一级造价工程师

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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。

错流塔板，板间有专供液体流通的降液管（又称溢流管）。适当安排降液管的位置及堰的高度，可以控制板上液体流径与液层厚度，从而获得较高的效率。但是降液管大约要占去塔板面积的20%，影响了塔的生产能力；而且，液体横流过塔板时要克服各种阻力，降低塔的分离效率。

逆流塔板，板间不设降液管，气、液同时由板上孔道逆向穿流而过，故又称穿流塔板。这种塔板结构简单，板上无液面落差，气体分布均匀，板面利用充分，可增大处理量及减小压降，但需要较高的气速才能维持板上液层厚度，操作弹性差且效率较低，目前在蒸馏、吸收等气-液传质操作中的应用尚远不及错流塔板广泛。

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。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。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。而且，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。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。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。由于浮阀安排比较紧凑，塔板的开孔面积大于泡罩塔板，故其生产能力约比圆形泡罩塔板的大20%～40%，与筛板塔相近。

2）操作弹性大。由于阀片可以自由升降以适应气量的变化，故其维持正常操作所容许的负荷波动范围比泡罩塔及筛板塔都宽。

3）塔体板效率高。由于上升气体以水平方向吹入液层，故气液接触时间较长而雾沫夹带量较小，板效率较高。

4）气体压降及液面落差较小。因为气、液流过浮阀塔板时所遇到的阻力较小，故气体的压降及板上的液面落差都比泡罩塔板的小。

5）塔的造价较低。浮阀塔的造价约为具有同等生产能力的泡罩塔的60%～80%，筛板塔的120%～130%。浮阀对材料的抗腐蚀性要求较高，一般都采用不锈钢制造。

（4）喷射型塔

1）舌形塔板。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。浮动喷射塔板是综合舌形塔板的并流喷射与浮阀塔板的气道截面积可变两方面的优点而提出的一种喷射型塔板。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。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，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。

填料是填料塔的核心，填料塔操作性能的好坏，与所选用的填料有直接关系。填料的种类很多，大致可分为实体填料与网体填料两大类。实体填料包括环形填料（如拉西环、鲍尔环和阶梯环）、鞍形填料（如弧鞍、矩鞍）、栅板填料及波纹填料等。实体填料可用金属、陶瓷、塑料等材质制成。网体填料主要是用金属丝网制成，如鞍形网、q 网、波纹网等。

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σ表示，其单位为m2/m3。

（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e表示，其单位为m3/m3。

（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。

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