banshita
板式塔
plate column

  一類用于氣液或液液系統(tǒng)的分級接觸傳質(zhì)設(shè)備，由圓筒形塔體和按一定間距水平裝置在塔內(nèi)的若干塔板組成（圖1[板式塔結(jié)構(gòu)]）。廣泛應(yīng)用于精餾和吸收,有些類型（如篩板塔）也用于萃取，還可作為反應(yīng)器用于氣液相反應(yīng)過程。操作時(shí)（以氣液系統(tǒng)為例），液體在重力作用下,自上而下依次流過各層塔板,至塔底排出；氣體在壓力差推動(dòng)下，自下而上依次穿過各層塔板，至塔頂排出。每塊塔板上保持著一定深度的液層，氣體通過塔板分散到液層中去，進(jìn)行相際接觸傳質(zhì)。
   沿革  工業(yè)上*早出現(xiàn)的板式塔是篩板塔和泡罩塔。篩板塔出現(xiàn)于1830年，很長一段時(shí)間內(nèi)被認(rèn)為難以操作而未得到重視。泡罩塔結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但容易操作，自1854年應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)以后，很快得到推廣，直到20世紀(jì)50年代初，它始終處于主導(dǎo)地位。**次世界大戰(zhàn)后，煉油和化學(xué)工業(yè)發(fā)展迅速，泡罩塔結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高的缺點(diǎn)日益突出，而結(jié)構(gòu)簡單的篩板塔重新受到重視。通過大量的實(shí)驗(yàn)研究和工業(yè)實(shí)踐，逐步掌握了篩板塔的操作規(guī)律和正確設(shè)計(jì)方法，還開發(fā)了大孔徑篩板，解決了篩孔容易堵塞的問題。因此，50年代起，篩板塔迅速發(fā)展成為工業(yè)上廣泛應(yīng)用的塔型。與此同時(shí)，還出現(xiàn)了浮閥塔，它操作容易，結(jié)構(gòu)也比較簡單，同樣得到了廣泛應(yīng)用。而泡罩塔的應(yīng)用則日益減少，除特殊場合外，已不再新建。60年代以后,石油化工的生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大,大型塔的直徑已超過10m。為滿足設(shè)備大型化及有關(guān)分離操作所提出的各種要求，新型塔板不斷出現(xiàn)，已有數(shù)十種。
   塔板  又稱塔盤，是板式塔中氣液兩相接觸傳質(zhì)的部位，決定塔的操作性能，通常主要由以下三部分組成：
  ①  氣體通道  為保證氣液兩相充分接觸，塔板上均勻地開有一定數(shù)量的通道供氣體自下而上穿過板上的液層。氣體通道的形式很多，它對塔板性能有決定性影響，也是區(qū)別塔板類型的主要標(biāo)志。篩板塔塔板的氣體通道*簡單，只是在塔板上均勻地開設(shè)許多小孔（通稱篩孔）,氣體穿過篩孔上升并分散到液層中（圖2[篩板塔塔板]）。泡罩塔塔板的氣體通道*復(fù)雜，它是在塔板上開有若干較大的圓孔，孔上接有升氣管，升氣管上覆蓋分散氣體的泡罩（圖3[ 泡罩塔塔板]）。浮閥塔塔板則直接在圓孔上蓋以可浮動(dòng)的閥片,根據(jù)氣體的流量,閥片自行調(diào)節(jié)開度（圖4[浮閥塔塔板]）。
  ②  溢流堰  為保證氣液兩相在塔板上形成足夠的相際傳質(zhì)表面,塔板上須保持一定深度的液層，為此,在塔板的出口端設(shè)置溢流堰。塔板上液層高度在很大程度上由堰高決定。對于大型塔板，為保證液流均布，還在塔板的進(jìn)口端設(shè)置進(jìn)口堰。
  ③  降液管  液體自上層塔板流至下層塔板的通道，也是氣（汽）體與液體分離的部位。為此，降液管中必須有足夠的空間，讓液體有所需的停留時(shí)間。此外，還有一類無溢流塔板，塔板上不設(shè)降液管，僅是塊均勻開設(shè)篩孔或縫隙的圓形篩板。操作時(shí)，板上液體隨機(jī)地經(jīng)某些篩孔流下，而氣體則穿過另一些篩孔上升。無溢流塔板雖然結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低廉，板面利用率高，但操作彈性太小，板效率較低，故應(yīng)用不廣。
   操作特性  各種塔板只有在一定的氣液流量范圍內(nèi)操作，才能保證氣液兩相有效接觸，從而得到較好的傳質(zhì)效果?？捎盟遑?fù)荷性能圖(圖5[ 塔板負(fù)荷性能圖])來表示塔板正常操作時(shí)氣液流量的范圍，圖中的幾條邊線所表示的氣液流量限度為：①漏液線。氣體流量低于此限時(shí)，液體經(jīng)開孔大量泄漏。②過量霧沫夾帶線。氣體流量高于此限時(shí)，霧沫夾帶量超過允許值，會(huì)使板效率顯著下降。③液流下限線。若液體流量過小，則溢流堰上的液層高度不足，會(huì)影響液流的均勻分布，致使板效率降低。④液流上限線。液體流量太大時(shí)，液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間過短,液相夾帶的氣泡來不及分離,會(huì)造成氣相返混，板效率降低。⑤液泛線。氣液流量超過此線時(shí)，引起降液管液泛，使塔的正常操作受到破壞。如果塔板的正常操作范圍大，對氣液負(fù)荷變化的適應(yīng)性好，就稱這些塔板的操作彈性大。浮閥塔和泡罩塔的操作彈性較大，篩板塔稍差。這三種塔型在正常范圍內(nèi)操作的板效率大致相同。
   工業(yè)要求  工業(yè)生產(chǎn)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。⑤結(jié)構(gòu)簡單，易于制造。在這些要求中，對于要求產(chǎn)品純度高的分離操作，首先應(yīng)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。
   新型塔板的開發(fā)  為了滿足上述要求,近30年來,在塔板結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行了大量研究，從而認(rèn)識到霧沫夾帶通常是限制氣體通過能力的主要因素。在泡罩塔、篩板塔和浮閥塔中，氣體垂直向上流動(dòng)，霧沫夾帶量較大，針對這種缺點(diǎn)，并為適應(yīng)各種特殊要求，開發(fā)了多種新型塔板,主要是：①舌形塔板（圖6[舌形塔板]）。塔板上設(shè)有傾斜的舌孔，使噴出氣流的方向接近水平，因而霧沫夾帶大為減少，同時(shí)氣流對液流有推進(jìn)作用，因此氣液流通過能力均較高；但由于塔板上液層太薄，板效率顯著降低。②斜孔塔板。由中國開發(fā)，它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是使舌孔的開口方向與液流垂直，相鄰兩排的開孔方向相反，這樣既允許較大氣速且液層不會(huì)過薄，保證高效率。③網(wǎng)孔塔板。由沖有傾斜開孔的薄板組成，板上還裝有幾塊攔截液流的碎流板（圖7[網(wǎng)孔塔板]）,以阻止液體被連續(xù)加速,這是一種氣液通過能力大,而板效率無明顯降低的新塔板。④林德篩板。專為真空精餾設(shè)計(jì)的高效率低壓力降塔板,結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在整個(gè)篩板（圖8[林德篩板]）上設(shè)置一定數(shù)量的導(dǎo)向篩孔，在塔板入口處設(shè)置斜臺。林德篩板利用部分氣體的動(dòng)量推動(dòng)液體流動(dòng)，以抵消液體流經(jīng)塔板因受到流動(dòng)阻力而形成的水力坡度，均勻降低液層，減少氣液兩相在空間上的反向流動(dòng)和不均勻分布,因此既降低塔板壓力降,又提高塔板效率。斜臺的作用是避免低氣速下在塔板入口處發(fā)生漏液現(xiàn)象。⑤多降液管塔板。特別適用于大液體負(fù)荷操作。每塊塔板上設(shè)有多根平行的降液管（一般其間隔約0.5m），相鄰兩塔板的降液管成90°交錯(cuò)，降液管下端懸空在下面塔板的鼓泡區(qū)上方，液流從管底的縫隙下落?？抗軆?nèi)積液的液封作用，阻止氣體竄入管中。一般因積液層淺，可以采用較小的板間距，這樣能抵償它板效率(見級效率)稍低的缺點(diǎn)。⑥旋流塔板。這種氣體通過能力大、板間距小的新型塔板，也是中國開發(fā)的。當(dāng)氣流通過類似于風(fēng)車葉片式的塔板時(shí)，發(fā)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并將降液管流下的液體噴散,使氣液較好地接觸。因?yàn)殡x心力的作用,霧沫夾帶大為減小，故可采用較高氣速；但因氣液接觸時(shí)間短，板效率較低。
   參考書目
蕭成基等著：《氣液傳質(zhì)設(shè)備》（《化學(xué)工程手冊》第13篇），化學(xué)工業(yè)出版社，北京，1979。
　　　　　　　　　　　　　　陸震維　袁瑤 

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