banshita
板式塔
plate column

  一类用于气液或液液系统的分级接触传质设备，由圆筒形塔体和按一定间距水平装置在塔内的若干塔板组成（图1[板式塔结构]）。广泛应用于精馏和吸收,有些类型（如筛板塔）也用于萃取，还可作为反应器用于气液相反应过程。操作时（以气液系统为例），液体在重力作用下,自上而下依次流过各层塔板,至塔底排出；气体在压力差推动下，自下而上依次穿过各层塔板，至塔顶排出。每块塔板上保持着一定深度的液层，气体通过塔板分散到液层中去，进行相际接触传质。
   沿革  工业上*早出现的板式塔是筛板塔和泡罩塔。筛板塔出现于1830年，很长一段时间内被认为难以操作而未得到重视。泡罩塔结构复杂，但容易操作，自1854年应用于工业生产以后，很快得到推广，直到20世纪50年代初，它始终处于主导地位。**次世界大战后，炼油和化学工业发展迅速，泡罩塔结构复杂、造价高的缺点日益突出，而结构简单的筛板塔重新受到重视。通过大量的实验研究和工业实践，逐步掌握了筛板塔的操作规律和正确设计方法，还开发了大孔径筛板，解决了筛孔容易堵塞的问题。因此，50年代起，筛板塔迅速发展成为工业上广泛应用的塔型。与此同时，还出现了浮阀塔，它操作容易，结构也比较简单，同样得到了广泛应用。而泡罩塔的应用则日益减少，除特殊场合外，已不再新建。60年代以后,石油化工的生产规模不断扩大,大型塔的直径已超过10m。为满足设备大型化及有关分离操作所提出的各种要求，新型塔板不断出现，已有数十种。
   塔板  又称塔盘，是板式塔中气液两相接触传质的部位，决定塔的操作性能，通常主要由以下三部分组成：
  ①  气体通道  为保证气液两相充分接触，塔板上均匀地开有一定数量的通道供气体自下而上穿过板上的液层。气体通道的形式很多，它对塔板性能有决定性影响，也是区别塔板类型的主要标志。筛板塔塔板的气体通道*简单，只是在塔板上均匀地开设许多小孔（通称筛孔）,气体穿过筛孔上升并分散到液层中（图2[筛板塔塔板]）。泡罩塔塔板的气体通道*复杂，它是在塔板上开有若干较大的圆孔，孔上接有升气管，升气管上覆盖分散气体的泡罩（图3[ 泡罩塔塔板]）。浮阀塔塔板则直接在圆孔上盖以可浮动的阀片,根据气体的流量,阀片自行调节开度（图4[浮阀塔塔板]）。
  ②  溢流堰  为保证气液两相在塔板上形成足够的相际传质表面,塔板上须保持一定深度的液层，为此,在塔板的出口端设置溢流堰。塔板上液层高度在很大程度上由堰高决定。对于大型塔板，为保证液流均布，还在塔板的进口端设置进口堰。
  ③  降液管  液体自上层塔板流至下层塔板的通道，也是气（汽）体与液体分离的部位。为此，降液管中必须有足够的空间，让液体有所需的停留时间。此外，还有一类无溢流塔板，塔板上不设降液管，仅是块均匀开设筛孔或缝隙的圆形筛板。操作时，板上液体随机地经某些筛孔流下，而气体则穿过另一些筛孔上升。无溢流塔板虽然结构简单，造价低廉，板面利用率高，但操作弹性太小，板效率较低，故应用不广。
   操作特性  各种塔板只有在一定的气液流量范围内操作，才能保证气液两相有效接触，从而得到较好的传质效果。可用塔板负荷性能图(图5[ 塔板负荷性能图])来表示塔板正常操作时气液流量的范围，图中的几条边线所表示的气液流量限度为：①漏液线。气体流量低于此限时，液体经开孔大量泄漏。②过量雾沫夹带线。气体流量高于此限时，雾沫夹带量超过允许值，会使板效率显著下降。③液流下限线。若液体流量过小，则溢流堰上的液层高度不足，会影响液流的均匀分布，致使板效率降低。④液流上限线。液体流量太大时，液体在降液管内停留时间过短,液相夹带的气泡来不及分离,会造成气相返混，板效率降低。⑤液泛线。气液流量超过此线时，引起降液管液泛，使塔的正常操作受到破坏。如果塔板的正常操作范围大，对气液负荷变化的适应性好，就称这些塔板的操作弹性大。浮阀塔和泡罩塔的操作弹性较大，筛板塔稍差。这三种塔型在正常范围内操作的板效率大致相同。
   工业要求  工业生产对塔板的要求主要是：①通过能力要大，即单位塔截面能处理的气液流量大。②塔板效率要高。③塔板压力降要低。④操作弹性要大。⑤结构简单，易于制造。在这些要求中，对于要求产品纯度高的分离操作，首先应考虑高效率；对于处理量大的一般性分离（如原油蒸馏等），主要是考虑通过能力大。
   新型塔板的开发  为了满足上述要求,近30年来,在塔板结构方面进行了大量研究，从而认识到雾沫夹带通常是限制气体通过能力的主要因素。在泡罩塔、筛板塔和浮阀塔中，气体垂直向上流动，雾沫夹带量较大，针对这种缺点，并为适应各种特殊要求，开发了多种新型塔板,主要是：①舌形塔板（图6[舌形塔板]）。塔板上设有倾斜的舌孔，使喷出气流的方向接近水平，因而雾沫夹带大为减少，同时气流对液流有推进作用，因此气液流通过能力均较高；但由于塔板上液层太薄，板效率显著降低。②斜孔塔板。由中国开发，它的结构特点是使舌孔的开口方向与液流垂直，相邻两排的开孔方向相反，这样既允许较大气速且液层不会过薄，保证高效率。③网孔塔板。由冲有倾斜开孔的薄板组成，板上还装有几块拦截液流的碎流板（图7[网孔塔板]）,以阻止液体被连续加速,这是一种气液通过能力大,而板效率无明显降低的新塔板。④林德筛板。专为真空精馏设计的高效率低压力降塔板,结构特点是在整个筛板（图8[林德筛板]）上设置一定数量的导向筛孔，在塔板入口处设置斜台。林德筛板利用部分气体的动量推动液体流动，以抵消液体流经塔板因受到流动阻力而形成的水力坡度，均匀降低液层，减少气液两相在空间上的反向流动和不均匀分布,因此既降低塔板压力降,又提高塔板效率。斜台的作用是避免低气速下在塔板入口处发生漏液现象。⑤多降液管塔板。特别适用于大液体负荷操作。每块塔板上设有多根平行的降液管（一般其间隔约0.5m），相邻两塔板的降液管成90°交错，降液管下端悬空在下面塔板的鼓泡区上方，液流从管底的缝隙下落。靠管内积液的液封作用，阻止气体窜入管中。一般因积液层浅，可以采用较小的板间距，这样能抵偿它板效率(见级效率)稍低的缺点。⑥旋流塔板。这种气体通过能力大、板间距小的新型塔板，也是中国开发的。当气流通过类似于风车叶片式的塔板时，发生旋转运动，并将降液管流下的液体喷散,使气液较好地接触。因为离心力的作用,雾沫夹带大为减小，故可采用较高气速；但因气液接触时间短，板效率较低。
   参考书目
萧成基等著：《气液传质设备》（《化学工程手册》第13篇），化学工业出版社，北京，1979。
　　　　　　　　　　　　　　陆震维　袁瑶 

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