塔板
又稱塔盤,是板式塔中氣液兩相接觸傳質的部位,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,也是區別塔板類型的主要標誌。篩板塔塔板的氣體通道最簡單,只是在塔板上均勻地開設許多小孔(通稱篩孔),氣體穿過篩孔上
升並分散到液層中(圖2)。泡罩塔塔板的氣體通道最複雜,它是在塔板上開有若干較大的圓孔,孔上接有升氣管,升氣管上復蓋分散氣體的泡罩(圖3)。浮閥塔塔板則直接在圓孔上蓋以可浮動的閥片,根據氣體的流量,閥片自行調節開度(圖4)。
②溢流堰為保證氣液兩相在塔板上形成足夠的相際傳質表面,塔板上須保持一定深度的液層,為此,在塔板的出口端設定溢流堰。塔板上液層高度在很大程度上由堰高決定。對於大型塔板,為保證液流均布,還在塔板的進口端設定進口堰。
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間。此外,還有一類無溢流塔板,塔板上不設降液管,僅是塊均勻開設篩孔或縫隙的圓形篩板。操作時,板上液體隨機地經某些篩孔流下,而氣體則穿過另一些篩孔上升。無溢流塔板雖然結構簡單,造價低廉,板面利用率高,但操作彈性太小,板效率較低,故套用不廣。
操作特性
各種塔板只有在一定的氣液流量範圍內操作,才能保證氣液兩相有效接觸,從而得到較好的傳質效果。可用塔板負荷性能圖(圖5)來表示塔板正常操作時氣液流量的範圍,圖中的幾條邊線所表示的氣液流量限度為:①漏液線。氣體流量低於此限時,液體經開孔大量泄漏。②過量霧沫夾帶線
。氣體流量高於此限時,霧沫夾帶量超過允許值,會使板效率顯著下降。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,液體在降液管內停留時間過短,液相夾帶的氣泡來不及分離,會造成氣相返混,板效率降低。⑤液泛線。氣液流量超過此線時,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範圍大,對氣液負荷變化的適應性好,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。這三種塔型在正常範圍內操作的板效率大致相同。
工業要求
工業生產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結構簡單,易於製造。在這些要求中,對於要求產品純度高的分離操作,首先應考慮高效率;對於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。
開發
簡介
為了滿足上述要求,近30年來,在塔板結構方面進行了大量研究,從而認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,霧沫夾帶量較大,針對這種缺點,並為適應各種特殊要求,開發了多種新型塔板,主要是:
舌形塔板
塔板上設有傾斜的舌孔,使噴出氣流的方向接近水平,因而霧沫夾帶大為減少,同時氣流對液流有推進作用,因此氣液流通過能力均較高;但由於塔板上液層太薄,板效率顯著降低。
斜孔塔板
由中國開發,它的結構特點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過薄,保證高效率。
網孔塔板
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),以阻止液體被連續加速,這是一種氣液通過能力大,而板效率無明顯降低的新塔板。
林德篩板
專為真空精餾設計的高效率低壓力降塔板,結構特點是在整個篩板(圖8)上設定一定數量的導向篩孔,在塔板入口處設定斜台。林德篩板利用部分氣體的動量推動液體流動,以抵消液體流經塔板因受到流動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和不均勻分布,因此既降低塔板壓力降,又提高塔板效率。斜台的作用是避免低氣速下在塔板入口處發生漏液現象
多降液管塔板
特別適用於大液體負荷操作。每塊塔板上設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,降液管下端懸空在下面塔板的鼓泡區上方,液流從管底的縫隙下落。靠管內積液的液封作用,阻止氣體竄入管中。一般因積液層淺,可以採用較小的板間距,這樣能抵償它板效率(見級效率)稍低的缺點
鏇流塔板
這種氣體通過能力大、板間距小的新型塔板,也是中國開發的。當氣流通過類似於風車葉片式的塔板時,發生鏇轉運動,並將降液管流下的液體噴散,使氣液較好地接觸。因為離心力的作用,霧沫夾帶大為減小,故可採用較高氣速;但因氣液接觸時間短,板效率較低。