板式塔和填料塔的区别

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在化工操作中，精馏塔分为板式塔和填料塔两种主要类型。对于操作要求、设备行性能、设备维修、试用场合都有各自的特点。

类  型	板式塔	填料塔
操作特点	气液逆流逐级接触	微分式接触，可采用逆流操作，也可采用并流操作
设备性能	空塔速度（亦即生产能力）高，效率高且稳定；压降大，液气比的适应范围大，持液量大，操作弹性小	大尺寸空塔气速较大，小尺寸空塔气速较小；低压时分离效率高，高压时分离效率低，传统填料效率较低，新型乱堆及规整填料效率较高；大尺寸压力降小，小尺寸压力降大；要求液相喷淋量较大，持液量小，操作弹性大
制造与维修	直径在600mm以下的塔安装困难，安装程序较简单，检修清理容易，金属材料耗量大	新型填料制备复杂，造价高，检修清理困难，可采用非金属材料制造，但安装过程较为困难
结构特点	每层板上装配有不同型式的气液接触元件或特殊结构，如筛板、泡罩、浮阀等；塔内设置有多层塔板，进行气液接触	塔内设置有多层整砌或乱堆的填料，如拉西环、鲍尔环、鞍型填料等散装填料，格栅、波纹板、脉冲等规整填料；填料为气液接触的基本元件
适用场合	处理量大，操作弹性大，带有污垢的物料	处理强腐蚀性，液气比大，真空操作要求压力降小的物料

板式塔和塔盘的选型

板式塔塔型选择一般原则：
选择时应考虑的因素有：物料性质、操作条件、塔设备性能及塔的制造、安装、运转、维修等。
下列情况优先选用板式塔：

• 塔内液体滞液量较大，操作负荷变化范围较宽，对进料浓度变化要求不敏感，操作易于稳定；
  

• 液相负荷较小；
  

• 含固体颗粒，容易结垢，有结晶的物料，因为板式塔可选用液流通道较大的塔板，堵塞的危险较小；
  

• 在操作过程中伴随有放热或需要加热的物料，需要在塔内设置内部换热组件，如加热盘管，需要多个进料口或多个侧线出料口。这是因为一方面板式塔的结构上容易实现，此外，塔板上有较多的滞液以便与加热或冷却管进行有效地传热；
  

• 在较高压力下操作的蒸馏塔仍多采用板式塔。
  

板式塔塔盘的类型与选择：
1、塔板种类
根据塔板上气、液两相的相对流动状态，板式塔分为穿流式和溢流式。目前板式塔大多采用溢流式塔板。穿流式塔板操作不稳定，很少使用。
2、各种塔盘性能比较
工业上需分离的物料及其操作条件多种多样，为了适应各种不同的操作要求，迄今已开发和使用的塔板类型繁多。这些塔板各有各的特点和使用体系，现将几
种主要塔板的性能比较

塔盘类型	优点	缺点	适用场合
泡罩板	较成熟、操作稳定	结构复杂、造价高、塔板阻力大、处理能力小	特别容易堵塞的物系
浮阀板	效率高、操作范围宽	浮阀易脱落	分离要求高、负荷变化大
筛板	结构简单、造价低、塔板效率高	易堵塞、操作弹性较小	分离要求高、塔板数较多
舌型板	结构简单且阻力小	操作弹性窄、效率低	分离要求较低的闪蒸塔

填料塔及填料的选型

1、填料塔塔型选择一般原则：
塔填料是填料塔的核心构件，它为气液两相间热、质传递提供了有效的相界面，只有性能优良的塔填料再辅以理想的塔内件，才有望构成技术上先进的填料塔。
下列情况优先选用填料塔：

• 在分离程度要求高的情况下，因某些新型填料具有很高的传质效率，故可采用新型填料以降低塔的高度；
  

• 对于热敏性物料的蒸馏分离，因新型填料的持液量较小，压降小，故可优先选择真空操作下的填料塔；
  

• 具有腐蚀性的物料，可选用填料塔。因为填料塔可采用非金属材料，如陶瓷、塑料等；
  

• 容易发泡的物料，宜选用填料塔。
  

2、填料塔填料的选择：
填料的几何特性数据主要包括比表面积、空隙率、填料因子等，是评价填料性能的基本参数。
①比表面积
单位体积填料的填料表面积称为比表面积，以a表示，其单位为m2/m3。填料的比表面积愈大，所提供的气液传质面积愈大。因此，比表面积是评价填料性能优劣的一个重要指标。
②空隙率
单位体积填料中的空隙体积称为空隙率，以ε表示，其单位为m3/m3，或以%表示。填料的空隙率越大，气体通过的能力越大且压降低。因此，空隙率是评价填料性能优劣的又一重要指标。
③填料因子
填料的比表面积与空隙率三次方的比值，即a∕ε3，称为填料因子，以Ф表示，其单位为1/m。它表示填料的流体力学性能，Ф值越小，表明流动阻力越小。
3、填料性能的优劣通常根据效率、通量及压降三要素衡量。

• 在相同的操作条件下，填料的比表面积越大，气液分布越均匀，表面的润湿性能越好，则传质效率越高；
  

• 填料的空隙率越大，结构越开敞，则通量越大，压降亦越低。
  

国内学者采用模糊数学方法对九种常用填料的性能进行了评价如表所示：

填料名称	评估值	评价	排序	填料名称
丝网波纹填料	0.86	很好	1	0.86
孔板波纹填料	0.61	相当好	2	0.61
金属Intalox	0.59	相当好	3	0.59
金属鞍形环	0.57	相当好	4	0.57
金属阶梯环	0.53	一般好	5	0.53
金属鲍尔环	0.51	一般好	6	0.51
瓷Intalox	0.41	较好	7	0.41
瓷鞍形环	0.38	略好	8	0.38
瓷拉西环	0.36	略好	9	0.36

板式塔

板式塔通常是由一个圆柱型的壳体及沿塔高按一 定的间距水平设置的若干层塔板（或塔盘）所组成。

　　板式塔实物图 板式塔结构图

板式塔塔板

板式塔的塔板可分为有降液管及无降液管两大类。有降液管的一般液体呈错流式，无降液管的液体呈逆流式。


板式塔由塔板不同可以分为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、舌型板和斜孔板等等。其中以泡罩塔，浮阀塔和筛板塔在工业生产中使用最为广泛。

1泡罩塔

泡罩塔板是工业上应用最早的塔板，它由升气管及泡罩构成。泡罩安装在升气管的顶部，分圆形和条形两种，以前者使用较广。泡罩有f80、f100和f150mm三种尺寸，可根据塔径大小选择。泡罩下部周边开有很多齿缝，齿缝一般为三角形、矩形或梯形。泡罩在塔板上为正三角形排列。

泡罩边缘开有纵向齿缝，中心装升气管。升气管直接与塔板连接固定。塔板下方的气相进入升管，然后从齿缝吹出与塔板上液相接触进行传质。由于升气管作用，避免了低气速下的漏液现象。


优点：该塔板操作弹性，塔效率也比较高，运用较为广泛。  
缺点：是结构复杂，塔压降低，生产强度低，造价高。

2筛板塔

筛孔塔板简称筛板，其结构特点是在塔板上开有许多均匀小孔，孔径一般为3～8mm。筛孔在塔板上为正三角形排列。塔板上设置溢流堰，使板上能保持一定厚度的液层。

筛板塔的优点是结构简单、造价低，生产能力大，板上液面落差小，气体压降低，同时塔板效率较高。


缺点是操作弹性小，筛孔易堵塞，不宜处理易结焦、黏度大的物料。

3浮阀塔

浮阀是20世纪二战后开始研究，50年代开始启用的一种新型塔板，后来又逐渐出现各种型式的浮阀。

其型式有圆形、方形、条形及伞形等。较多使用圆形浮阀，而圆形浮阀又分为多种型式。


其特点是浮阀取消了泡罩塔的泡罩与升气管，改在塔上开孔，阀片上装有限位的三条腿。但是操作时阀片易脱落或卡死。


浮阀可随气速的变化上、下自由浮动，提高了塔板的操作弹性、降低塔板的压降，同时具有较高塔板效率，在生产中得到广泛的应用。

横向比较

板式塔溢流装置
板式塔的溢流装置是指溢流堰（出口堰）和降液管。

　　板式塔内部原理
液体靠重力作用由顶部逐板流向塔底排出，并在各层塔板的板面上形成流动的液层；气体则在压力差推动下，由塔底向上经过均布在塔板上的开孔依次传播各层塔板由塔顶排出。      

塔板上气液两相的接触状态是决定板上两相流流体力学及传质和传热规律的重要因素。当液体流量一定时，随着气速的增加，可以出现一下几种接触状态：

1鼓泡接触状态

气速较低时，气体以鼓泡形式通过液层。由于气泡的数量不多，形成的气液混合物基本上以液体为主，气液两相接触的表面积不大，传质效率很低。

2蜂窝状接触状态

随着气速增加，气泡数量不断增加。当气泡形成速度大于气泡浮升速度时气泡在液层中累积。气泡间相互碰撞，形成各种多面体的大气泡。由于气泡不易破裂，表面得不到更新，所以此种状态不利于传热和传质。

3泡沫接触状态

当气速继续增加，气泡数量急剧增加，气泡不断发生碰撞和破裂，此时板上液体大部分以液膜的形式存在于气泡之间，形成一些直径较小，扰动十分剧烈动态泡沫，由于泡沫接触状态表面积大，并不断更新，是一种较好的接触状态。

4喷射接触状态

当气速继续增加，把板上液体向上喷成大小不等的液滴，直径较大的液滴受重力作用落回到塔板上，直径较小的液滴被气体带走，形成液沫夹带。液滴回到塔板上又被分散，这种液滴反复形成和聚集，使传质面积增加，表面不断更新，是一种较好的接触状态。

工业生产中一般希望呈现泡沫态和喷射态两种状态。        

因喷射接触状态的气速高于泡沫接触状态，故喷射接触状态有较大的生产能力，但喷射状态液沫夹带较多，若控制不好，会破坏传质过程，所以多数塔均控制在泡沫接触状态下工作。