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制氮机(制氮设备)筛板塔-上
 
 
板式塔是运级接触型的气液传质设备,气相通过塔扳对,穿越塔板上的液体层进行传质
传热。板式塔构空塔速度比填料塔高,因而生产能力大,但是压降较大。直径较大的塔,采
用扳式塔重量刘轻、造价低.检修清理容易。板式塔直径放大时,塔板效率较为稳定。筛板
塔是板式塔中应用广泛的一种塔设备。
筛板塔韵塔板可分为有降液管式和无降液管式(穿流式塔板)两大类。有降液管式塔板.
各塔板之间有专供液相通过的降液管,每层塔板上的液层高度可由溢流堰堰高调节,有一定
的操作弹性范围,较高的效率。
穿流式塔板,气液两相同时经由塔板上
的一些孔遭(倒如筛孔)通过,逆请潢触。结
构上省掉降液管,处理船力大,压降小,但
塔板效率和操作弹性则受—定限制。
用于空气精馏前筛扳塔均薤有睁液管的
筛扳塔。 。

、符扳培的构造
筛扳塔由塔体和筛板组成,如图5—13
所示 筛板的结构由筛孔、溢流堰、降液管
等组成。
1. 筛 孔
、 地
目5一 13 筛板塔示意闰
l,溢藏堰2.进口堰3.筛板
筛孔直径d 一般为0.8~1.3 mm,
范围内。
开孔率 是
~ 0 ~ 0.907
一 i
式中 。一一筛孔面积

— — 开孔区面积
筛孔呈三角形排列。筛孔中心间距t在1.2~4 mm
开孔率一般为0.05≤ ≤O.15,即t/do=
2.5~4 t/ <2, 筛板不能稳定操作。开孔率
小,孔速大,塔板压降大 易引起雾诛夹带和液
泛, 易造成气流相互于扰, 小孔径和小开孔率
的筛板操作弹性大。开孔率大,孔速小,易产
生漏液,雾沫夹带小,操作范围变窄。
塔板上、下段负荷变化较大,各段韵筛孔
直径和孔间距可不同,使全塔有较好的操作稳
定牲。
2. 液体流动型式
圜窝
环流式塔板 剐泣式塔板
图5- 14 环流式和对流式塔板
塔板上常用的液体流动有环形流动和对流流动两种,如图5—14所示。环形流动塔板的
内外筒的直径比在2.4~3范圈内。
根据液体流道可分为单流型, 双流型、四流型等,如图5—15所示。液体流遭数按液体负
荷大小选取 单流型用于小型空分设备,塔径在b15oo mm以下,双流型用于中型空分设
备, 塔径在t,2ooomm 左右, 四流堑用于大型空分设备, 塔径在~30001TtlTt以上。
0 @ ① ①@ ④一@
单流型
(对浇)
双浇型 四流型 单流型 双流型 四流型
(对流) (对流) (环流) (环流) (环流)
固5—15 珞板流型(箭击为穗体流向)
3. 板间距
塔板问距的大小与液泛和雾洙夹带量大小有关。板间距大,对生产能力, 塔板效率, 操
作弹性、安装检修等有利, 但是会增加塔身高度, 增加金属消耗量,造价高。
塔板间距在70~200 mm范围内
4. 溢流装置 一
溢流装置包括降液管, 溢流堰和受液盘等部件。
降液管(溢流管)形式有直溢流和斜溢流,受液盘有平形和凹形。空气精馏塔溢流管主安
有三种型式,如圈5—16所示。
口堰也能使液体均匀进入塔板。
塔板上均设溢流堰(出口堰), 它使塔板上
有一定的清液层高度,并使液体在塔板上均匀
分布。溢流堰高度在5~lSmm范国内,对于大
型塔,由于塔板上溢流强度太,堰上液流高度
高, 溢流堰高度采用小的数值。
溢流堰长度影响到溢流强度(单位堰长上
流过的液体流量称为溢流强度),溢瀛强度大,
则堰上液面高度大 溢流堰长也影响到塔板上
液流的均匀分布。堰长与塔径之比,有一定要
求:单流型, 堰长为塔径的0.6~O.8倍, 双流
型,堰长为塔径的0.5~0.7倍。不同堰长, 弓
形降液管面积和降液管宽度如图5一l7所示。
在受液盘和斜溢流管的底部开有漏液的泪
孔, 以便停车时排除积液。 图5—17 日形降液管的没计列线图
塔板的固定方法与材料爱结构型式有关。铜制塔板用上下两个圆环夹持, 固定在筒体上
轧出的两槽之间,圆环也可将紫铜管压成椭圆形管制成,用锡焊固定。铝制塔板的上下都用
角环固定, 简体上有一轧槽, 用氲孤焊焊接 如图5一l8所示。
筛板的水平度对筛板塔的工作有影响,水平度要求是~/looo左右。
5. 林德筛板
图5—19为林德筛板的结构简图 其特点是:
(1)在液体进入区,将塔板制成凸起的斜台状鼓泡装置,降低该处的液层高度,整个塔
板的气体分布均匀, 气液充分接触。普通筛板由于液体进入处液面较高, 该处易造成漏液,
气体大量在出口处液面低处通过,引起雾诛夹带增多,影响塔板效率。林德筛板和普通筛板

。){|习缠
图5—19 林德筛板
-43 ·
L)l 结扫 塔柄辫楼
图5— 18 塔扳回定方式
常用塔扭有藏面落
差录j燕 分布 怠
常用塔板进口区稍
藏, 目j日区吹出
林麓筛板均匀的泡
诛层和蒸汽流动
圈5~20 林德筛板与普通 图5—2l 泡沫层流动分
筛板的流动 布状况比较
的赢体力学状态如图5—2O所示。
(2)在塔板上装有一定数量的百叶窗式的导向孔。导向孔的方向与液体在塔板上流动的
方向一致, 气体通过导向孔推动液流, 可以减少液面落差, 同时也可调整泡沫的高度
另外,林德筛板与普通筛板上泡沫层流动情况不同,如图5—2l所示。普通筛板上液流是
不均匀的,塔板中心昀液体以较大的流速流动,而两侧的液体流动缓慢。困此泡沫层在塔板
上的停留时间是不同的,致使塔板效率下睁。林德筛板上液体保持均匀的停留时间,并且停
留时间的均匀性不受塔径太小的影响, 故塔板效率高。
林德筛板液层鼓泡均匀,液面梯度小,压降小,处理能力大,而且县有良好的传质效果,
是一种性能良好的筛板。
一些室分设备精馏塔钓技术规格见表6-4 表5—5和表5—6。
= 有降液管筛板塔的性能
1.塔扳上的气液结构
筛板上的气浓结构分为三个区域t鼓f{!【层,泡辣层和雾沫夹带,如图5—22所示。

表5—4 我国中, 低压空分
空分设备型号 l KFS一3Do l KFS一850—2 l KDON—iooo/ioo~ KDON一1500/1500—1
上 塔’ 上 塔
部 位 上塔 下塔 上塔 下塔 ’ l 。 坩 1 。 2 3 下塔
塔板形式 对辞‘啼板 环斑啼板 环流郝板 环流筛板
塔扳,卜径(mm) 2B5 198 5们 400 55D 1loD l1100 lg2D 8O0 l140O 1i mbO f1i00
塔扳内径(mrt1) 一 一 215 170 215 35 0 }:50 350 450 I 4SO 450 450
塔 程 比 一—— 一 2.3 2.35 2 56 3 1 d【 3 1 4 2.62 1 78I 3.1
溢流口数H (十) L 1 1 1 1 1 l 1 1 1 1 l
筛孔直径d0(mm) 0.8 0.8 0.口 0 9 D.g 1 D.9 1 1 l l 1
孔中心匣t(m m) 3 25 3 25 3 25 3. 3 25 3 25 3 25 3.25
起始戒封高度a(mm) 10 10 10 10
溢沆堰高度(mm) l5 1; 15 15 15 1 0 1D 10 i0 1 J
进口疆高度(mm) 18 l8 2o 20 40 J 4 u 4D {0 25 l 2
塔板甸距(mm) 75 7; 80 80 110 I 11。j 90 』90 9 3 00 11 0 l l10
木上塔t 1—— 埔塔段, 2——膨胀空气进口拉置弼柯氪出口位置, 3—— 上塔底列膨胀空气进口位置。
表5—5 林德公司10000m。/h、30000mS/h 分设备精馏塔主要参数
§ l lO000m~/h 3O0O0¨m'/h
上 塔’ 上 塔‘
部 位 下塔 下塔
l l 2 3 4 j 5 l 2 I 3 4 S
385O 3250
4 2
1.1 1.1
3.2 3.2
_
7 i lD.7 10.7
对藏塔扳内径(mm ) 1245 Z450 l24SD Z450 }245D 225D 2850 385 0 l38S0
溢流口数目(十) 1 2 2 2 4 4 } 4
筛孔直径(mm ) 1.1 0 9 0 g 0 9I 1.1 0.9 1.1 0.9 0.9
孔中心距(mm ) 3.2I 2.1 2.1 3 2 3.2 3.2 2 85 2. 1 2.1
开 孔 率( ) l0.7I l6.7 l6.7 7. 1O.7 7.2 13.5 16.7} 16.7
板 坷 距(mtiTt) l 140 l 20 0 I 200 1BO l 140 180 l3O 180 l 160 120 1GO
木上塔} 1— — 辅塔段 ** 分子筛型空丹设备
2— — 裱空进口位置到菏羹出口位置
3— — 廖联空气进口位置到戒空进口位置
4——氲馏丹抽口位置蓟膨胀空气进口位置
5一上塔底翻氲僖持抽I:1位置
鼓泡层是桑贴塔板的一层清亮液层,气泡在其内不断上浮。泡沫层在鼓泡层之上,呈蜂
窝状结构,其内气泡激烈扰动着液体,气泡频繁地生成和破裂,蒸汽和液滴接触表面很大,
是传质和传热的主要场合。雾沫层在泡沫层之上,液体被喷流成雾诛分散于气相中,最后少
量液滴被蒸汽带到上层塔板称为雾沫夹带。雾沫夹带由于液体返混,即把氧组分增浓以后的
液体反向掺入到氧组分较低的液体中,而引起传质效率下降,为此限制雾沫夹带量在0.1 kg
液体/l kg气体以下, 以限制蒸汽流速保证之。
筛板上不同液体负荷下,泡沫层高度与空塔速度V的关系如同5—23所 由圈nJ.知
液体中氧组分浓度大小对泡沫层高度影响甚大。
KD0N一320 o/320 0 KFD一‘10OO KDoN一1000 o/looo 0
上 塔 上 塔 上 塔
。F 塔 下 塔
l 2 3 1 2 I 3 2 3
环 流 筛 坦 环 流 筛 板 流 鲔 板
110O 1800 1809 ’ 18O0 1500 2500 2304 2050 18O0 3200 3200 l 2850
450 804 800 800 5 0 85 0 850 70 70 12O0 120 f 1O00
2.t5 0. 2 25 2 25 3 2 8d 2 i 2 03 2.56 2.8 2 67J 2 83
2 2 l 2 2 2 2 0
O.9 1 1 1.1 1 0 g
3.25 3.25 3.25l 3 25 3.25 3 25 3.25 3.25 3 25 3.25 3.25 3.25
6 6 6 『 6 ‘ 6 } 4 5 3 3 3 3
6 I 8 7 1l t 8 l0 5 5 5 5
16 25 19 } 21 21 21 l 19 21 ^0 4a ‘ ‘O
9O 13O 1呻 【 10O 90 110 l 11fJ 100 l30 1 30 0 【130
2. 压 降
塔板阻力是指上升蒸汽穿过一块塔板所必须克服的阻力。塔板阻力由三部分组成,即千
塔板阻力, 液层阻力和鼓泡时克服液体表面张力的压头。
干塔板阻力与筛孔蒸汽速度有关。液屡的阻力与塔板上液层的静压头及气泡的状况有关
当筛板的开孔率一定时,增加空塔速度.筛板的阻力随之增加,如图5—24所示。空气精馏塔
内一块塔板的压降为200~350 Pa(20~35mm H2O)。
3.液面梯度
液体在塔授上流动,为了克服塔板上流动阻力形成液面梯度。对于环形流动塔板不仅有
措程液面梯度,而且还有由于液体绕中心旋转流动而产生的径向液面梯度 液面梯度随溢流
强度的增大而增大,也随液体流路的增长而增大,同时与塔板的水平度有关。液面梯度影响
气体在塔授上均匀通过,从而影响传质效率,设计上要求液面梯度不超过干塔板阻力的5O 。
4. 筛板的操作
筛板操作时,液体经进口堰横流过塔板,与气体充分接触后,由降液管流到下层塔板
它在降液管内应有足够的时间使泡沫分离成气休和清液,如果液体负荷增加,液体在降液管
内的流速加快,停留时间就要缩短,当停留时间缩短刘使液体夹带的泡沫来不及分离被带到
下层塔板,就会降低分离效果,这时称为降液管超负荷。
降液管内液面高度丑 为
丑 =^ +ho 十 + +
式中^。—— 溢流堰的高度
ho=— — 堰上液流高度
— — 进、出口堰之间的液面梯度
k—— 气体通过一块塔板的压降
^ ——液体通过降液管的阻力损失
表5—6 “神钒 定型空旁没备精馏塔主要参数
H Ⅱ I —
I 1 go 0o‘
(1)精墙塔直径(13-1m) lg0 0
(2)溢筒日数目(十)
(3)塔板同距(ram) i 00
(4)空塔建度(m/s) j
(5)筇孔直径x孔中心距(ram)
(6)筛孔速度(m/s) !
(7)堰上液面高度(ram) {
(8)扳上液面安定商度Ohm)
(1)精埔塔直程(m m)
(2)溢流口数目(十)
(3)塔扳间距(mm)
(4)空塔建度(m/s)
(5)筛孔直径×孔 心距cmm)
(6)筛孔速度(m/s)
(7)堰上液而商虚(m131) I
(8)扳上敬面安定高度(mil1)1
液体负荷大,h? d、 和^d都增加,降液管中液面日d也随之升高,反之亦然。
当气速很低时,塔板上的液体全部从筛孔落下,塔板上无液层,气速逐渐增大,塔板一I:
开始形成液层此时称为 液封”(图5—25中 点)。进一步增大气速,液体很快到达堰高,压降
也相应增加(图中'B点),此时达到液封的最大值。再增高气邃,一部分液体就越过溢流堰从降
液管流下, 另一部分仍由筛孔漏到下一块塔板,这种现象称为。漏液”。筛板的漏液不是均匀
的,一部分筛孔通过蒸汽,另一部分筛孔在漏液,并且位置也不固定,随时在变动着。漏液
量随气速的进一步增大而减少,筛孔被气流吹开的程度逐渐增大,当气速增大到全部筛孔吹
开时,漏液也就停止, 图中'B点以后是一个筛孔吹开程度逐渐增大的过程, 此阶段虽然气体
负荷在增加, 但是通过筛孔的气速始终不变, 因此压降也不随气速的增大而增加,劐达图中
C点称为漏液点,此时的气速剐能使液体保持在塔板上不漏,气速小予C点就有漏液产生。
图5—25 筛板气流操作说明图

a)正常工作
图5~ 26
b)蘸泛
精馏塔的液泛
漏液点后进一步增大气速,则在塔板上形成泡津层,开始有雾沫夹带, 当气速大到雾沫
夹带剧烈增 Ⅱ就会出现液泛。液泛更常见是气液负荷均很大时,上升蒸汽阻止液体下流,下
一块塔板上的液体涌到上一块塔板上,如图5—26所示。当塔板上液体积累增多超过气体压降
和降液管中液体流动的阻力损失时,液体从降液管中倾泻而下,因此液泛时塔内压力、阻力
和液面等出现大幅度的周期性的波动,纯度破坏。
除操作因素外, 塔板制造缺陷, 溢流通道堵塞, 塔板锈蚀、脏污和固体微粒(如果CO。、
H O微粒进入塔内)堵塞等也是引起液泛的原因。
5. 负荷性能图
每一个结构参数已设计好的板式塔,要维持其正常特性必须把气液负荷限制在一定范围
内,越出其稳定区时,塔就不能正常操作,传
质效率显著下降。将各种界限条件下蒸汽负荷
和液体负荷L关系,标绘在 一工坐标上,
得蓟允许的负荷波动范围图形,这个图形称为
负荷性能图。
筛板塔的负荷性能图如图5—27所示。用
下列一些界限曲线来确定其稳定操作区。
a. 晶液线。此线是操作气速的下限, 低
于此线时,气相不能与液相起正常的接触作用。
. 过量雾沫央带线。气速超过此绒耐,
图5—27 筛板塔的女荷性能图
雾讳舞带量超过允许范围(一般精馏为o.1 kg
液体/lkg气体),从而额外地降低了塔板效率。
c.液相下限线。液体负荷最小是溢流堰上的液面高度为最低液面高度,低于此限制,
塔内液体就不能保证应有的均匀分布。
d. 液相上限线。根据降液管内停留时间要求作出,超出此线时, 由于气相返混降低塔
板效率。或按塔板上液层高度为最大值计算出液辋上限线
e.液泛线。根据降液管内泡抹层高度 / ,西为泡沫层的相对比重,对于一般物系 =
O.5,应小于塔扳间距日。和出口堰高^。之和。越出该线则gl起液泛。
在图5—27所示的阴影区内, 即是塔的稳定操作区域。图5—27率各线的耜对位置可以
调整塔板结构参数而有变化,图5—28为
筛板塔男一个典型负荷性能图。
罔5—28 有降液管的筛板或穿流板
的典型棵作性能图
(率圈为译文圉,查出的单位要抉葬过)
图5—29 空分设备下塔筛掘
稳定工作界限
苏联几个空分设备的下塔的负荷佳能图,如图5—2g所示。
操作线。对于_定液气比的操作过程, /工为定值,故操作线在图5—27上可用通过0
点的直线表示之。操作线OA与阴影区的边界交点为操作的上,下限,即上限为液泛,下限
为漏液。
正常设计的塔,操作点 应位于阴影区的中部,具有一定的弹佳范围。塔的稳定操作区
内塔板效翠数值各处是不同的,存在等效率曲线和。定效传质区域