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塔设备概述$G4uE8C&u.P2t5q&r's塔设备是化工、石油化工和炼油等生产中最重要的设备之一。它可使气（或汽）液和液液两相之间进行紧密接触，达到相际传质及传热的目的。可在塔设备中完成的常见的单元操作有：精馏、吸收、解吸和萃取等。此外，工业气体的冷却与回收、气体的湿法净制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的增湿、减湿等。这些过程都是在一定的压力、温度、流量等工艺条件下，在一定的设备内完成的。由于其过程中两种介质主要发生的是质的交换，所以也将实现这些过程的设备叫传质设备；从外形上看这些设备都是竖直安装的圆筒形容器，且长径比较大，形如“塔”，故习惯上称其为塔设备。按塔的内件构成结构分为板式塔和填料塔逐级接触式：板式塔0^)v0W:e'q'l9m;W'G2j!y8N0E9~6j)r3|:\微分接触式：填料塔.f,X+a1U/W7Z,Z5kXd7Z(S'E,G9Y&D3j2r*k%b一般构造（1）板式塔1S+h6J+B1b,`1}5U在板式塔中装有一定数量的塔盘，液体借自身的重量自上而下沉向塔底(在塔盘板上沿塔径横向流动)，气体靠压差自下而上以鼓泡的形式穿过塔盘上的液层升向塔顶。在每层塔盘上气、液两相密切接触，进行传质，使两相的组分浓度沿塔高呈阶梯式变化。.M.FN&n#B/_6M+V&F（2）填料塔1g7E7W3B(T,x6YD1B填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备。填料塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或规整的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动。液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，经气体分布装置（小直径塔一般不设气体分布装置）分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。(_.hZ4y3J(n-n+l%j当液体沿填料层向下流动时，有逐渐向塔壁集中的趋势，使得塔壁附近的液流量逐渐增大，这种现象称为壁流。壁流效应造成气液两相在填料层中分布不均，从而使传质效率下降。因此，当填料层较高时，需要进行分段，中间设置再分布装置。液体再分布装置包括液体收集器和液体再分布器两部分，上层填料流下的液体经液体收集器收集后，送到液体再分布器，经重新分布后喷淋到下层填料上。y6i5I6L(Q塔型选择7M#Y+G.L%I:j8d1u/[(z.W9N5^作为主要用于传质过程的塔设备，首先必须使气液两相能充分接触，以获得较高的传质效率，除了应满足工艺条件，还应满足如下基本要求：,?,x.Z:h:V7i0S1p'W生产能力要大。即单位塔截面上单位时间内物料的处理量要大。在较大的气液流速下，仍不知发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏正常操作的现象。,GX9i9\$f/JM(a分离效率高。即气、液相能充分接触且分离效果好。/A6F4q.W0a)T操作弹性大。即有较强的适应性和宽的操作范围。能适应不同性质的物料且在负荷波动时能维持操作稳定，仍有较高的分离效率。压降小。即流体通过时阻力小，这样可大大节约生产的动力消耗，降低成本，在减压塔中若压降过大系统将难以维持必要的真空度。结构简单、耗材少，易于制造及安装，这样可减少投资，降低成本。耐腐蚀不易堵塞，便于操作、调节及检修。一个塔设备要同时满足以上各项要求是困难的，而且实际生产中各项指标的重要性因具体情况而异，不可一概而论。所以应从生产需要及经济合理性考虑，正确处理以上各项要求。填料塔的特点6n;v:L/U!_2@/O3b9t&U新型高效填料的开发，使填料塔的生产能力（允许气速）和效率等于或超过了板式塔，国内外很多装置用新型填料改造板式塔，使生产能力和效率有较大幅度的提高。特点如下：:[0K+h7j1o1mu+s.b当塔径不很大时，填料塔因结构简单而造价便宜:E#T9v;T1{;N$K$~;H对于易起泡物系，填料塔更适合，因填料对泡沫有限制和破碎的作用。*^4o3V6Y(Z$f+g!v对于腐蚀性物系，填料塔更适合，因可采用瓷质填料。对热敏性物系宜采用填料塔，因为填料塔内的持液量比板式塔少，物料在塔内的停留时间短。填料塔的压降比板式塔小，因而对真空操作更为适宜。填料塔不宜于处理易聚合或含有固体悬浮物的物料，而某些类型的板式塔（如大孔径筛板、泡罩塔等）则可以有效地处理这种物质。另外，板式塔的清洗亦比填料塔方便。当气液接触过程中需要冷却以移除反应热或溶解热时，填料塔因涉及液体均不问题而使结构复杂化。板式塔可方便地在塔板上安装冷却盘管。同理，当有侧线出料时，填料塔也不如板式塔方便。以前乱堆填料塔直径很少大于0.5m，后来又认为不宜超过1.5m，根据近10年来填料塔的发展状况，这一限制似乎不再成立。板式塔直径一般不小于0.6m。4G'{(p1u!H.t关于板式塔的设计资料更容易得到而且更为可靠，因此板式塔的设计比较准确，安全系数可取得更小。(S;X0d.x&k$v2cE;?*|(U,R-a7v8Hi(M$A#y填料塔填料类型+g*l#c:{7D$b+y3?填料是填料塔的核心，是气液两相接触进行质、热传递的场所。填料的流体力学和传质性能与填料的材质、大小和几何形状紧密相关。填料可以分为乱堆填料、规整填料和高效填料，其中每种填料里又依据其形状不同，而分为各种类型填料，详见表1、2、3。7t5S!l/r(J?表1乱堆填料(randompacking)：以乱堆的方式进行装填&w&]8s&Ey环形填料)}#{;R+r!z%C*G鞍形填料其它填料6l6B;K2k;\(o+O&N拉西环0@)j)a2s4v1@RaschingRing倍尔(弧)鞍BerlSaddle球形I-Ball,TRI2q1\8M:VE'N1N勒辛环LessingRing英特洛克斯(矩)鞍!x4M)q2C#w0I$oIntaloxSaddle:aX(?D0P&r5g泰勒花环形+|'U6CD/A3L0X1hTellerRosett十字隔环Cross-PatitionRingU2SL1J)D%m超级矩鞍(Norton)SuperIntaloxSaddle:n:H0m8r'y%a多角螺旋形螺旋环$Q#o'C/A3V2m*?SpiralRing改进矩鞍(Glitsch)BallastSaddlel.K)e-W7A%P5e;O0Q:s;\AV0QW鲍尔(开孔)环6s/M0m/N#k:H%YPall(Slotted)Ring改进矩鞍(Koch)1}_7X;q1YFlexi:H6~)k9~+_(jUQ.lSaddle哈埃派克(Norton)Hy-Pak改进矩鞍(Hydronyl)Hydronyl$m8W1X8Y@7H;b.G半环(Leva公司)Levapak,Chempak:B,V2e&_+D%k1k*U5a-j金属环矩鞍(Norton)IMTP阶梯环(传质公司)CascadeRing$y&X'r)}8m1c'@2r9},P*T8p8s6H7K'},q${+[7X9O3l*t8u&\1w表2规整填料(structuredpacking)：排列整齐。绕卷型水平波纹板型垂直波纹板型格栅型+@5k0g$U*]7m其它形式*Y-`+I,a'R+u古德洛#[#g*U5{9j'IGoodloe)s1w#z%K/B8S*s帕纳帕克Panapak2[.V+f)V4?苏尔寿Sulzer格里奇Glitschd&|2W6r*z8X5l斯特曼Stedman海泊菲尔Hyperfil斯普雷帕克:L6j/Gf3}3h3@Spraypak墨拉帕克&i*Q2j5b$U;G&v;},P2VMellapak'u0c/QW6f钻石0v7E)}+e0G*r5t*p7?Diamond压延1[+N*Y&R+Y-r,w(_&Y:c3AKExpanded新克洛斯5h$F2gI#M6I1K2i6LNew-Kloss!f0s)l/K:`+U*O9f坎农Cannon%p7G0U%B3B:B7S+S$~凯雷帕克6{*p0x,w1S$sKerapak3{1d7F`1d网孔9M$H(s3v&y+_Perform(PFG)脉冲Impulse1M5O#\'}$V_8R表3高效填料(effectivepacking)：有较大的比表面积和自由空间。7^y!N6o)V4Y丝网薄金属片金属丝0t-V;z!S2r%m弹簧形丝网Fenske坎农Cannon方形弹簧2i9S)[+G1e!Q!|.b,mHeli-pak2e*s,i'[.g'L8](@8J.}麦克马洪丝网1m.?'p/~-j#L/{-t9UMcMahon2D/L2Eo7i,p$uF)Q/{.H#g4H8T#^/C4iyi'J;g-{)T+h5R:N+}.|7B:a7]1C2w)F狄克松环Dixon$R4B1O4H/SO1}&BB%r3E&d+u%P;Y'm(Z.\*D*N6f5h)j+N2D!A.C/]3~+e-w+t'Z*O5`0Q0c.a1M.G3s#G6C9q0P'p2|.E表征填料特性的数据：8Q&X*q7s%`比表面积a：单位体积填料层所具有的表面积(m2/m3)。被液体润湿的填料表面就是气液两相的接触面。大的a和良好的润湿性能有利于传质速率的提高。对同种填料，填料尺寸越小，a越大，但气体流动的阻力也要增加。2R$Ip:mg9_%l.N空隙率：单位体积填料所具有的空隙体积(m3/m3)。代表的是气液两相流动的通道，大，气、液通过的能力大，气体流动的阻力小。=0.45~0.95。-N&n1o(l8}填料因子：填料比表面积与空隙率三次方的比值(1/m)，a/3，表示填料的流体力学性能，值越小，流动阻力越小。有干填料因子与湿填料因子之分。4d2P3~)v0W3P!_:l堆积密度p(lV9D7I-h/k,\s#D#J3Y：单位体积填料的质量(kg/m3)。在机械强度允许的条件下，填料壁要尽量薄，以减小填料的堆积密度，从而既可降低成本又可增加空隙率。机械强度大，化学稳定性好以及价格低廉等也是优良填料应尽量兼有的性质。一些难以定量表达的因素(几何形状)对填料的流体力学和传质性能也有重要的影响。新型填料的开发一般是改进填料几何形状使之更为合理，从而获得高的填料效率。!i3B1y9I9}5[流体力学性质填料塔效率主要取决于填充填料流体力学性能和传质性能。压降、液泛气速、持液量及气液分布对填料塔的设计和操作参数的确定至关重要。0~#])o)c1F3o!E;W.n3{%t9\（1）压降表面摩擦阻力+形体阻力，前者是气体在空隙中流动时在填料表面和气液界面上产生的粘性应力，后者是由于气体流道的突然增大或缩小，方向的改变等造成的动能损失。-F9?,L7kI;W#R2a'O!Z,C影响因素：填料特性(几何形状、比表面积、0^%T.N:h8k4E)w等)，流体物性(、等)以及操作条件(气液流量、T等)。.h/Gd&j,p6u难以进行准确的理论计算，迄今仍然只能由各种经验关联式或关联图进行估算。.t/{3f6a#K/b（2）泛点0g&PG4I(_,n6p+Q在逆流操作的填料塔内，压降突然直线上升，表明塔内已发生液泛现象的过程转折点，或在不影响精馏效率前提下的最大操作负荷,是填料塔的操作极限6t7E&b&[0g;c!K泛点气速