小，持液量小。缺點是操作波動較大時，液體入口處泄漏較多;液量小時，板上易“干吹”;液量大時，板上液體出現(xiàn)水浪式的脈動，因而影響接觸效果，板效率降低。塔板結構復雜，浮板也易磨損及脫落。
3)浮舌塔板。是綜合浮閥和固定舌形塔板的長處而提出的又一種噴射型塔板。據(jù)研究，這種塔板的壓強降要比浮閥塔板及固定舌形塔板都低，而操作彈性范圍較二者都大，在板效率及泄漏量方面也優(yōu)于固定舌形塔板。
2.填料塔
填料塔也是一種重要的氣、液傳質設備。它的結構很簡單，在塔體內(nèi)充填一定高度的填料，其下方有支承板，上方為填料壓板及液體分布裝置。液體自填料層頂部分散后沿填料表面流下而潤濕填料表面;氣體在壓強差推動下，通過填料間的空隙由塔的一端流向另一端。氣、液兩相間的傳質通常是在填料表面上液體與氣相間的界面上進行的。塔殼可由陶瓷、金屬、玻璃、塑料等材料制成，必要時也可在金屬筒體內(nèi)襯以防腐材料。為保證液體在整個截面上的均勻分布，塔體應具有良好的垂直度。
填料塔不僅結構簡單，且具有阻力小和便于用耐腐材料制造等優(yōu)點，尤其對于直徑較小的塔、處理有腐蝕性的物料或減壓蒸餾系統(tǒng)，都表現(xiàn)出明顯的優(yōu)越性。另外，對于某些液、氣比較大的蒸餾或吸收操作，若采用板式塔，則降液管將占用過多的塔截面積，此時也宜采用填料塔。
為使填料塔發(fā)揮良好的效能，填料應符合以下要求：
(1)要有較大的比表面積。單位體積填料層所具有的表面積稱為填料的比表面積，以ε表示，其單位為m2/ m3。填料表面只有被流動的液相所潤濕，才能構成有效的傳質面積。因此，若希望有較高的傳質速率，除了需要有較大的比表面積之外，還要求填料有良好的潤濕性能及有利于液體在填料上均勻分布的形狀。
(2)要有較高的空隙率。單位體積填料層所具有的空隙體積稱為填料的空隙率，以￡表示，其單位為m3/m3。一般說來，填料的空隙率多在0.45～0.95范圍以內(nèi);當填料的空隙率較高時，氣、液通過能力大且氣流阻力小，操作彈性范圍較寬。
(3)從經(jīng)濟、實用及可靠的角度出發(fā)，還要求單位體積填料的重量輕、造價低、堅固耐用、不易堵塞、有足夠的力學強度，對于氣、液兩相介質都有良好的化學穩(wěn)定性等。
上述各項條件，未必為每種填料所兼?zhèn)?，在實際應用時，可根據(jù)具體情況加以適當選擇。
(二)塔器類設備的運輸與吊裝
1.設備水平運輸
是指將設備從倉庫或堆放地點運至安裝地點(基礎附近)。塔器類設備組裝或拼裝時，由于條件限制，不能在基礎附近組裝。因此，吊裝時，也要把組裝好的設備進行場內(nèi)二次運輸。
2.設備吊裝就位
(1)機械化吊裝
(2)半機械化吊裝
抱桿(單抱桿或雙抱桿)是建設工程中吊裝大型靜置設備的主要起重工具。重型設備的質量在200t以上，設備高度50～80m。當機械起重機難以完成吊裝時，均可采用抱桿吊裝。
1)單抱桿吊裝塔類設備。塔的質量在350t以內(nèi)，塔直徑較小，可以采用單抱桿起吊。
2)雙抱桿起吊塔器類設備。塔的直徑較大，質量在350～700t之間，可以采用雙抱桿起吊。
3)塔群吊裝。對于塔群的起吊方法，應有周密的施工方案。塔群的安裝位置如果為一條直線，塔與塔之間相隔離不遠，可以根據(jù)具體情況，安裝一座雙桅桿或單抱桿，通過位移依次吊裝，而不宜將每一座塔的抱桿安裝、拆除一次。
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