根據塔內氣液接觸部件的結構形式不同,可將精餾塔分為板式塔和填料塔兩大類。在精餾中,目前普遍采用板式塔,在此我們重點討論板式塔。
板式塔是一種應用極為廣泛的氣液傳質設備,它通常是由一個呈圓柱形的殼體及沿塔高按一定的間距水平設置的若幹層塔板所組成。在操作時,液體靠重力作用由頂部逐板流向塔底排出,並在各層塔板的板麵上形成流動的液層;氣體則在壓力差推動下,由塔底向上經過均布在塔板上的開孔依次穿過各層塔板由塔頂排出。塔內以塔板作為氣﹑液兩相接觸傳質的基本構件。氣﹑液兩相在塔內進行逐級接觸,組成沿塔高呈階梯式變化,所以板式塔是逐級接觸型的氣液傳質設備。
工業生產中的板式塔,常根據塔板間有無降液管溝通而分為有降液管及無降液管兩大類,用得最多的是有降液管式的板式塔,它主要由塔體、溢流裝置和塔板構件等組成。
1.塔體
塔體通常為圓柱形,常用鋼板焊接而成,有時也將其分成若幹塔節,塔節間用法蘭聯接。
2.溢流裝置
溢流裝置包括出口堰、降液管、進口堰、受液盤等部件。
(1)出口堰為保證氣液兩相在塔板上有充分接觸時間,塔板上必須貯有一定量的液體。為此,在塔板的出口端設有溢流堰,稱出口堰。塔板上的液層厚度或持液量很大程度上由堰高決定。生產中最常用的是弓形堰,小塔中也有用圓形降液管升出板麵一定高度作為出口堰的。
(2)降液管降液管是塔板之間液流通道。也是溢流液中所夾帶氣體分離的場所。正常工作時,液體從上層塔板的降液管流出,橫向流過塔板,翻越溢流堰,進入該層塔板的降液管,流向下層板。降液管有圓形和弓形兩種,弓形降液管具有較大的降液麵積,氣液分離效果好,降液能力大,因此生產上廣泛采用。
為了保證液流能順暢地流入下層塔板,並防止沉澱物堆積和堵塞液流通道,降液管與下層塔板間應有一定的間距。為了保持降液管的液封,防止氣體由下層塔進入降液管,此間距應小於出口堰高度。
(3)受液盤降液管下方部分的塔板通常又稱為常駐液盤。有凹型及平型兩種,一般較大的塔采用凹型受液盤,平型則就是塔板麵本身。
(4)進口堰在塔徑較大的塔中,為了減少液體自降液管下方流出的水平衝擊,常設置進口堰。為保證液流暢通,進口堰與降液管間的水平距離不應小於降液管與塔板的間距。
3.塔板及其構件
塔板是板式塔內氣液接觸的場所,操作時氣液在塔板上接觸的好壞,對傳熱、傳質效率影響很大。在長期的生產實踐中,人們不斷地研究和開發出新型塔板,以改善塔板上的氣、液接觸狀況,提高板式塔的效率。目前工業生產中使用較為廣泛的塔板類型有泡罩塔板、篩孔塔板、浮閥塔板等幾種,但泡罩塔已越來越少。
二、板式塔的類型
板式塔主要有以下幾種類型。
1.泡罩塔
泡罩塔是隨工業蒸餾的建立而發展起來的,是應用最早的塔型,其結構。塔板上的主要元件為泡罩,泡罩尺寸一般為80、100、150mm三種,可根據塔徑的大小來選擇,泡罩的底部開有齒縫,泡罩安裝在升氣管上,從下一塊塔板上升的氣體經升氣管從齒縫中吹出,升氣管的頂部應高於泡罩齒縫的上沿,以防止液體從中漏下,由於有了升氣管,泡罩塔即使在很低的氣速下操作,也不至於產生嚴重的漏液現象。因此,該種塔運作很穩定,並有完整的設計資料和部分標準。不足是結構複雜、壓降大、造價高,已逐漸被其他的塔型取代,新建塔很少再用此種塔板。
篩板塔出現略遲於泡罩塔,與泡罩塔的差別在於取消了泡罩與升氣管,直接在板上開很多小直徑的篩孔,篩孔在塔板上為正三角形排列。塔板上設置溢流堰,使板上能保持一定厚度的液層。