四、塔器

　　塔设备是化工、石油工业中广泛使用的重要生产设备。用以实现蒸馏和吸收两种分离操作的塔设备分别称为蒸馏塔和吸收塔。这类塔设备的基本功能是提供气、液两相充分接触的机会，使传质、传热两种过程能够迅速有效地进行，还要求能使接触之后的气、液两相及时分开，互不夹带。

　　(一)塔设备分类及性能

　　根据塔内气、液接触部件的结构形式，可将塔设备分为两大类：板式塔与填料塔。

　　1.板式塔

　　按照塔内气、液流动方式，可将塔板分为错流塔板与逆流塔板两类。

　　常用的板式塔有泡罩塔、筛板塔、浮阀塔、舌形喷射塔以及一些新型塔和复合型塔(如浮动喷射塔、浮舌塔、压延金属网板塔、多降液管筛板塔等)

　　(1)泡罩塔。是较早为工业蒸馏操作所采用的一种气—液传质设备。每层塔板上装有若干短管作为上升气体通道，称为升气管。由于升气管高出液面，故板上液体不会从中漏下。升气管上覆以泡罩，泡罩下部周边开有许多齿缝。在操作条件下，齿缝浸没在板上液层中，形成液封。上升气体通过齿缝被分散成细小的气泡或流股进入液层。板上的鼓泡液层或充气的泡沫体为气、液两相提供了较大的传质界面。液体通过降液管流下，并依靠溢流堰以保证塔板上存有一定厚度的液层。

　　泡罩塔的优点是不易发生漏液现象，有较好的操作弹性，即当气、液负荷有较大的波动时，仍能维持几乎恒定的板效率;塔板不易堵塞，对于各种物料的适应性强。缺点是塔板结构复杂，金属耗量大，造价高;板上液层厚，气体流径曲折，塔板压降大，兼因雾沫夹带现象较严重，限制了气速的提高，故生产能力不大;且板上液流遇到的阻力大，致使液面落差大，气体分布不均，也影响了板效率的提高。

　　(2)筛板塔。是在塔板上开有许多均匀分布的筛孔，上升气流通过筛孔分散成细小的流股，在板上液层中鼓泡而出，与液体密切接触。筛孔在塔板上做正三角形排列，其直径宜为3～8mm，孔心距与孔径之比常在2.5～4.0范围内。塔板上设置溢流堰，以使板上维持一定浓度的液层。在正常操作范围内，通过筛孔上升的气流，应能阻止液体经筛孔向下泄漏。液体应通过降液管逐板流下。

　　筛板塔的突出优点是结构简单，金属耗量小，造价低廉;气体压降小，板上液面落差也较小，其生产能力及板效率较泡罩塔高。主要缺点是操作弹性范围较窄，小孔筛板易堵塞。

　　(3)浮阀塔。是国内许多工厂进行蒸馏操作时最乐于采用的一种塔型。在吸收、脱吸等操作中也有应用，效果较好。浮阀塔板的结构特点是在带有降液管的塔板上开有若干大孔(标准孔径为39mm)，每孔装一个可以上下浮动的阀片，由孔上升的气流，经过阀片与塔板的间隙而与板上横流的液体接触。国内最常采用的阀片形式有F1型，另外还有V—4型及T型浮阀。

　　浮阀结构简单，制造方便，节省材料，广泛用于化工及炼油生产中。浮阀塔具有下列优点：

　　1)生产能力大

　　2)操作弹性大

　　3)塔体板效率高

　　4)气体压降及液面落差较小

　　5)塔的造价较低

　　(4)喷射型塔

　　1)舌形塔板。在舌形塔板上冲出许多舌形孔，舌叶与板面成一定角度，向塔板的溢流出口侧张开。上升气流穿过舌孔后，沿舌叶的张角向斜上方以较高速度(20～30m/s)喷出。从上层塔板降液管流出的液体，流过每排舌孔时，即为喷出的气流强烈扰动而形成泡沫体，并有部分液滴被斜向喷射到液层上方。最后在塔板的出口侧，被喷射的液流高速冲至降液管上方的塔壁，流入降液管。舌形塔板开孔率较大，故可采用较大气速，生产能力比泡罩、筛板等塔型的都大，且操作灵敏、压降小。当塔内气体流量较小时，不能阻止液体经舌孔泄漏。所以舌型塔板也有对负荷波动的适应能力较差的缺点。此外，板上液流被气体喷射后，仍带有大量的泡沫，易将气泡带到下层塔板，尤其在液体流量很大时，这种气相夹带的现象更严重，将使板效率明显下降。这是喷射型塔板一个值得注意的问题。

　　2)浮动喷射塔板

　　浮动喷射塔的优点是生产能力大，操作弹性大，压强降小，持液量小。缺点是操作波动较大时，液体入口处泄漏较多;液量小时，板上易“干吹”;液量大时，板上液体出现水浪式的脉动，因而影响接触效果，板效率降低。塔板结构复杂，浮板也易磨损及脱落。

　　3)浮舌塔板。是综合浮阀和固定舌形塔板的长处而提出的又一种喷射型塔板。据研究，这种塔板的压强降要比浮阀塔板及固定舌形塔板都低，而操作弹性范围较二者都大，在板效率及泄漏量方面也优于固定舌形塔板。

　　2.填料塔

　　填料塔也是一种重要的气、液传质设备。它的结构很简单，在塔体内充填一定高度的填料，其下方有支承板，上方为填料压板及液体分布装置。液体自填料层顶部分散后沿填料表面流下而润湿填料表面;气体在压强差推动下，通过填料间的空隙由塔的一端流向另一端。气、液两相间的传质通常是在填料表面上液体与气相间的界面上进行的。塔壳可由陶瓷、金属、玻璃、塑料等材料制成，必要时也可在金属筒体内衬以防腐材料。为保证液体在整个截面上的均匀分布，塔体应具有良好的垂直度。

　　填料塔不仅结构简单，且具有阻力小和便于用耐腐材料制造等优点，尤其对于直径较小的塔、处理有腐蚀性的物料或减压蒸馏系统，都表现出明显的优越性。另外，对于某些液、气比较大的蒸馏或吸收操作，若采用板式塔，则降液管将占用过多的塔截面积，此时也宜采用填料塔。

　　为使填料塔发挥良好的效能，填料应符合以下要求：

　　(1)要有较大的比表面积。单位体积填料层所具有的表面积称为填料的比表面积，以ε表示，其单位为m2/ m3。填料表面只有被流动的液相所润湿，才能构成有效的传质面积。因此，若希望有较高的传质速率，除了需要有较大的比表面积之外，还要求填料有良好的润湿性能及有利于液体在填料上均匀分布的形状。

　　(2)要有较高的空隙率。单位体积填料层所具有的空隙体积称为填料的空隙率，以￡表示，其单位为m3/m3。一般说来，填料的空隙率多在0.45～0.95范围以内;当填料的空隙率较高时，气、液通过能力大且气流阻力小，操作弹性范围较宽。

　　(3)从经济、实用及可靠的角度出发，还要求单位体积填料的重量轻、造价低、坚固耐用、不易堵塞、有足够的力学强度，对于气、液两相介质都有良好的化学稳定性等。

　　上述各项条件，未必为每种填料所兼备，在实际应用时，可根据具体情况加以适当选择。

　　(二)塔器类设备的运输与吊装

　　1.设备水平运输

　　是指将设备从仓库或堆放地点运至安装地点(基础附近)。塔器类设备组装或拼装时，由于条件限制，不能在基础附近组装。因此，吊装时，也要把组装好的设备进行场内二次运输。

　　2.设备吊装就位

　　(1)机械化吊装

　　(2)半机械化吊装

　　抱杆(单抱杆或双抱杆)是建设工程中吊装大型静置设备的主要起重工具。重型设备的质量在200t以上，设备高度50～80m。当机械起重机难以完成吊装时，均可采用抱杆吊装。

　　1)单抱杆吊装塔类设备。塔的质量在350t以内，塔直径较小，可以采用单抱杆起吊。

　　2)双抱杆起吊塔器类设备。塔的直径较大，质量在350～700t之间，可以采用双抱杆起吊。

　　3)塔群吊装。对于塔群的起吊方法，应有周密的施工方案。塔群的安装位置如果为一条直线，塔与塔之间相隔离不远，可以根据具体情况，安装一座双桅杆或单抱杆，通过位移依次吊装，而不宜将每一座塔的抱杆安装、拆除一次。

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