板式塔研究进展

·20·化学工程2003年第31卷第3期板式塔研究进展王树楹，高长宝，兰仁水(1．天津大学化工学院，天津300072；2．天津市新天进公司，天津300192)摘要：对影响塔板传质效率的各种因素从理论上进行了分析；根据气液在塔内的相对流动将塔板分为三大类，然后依据塔板的结构简图对各种塔板的结构特点进行了详细介绍，对其流体力学和传质性能进行了分析，还比较了不同结构塔板之间的优缺点；对在不同情况下塔板的选择及塔板的发展提出了建议。关键词：塔板；流体力学；传质效率中图分类号：TQ051．81文献标识码：A文章编号：1005-9954(2003)034)020-07塔设备是化工、炼油生产中的核心设备之一。它的主要功能是使气(或汽)液或液液两相之间通过接触达到相际传质及传热的目的。塔设备按塔内件是填料还是塔板分为填料塔和板式塔，其中板式塔研究起步较早。从1813年CeUier首次提出泡罩塔到现在近200年的不断研究和发展，出现了许多种塔板。判别一种塔板的性能主要从塔板效率、处理能力、操作弹性、压降及抗堵性、机械强度、造价等几方面来考虑。一般塔板效率是最重要的，而影响塔板效率的因素很多，对塔板效率也有很多种关联方法。这里，我们采用美国化工学会(AIChE)提出的塔板效率的计算方法。AIChE法计算程序如下：(1)塔板上的传质单元数及点效率的计算板上气相传质单元数J7v。NG=[0．076+0．456hw一0．24F+105(Ls／B)+2．4△]sc。。’(1)板上液相传质单元数ⅣJ．对于筛板塔NL=197D~(0．394F+0．17)tL(2)点效率E。的计算1111，、+A—NL【j(2)无雾沫夹带板效率E的计算液相完全返混时EMv=E0v=1一e。(4)液相完全不返混时EMv=A(eEov／A一1)(5)液相部分返混时EMv1一e-()1Eov+(·+)。(t+)(6)其中=譬【(·+)“一t】(7)(3)有雾沫夹带板效率E。的计算(8)(4)全塔效率的计算(9)因而，就塔板的结构而言，主要从h霄、tL、Pe、e四个方面影响塔板效率。由式(1)一(9)可以推出，随着hW、tDPe的值增加而增大，随着e的值增加而减小，即增大堰高和液体在塔板上的停留时间，改善两相接触状态，减小液体的返混和雾沫夹带有利于提高全塔效率。可以根据以上的分析来评价现有的各种塔板。板式塔按(在一块塔板上)气液流向的不同分为气液呈错流的塔板、气液呈逆流的塔板及气液呈并流的塔板。1气液呈错流的塔板主要包括泡罩型、筛孔型、浮阀型和喷射型。1．1泡罩型塔板作者简介：王树楹(1932一)，教授，博士导师，长期从事填料塔和塔板的研究工作。维普资讯http://www.cqvip.com王树楹等板式塔研究进展它在板式塔发展史上起了重要作用，泡罩塔技术成熟，操作稳定，抗漏液性能好，操作弹性较大；塔板上液层较高，两相接触时间长，因而塔板效率较高。但由于塔板压降较高、雾沫夹带大、塔板上的液面落差较大以及泡罩的生产制造复杂、造价较高等原因，目前使用较少。1．2筛孔型塔板筛板塔技术成熟，造价低，应用较广泛。其改进型如下：(1)Linde筛板(图1)。其特点是：①在液体进人区，将塔板制成凸起的斜台状鼓泡装置，以促进气液充分接触；②塔板上装有百叶窗式的导向孔，导向孔的方向与液流方向一致。上述两个改进很好地解决了塔板液层落差较大的问题，减少了雾沫夹带和塔板压降。圈1[Jibe筛板Fig．1Lindesievetray(2)气相分流式塔板(图2)。41一工作区；2一气相特殊通道；3一齿缝；4一通道壁板圈2气相分流塔板Fig．2Gas·liquiddifluencetray其设计是将气相分成多股，一部分气流从正常筛孔进入上一层塔板，而另一部分从特殊设计的通道进人上一层塔板。其中气相通道为扁平式扩散型，且与液体流动方向平行安装，起到了导流板减小返混的作用。这种设计提高了气体处理能力，而塔板压降不增加，同时雾沫夹带也减少了，但效率有所降低。1．3浮阀塔板它是在塔盘上开阀孔，安置能上下浮动的阀片。由于浮阀与塔板之间流通面积能随气体负荷变动自动调节，因而在较宽的气体负荷也能保持稳定操作；同时气体以水平方向吹出，气液接触时间较长，雾沫夹带少，液面落差小；不怕脏粘物料，使用周期长；结构简单、造价低。但是塔板上液层梯度大，液体返混较大，浮阀易磨损和脱落。(1)VV(Varioflex—ValveTray)塔板(图3)。它的结构特点：在固定阀下设置一可上下活动的阀片，通过阀片的上升和下降来达到对流通面积的调节。由于其特殊的结构设计，阀片不会被卡住或脱落，使用可靠；同时固定阀保证气体水平吹人液体，强化了气液接触时的湍动作用；其操作弹性高达10：2一l2：l，但雾沫夹带较大。盖板支撑杆一一I一／／囊I-I一‘厶，上i