篩孔塔板

篩板是應(yīng)用*早的塔板形式之一，距今已有兩百年歷史。19世紀(jì)30年代釀造工業(yè)中就已使用了篩板塔，但由于當(dāng)時(shí)的篩板結(jié)構(gòu)較為單一，操作彈性**。這一致命弱點(diǎn)致使篩板塔在隨后的一百多年時(shí)間里一直未被廣泛應(yīng)用。第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，煉油和石油化學(xué)工業(yè)的迅猛發(fā)展給板式塔提供了****的機(jī)遇。生產(chǎn)過(guò)程的大型化促使人們更加關(guān)注設(shè)備的加工和維修費(fèi)用，篩板塔在此方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，從而重新確立了它在板式塔中的地位，并且長(zhǎng)期的生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)踐證明了一個(gè)合理設(shè)計(jì)的實(shí)踐篩板塔完全可以穩(wěn)定地操作。

為了克服舊式篩板固有的缺陷并適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的要求，篩板的結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)，出現(xiàn)了一些新型篩板，如導(dǎo)向篩板、新型垂直篩板、多降液管篩板、網(wǎng)狀篩板等。目前，篩板塔已成為應(yīng)用*為廣泛的板式塔之一。

1. 普通篩板

普通篩板的塔板上均勻地布置著小孔，直徑范圍一般為3~8 mm之間。篩孔在塔板上的布置方式呈正三角形，在塔板上設(shè)置溢流堰，如圖9所示。

操作時(shí)，氣體自下而上垂直穿過(guò)塔板上的篩孔，液體橫向穿過(guò)塔板，氣體和液體在塔板上進(jìn)行接觸傳質(zhì)。

普通篩板的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、板上液面落差小、氣體壓降低、生產(chǎn)能力大、傳質(zhì)效率高；缺點(diǎn)：操作彈性小、篩孔易堵塞、不宜處理易結(jié)焦、黏度大的物料。

2. 導(dǎo)向篩板

導(dǎo)向篩板是由美國(guó)聯(lián)合碳化物公司的林德子公司開(kāi)發(fā)的，又稱(chēng)林德篩板，*早應(yīng)用于要求低壓降的空分裝置的精餾塔，1963年后開(kāi)始應(yīng)用于乙苯-苯乙烯等精餾裝置中。20世紀(jì)70年代有多家公司的120余臺(tái)減壓蒸餾塔釆用了林德篩板，其中超過(guò)5.0 m塔徑的就有45臺(tái)，**的塔徑為11.5 m。林德篩板在普通篩板上有兩點(diǎn)重要改進(jìn)：一是在液相的進(jìn)口區(qū)設(shè)置呈斜臺(tái)狀的鼓泡促進(jìn)器；二是在塔板上增設(shè)了百葉窗導(dǎo)向孔。這種改進(jìn)增大了**鼓泡面積，使塔板操作由鼓泡型變?yōu)閲娚湫?，在降低液面梯度的同時(shí)使氣體分布均勻，從而使干板壓降減小、霧沫夾帶減少、傳質(zhì)效率提高。

北京化工大學(xué)從20世紀(jì)70年代展開(kāi)對(duì)導(dǎo)向篩板的系統(tǒng)研究，并推出了**導(dǎo)向篩板塔。**導(dǎo)向篩板具有生產(chǎn)能力大、塔板效率高、塔壓降低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、維修方便的特點(diǎn)。

**導(dǎo)向篩板結(jié)構(gòu)如圖10所示，在**導(dǎo)向篩板上開(kāi)設(shè)了大量篩孔及少部分導(dǎo)向孔。通過(guò)篩孔的氣體在塔板上與液體錯(cuò)流，穿過(guò)液層垂直上升，通過(guò)導(dǎo)向孔的氣體，沿塔板水平前進(jìn)，將動(dòng)量傳遞給塔板上水平流動(dòng)的液體，從而推動(dòng)液體在塔板上均勻穩(wěn)定前進(jìn)，使得液體在塔板上的流動(dòng)接近于均勻的“活塞流”，克服了原來(lái)塔板上的液面落差和液相返混，提高了生產(chǎn)能力和板效率，解決了堵塔、液泛等問(wèn)題。

另外，在傳統(tǒng)塔板上，由于存在液面梯度，在塔板的上游總存著一個(gè)非活化區(qū)，在此區(qū)域內(nèi)氣流無(wú)法穿過(guò)液層而上升鼓泡，如對(duì)浮閥塔板，上游的幾排浮閥無(wú)法打開(kāi)，而對(duì)篩板塔板，上游的一個(gè)區(qū)域內(nèi)無(wú)氣泡鼓出。根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，非活化區(qū)的面積往往占塔截面積的1/3左右。**導(dǎo)向篩板在液流入口處增加了向上凸成斜臺(tái)狀的鼓泡促進(jìn)器，促使液體一進(jìn)入塔板就能生產(chǎn)鼓泡，帶來(lái)了良好的氣液接觸與傳質(zhì)效果。**導(dǎo)向篩板較傳統(tǒng)塔板的生產(chǎn)能力大50%~****，分離效率高20%~40%，塔壓降低，質(zhì)量輕，其造價(jià)相當(dāng)于泡罩塔板的40%，浮閥塔板的60%，抗堵性好，對(duì)高黏度、易自聚、含固體顆粒等特殊物系的精餾尤其適用。

3. 新型垂直篩板

新型垂直篩板是由日本三井造船公司在1963年開(kāi)發(fā)的，它是立體傳質(zhì)塔板*典型的代表。新型垂直篩板塔是對(duì)傳統(tǒng)板式塔的一個(gè)新的突破，傳統(tǒng)板式塔的氣液接觸都在塔板上進(jìn)行，而新型垂直篩板塔充分利用了精餾塔內(nèi)的空間，這樣大大增加了氣液接觸的面積。新型垂直篩板的結(jié)構(gòu)有多種形式，其中New-VST的結(jié)構(gòu)如圖11所示。

在塔板上設(shè)有壁面有篩孔的圓形升氣筒，塔內(nèi)氣液混合物從圓形升氣筒壁面的篩孔噴出，完成氣液分離。新垂直篩板具有傳質(zhì)效率高、處理能力大、塔板壓降小等優(yōu)點(diǎn)，但也有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、泄漏嚴(yán)重的缺點(diǎn)。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者也對(duì)立體新型垂直篩板進(jìn)行了很多研究，提出了很多種新型的立體垂直篩板。例如，S形立體垂直板、C形立體垂直篩板、T形立體垂直篩板、HVT塔板、CTST塔板等。

新型垂直篩板與傳統(tǒng)的篩板相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：①處理能力大。因?yàn)槊闭稚系暮Y孔為垂直方向，在壓降不增加的情況下，提高了處理量。②塔板效率高。由于帽罩內(nèi)液氣兩相能夠很好地混合，且具有較高的液氣比，另外，部分液體可在帽罩內(nèi)外進(jìn)行再循環(huán)，所以新垂直篩板的板效率比篩板、浮閥高出10%~20%。③塔板間距小。④適應(yīng)性強(qiáng)。該塔板可用于高真空和高壓強(qiáng)操作體系，同時(shí)還能**地處理極低的液氣比和具有發(fā)泡性的物系。另外，由于液面落差小，該塔板還適用于塔徑要求比較大的場(chǎng)合，但是這種塔板的漏液較為嚴(yán)重。

4. MD塔板

MD塔板又稱(chēng)為多降液管塔板，是20世紀(jì)60年代由美國(guó)聯(lián)合碳化物公司（UCC）開(kāi)發(fā)的。MD塔板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在每層塔板都配設(shè)有兩個(gè)以上的降液管，而且每個(gè)降液管并不是如傳統(tǒng)塔板的降液管一樣設(shè)置在塔板的中心或者邊緣，而是懸掛在兩層塔板之間的氣相通道空間內(nèi)（圖12）。所有降液管下部均不完全敞開(kāi)，而是在不同的部分開(kāi)設(shè)了一些縫隙，液體從這些縫隙中流出，降落至下一塊塔板。因此，MD塔板要求降液管必須有自封的作用。另外，塔板上不需要設(shè)置受液盤(pán)，這樣大大增加了塔板的**傳質(zhì)面積，但是為了保證液體盡可能地分布均勻，相鄰的兩層塔板之間的降液管互相成90°分布。

MD塔板的結(jié)構(gòu)決定了它具有以下優(yōu)點(diǎn)：通量大、壓降低、板間距?。▋H為一般塔板的50%~70%）和操作穩(wěn)定。該塔板適合于液氣比很大的分離場(chǎng)合，但是由于液體流動(dòng)通道的距離較短，液相在塔板上的停留時(shí)間較短，氣液兩相的傳質(zhì)接觸時(shí)間較短，因此對(duì)于液膜控制的氣液兩相傳質(zhì)體系，塔板效率有一定程度上的降低。

5. 網(wǎng)孔塔板

網(wǎng)孔塔板是一種典型的噴射型塔板，又稱(chēng)Perform塔板，其結(jié)構(gòu)示意如圖13所示。該塔板由1.5~2 mm鋼板先沖孔，然后經(jīng)拉伸從而形成許多排列規(guī)則、開(kāi)口方向一定的開(kāi)孔作為氣相通道。開(kāi)口按一定的方向排布從而保證液體按照預(yù)設(shè)的方向流動(dòng)。在塔板上分為許多狹長(zhǎng)區(qū)，每一區(qū)按照開(kāi)口的方向分為兩個(gè)部分，相鄰兩部分的開(kāi)口方向互相成90°。當(dāng)氣液兩相在塔板上從一區(qū)流進(jìn)另一區(qū)時(shí)，氣液相流動(dòng)方向均發(fā)生90°改變。在此轉(zhuǎn)折處兩相的流動(dòng)發(fā)生旋轉(zhuǎn)從而更新了氣液兩相接觸的表面，另外還避免了液體沿壁面流動(dòng)而產(chǎn)生死角。

操作過(guò)程中，氣相高速吹過(guò)塔板，將液相吹散成細(xì)小的液滴。氣相作為連續(xù)相，液相作為分散相。網(wǎng)孔塔板上還裝有傾斜的擋沫板，它采用與塔板結(jié)構(gòu)相同的網(wǎng)孔板，但斜孔的開(kāi)口寬度為6~8 mm。擋沫板與水平方向成10~60°，其上開(kāi)孔與塔板上的斜孔方向成90°，可將噴射的液滴擋下來(lái)，從而**降低了塔板的霧沫夾帶。同時(shí)，擋沫板本身也是一個(gè)**的傳質(zhì)元件，這樣充分利用了塔板的空間。

網(wǎng)孔塔板具有壓降低、處理能力大及塔板質(zhì)量輕等特點(diǎn)。與一般塔板相比，該塔板處理量提高30%左右，特別適用于大型的分離裝置。由于在一定的板效率情況下，網(wǎng)孔塔板具有較低的塔板壓降，因此它還適用于減壓操作。但是該塔板效率較低，其效率還不如一般的塔板。另外該塔板的操作彈性較小，不適用于小直徑的塔。

6. 錐形篩板

錐形篩板的主要特點(diǎn)是以普通篩板為基礎(chǔ)，把“圓形”篩孔改為“錐形”，包括上錐形”和“下錐形”，是浙江工業(yè)大學(xué)研制的塔板，結(jié)構(gòu)如圖14所示。

浙江工業(yè)大學(xué)通過(guò)對(duì)錐形篩板進(jìn)行試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)上錐形篩板的干板壓降相對(duì)普通篩板有降低的作用，而下錐形篩板卻與普通篩板無(wú)異。當(dāng)氣體穿過(guò)“圓形”篩孔時(shí)，流束變小形成縮脈，但當(dāng)氣相通過(guò)篩孔后，流束直徑繼續(xù)縮小又突然變大，造成阻力損失。而下錐形篩孔與普通篩孔的縮脈情況基本相同，所以起不到降低壓降的作用。對(duì)于上錐形篩孔，氣體通過(guò)上錐形篩孔整個(gè)過(guò)程中，流束直徑均大于普通篩孔和下錐形篩孔的流束直徑，因此壓降有所降低。在實(shí)際生產(chǎn)中，可以采用上錐形篩板取代普通篩板，以降低塔壓降，減少能耗。