在炼油、化工及轻工等工业生产中,气液两项直接接触进行传质传热的过程是很多的,如精馏、吸收、解析、萃取等。然而,这些过程都是在一定的压力、温度等工艺条件下、在一定的设备内得以实现。浮阀塔的生产能力比泡罩塔约大20%~40%,操作弹性可达7~9,板效率比泡罩塔约高15%,制造费用为泡罩塔的60%~80%,为筛板塔的120%~130%。由于过程中两种介质主要发生质的交换,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型设备,且长径比较大、形如塔,故习惯上称其为塔器设备。
塔器设备成为化工生产中有着不可缺少的设备。为了实现正常生产,化工过程对其提出了一些要求。
①工艺性能好。
②生产能力大。
③操作稳定性好。
④能量消耗小。
⑤结构合理。
⑥选材要合理。
⑦安全可靠。
这些指标的重要根据不同设备而异,要同时满足上述要求有些难度。因此,根据传质种类、介质理化性质和操作条件的具体情况具体分析,抓住主要矛盾,合理确定塔器设备类型和内部构件形式,以满足生产需要。
塔器设备分类及性能
根据按气、液接触构造的特点,可将塔器设备分为两大类:板式塔与填料塔。
1.板式塔
板式塔内沿塔高装有若干层塔板(或称塔盘),液体靠重力作用由顶部逐板流向塔底,并在各块板面上形成流动的液层;气体则靠压强差推动,由塔底向上依次穿过各塔板塔设备的结构,除了种类繁多的各种内件外,其余构件大致相同,如塔体、塔体支架。按照塔器内气、液流动方式,可将塔板分为错流塔板与逆流塔板两类。
2.填料塔
在塔器设备内装入填料即为填料塔。浮阀的直径比泡罩小,在塔板上可排列得更紧凑,从而可增大塔板的开孔面积,同时液体以水平方向进入液层,使带出的液沫减少而气液接触时间却加长,故可增大气体流速而提高生产能力,板效率亦有所增加,压力降却比泡罩塔小。填料塔也是一种重要的气液传质设备。它主要由塔体、喷淋装置、填料、填料支承装置及液体分解装置、气液出口等部件组成。液体自塔顶的分布装置淋下,沿着填料表面在膜状流下,气体自塔低部进入、沿着填料间的空隙上升,成为逆流接触,促进传质过程的进行。塔壳可由陶瓷、金属、玻璃、塑料制成、必要时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,而且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要求压强较小的真空蒸馏系统,都表现出明显的优越性。另外,对于某些液气量比较大的蒸馏或吸收操作,若采用板式塔,则降液板将占用过多的塔截面积,此时也宜采用填料塔。
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。
填料塔中则装填一定高 度的填料,液体自塔顶沿 填料表面向下流动,作为 连续相的气体自塔底向上 流动,与液体进行逆流传, 两相组分的浓度沿塔高呈 连续变化。
泡罩塔具有如下优点: (1)气、液两相接触充分,传质面积大,因此塔盘。 (2)操作弹性大,在负荷变动范围较大时,仍能保持较高的效率。 (3)具有较高的生产能力,适合大型生产。塔的质(重)量在350t以内,塔直径较小,可以采用单抱杆起吊。 (4)不易堵塞,介质适应范围广,操作稳定可靠。 优点是易于操作,操作弹性大。当液体流量变化时,由于塔板上液 层厚度主要由溢流堰高度控制,使塔板上液层厚度变化很小。若气体流量变 化,泡罩齿缝开启度会随气体流量改变自动调节,故气体通过齿缝的流速变 化亦较小。于是,塔板操作平稳,气液接触状况不因气液负荷变化而显著改 变,换言之,维持较高传质效率的气液负荷变化范围很大。 泡罩塔的缺点是结构复杂,造价高,气体通过每层塔板的压降大等。由于 泡罩塔的这些弱点,使之在与当今多种优良塔板型式的比较中处于劣势,所 以现在泡罩塔的应用已较少了。