篩板的優點是結構簡單、造價低,板上液麵落差小,氣體壓降低,生產能力大,傳質效率高。其缺點是篩孔易堵塞,不宜處理易結焦、黏度大的物料。近年來,由於設計和控製水平的不斷提高,可使篩板塔的操作非常精確,已成為應用最廣泛的一種。
浮閥塔是一種新型塔。其特點是在篩板上每個篩孔處安裝一個可以上下浮動的閥體,當篩孔氣速高時,閥片被頂起而上升,氣速低時,閥片因自重而下降。閥體可隨上升氣量的變化而自動調節開度,這樣可使塔板上進入液層的氣速不至於隨氣體負荷的變化而大幅度變化,同時氣體從閥體下水平吹出加強了氣液接觸。浮閥塔的特點是生產能力大,操作彈性大,板效率高。
三、塔板上流體流動狀況
1.塔板上氣液接觸狀態
評價塔性能的主要指標是生產能力、塔板效率、操作彈性、塔板壓力等,這些指標均與塔板結構和塔內氣液兩相流動狀況密切相關。對篩板塔和浮閥塔的研究表明,塔板上可能存在以下幾種氣液接觸狀態。
(1)鼓泡接觸狀態當氣速較低時,氣體以鼓泡形式通過液層。由於氣泡的數量不多,形成的氣液混合物基本上以液體為主,氣液兩相接觸的表麵積不大,傳質效率很低。
(2)蜂窩狀接觸狀態隨著氣速的增加,氣泡的數量不斷增加。當氣泡的形成速度大於氣泡的浮升速度時,氣泡在液層中累積。氣泡之間相互碰撞,形成各種多麵體的大氣泡,板上為以氣體為主的氣液混合物。由於氣泡不易破裂,表麵得不到更新,所以此種狀態不利於傳熱和傳質。
(3)泡沫狀接觸狀態當氣速繼續增加,氣泡數量急劇增加,氣泡不斷發生碰撞和破裂,此時板上液體大部分以液膜的形式存在於氣泡之間,形成一些直徑較小,擾動十分劇烈的動態泡沫,在板上隻能看到較薄的一層液體。由於泡沫接觸狀態的表麵積大,並不斷更新,為兩相傳熱與傳質提供了良好的條件,是一種較好的接觸狀態。
(4)噴射接觸狀態當氣速很大時,由於氣體動能很大,把板上的液體向上噴成大小不等的液滴,直徑較大的液滴受重力作用落回到塔板上,直徑較小的液滴,被氣體帶走形成液沫夾帶,也是一種較好的工作狀態。
如上所述,泡沫狀接觸狀態和噴射接觸狀態均是優良的塔板接觸狀態。因噴射接觸狀態的氣速高於泡沫接觸狀態,故噴射接觸狀態有較大的生產能力,但噴射狀態液沫夾帶較多,若控製不好,會破壞傳質過程,所以多數塔均控製在泡沫狀接觸狀態下工作。
2.塔板上的不正常現象
(1)漏液當上升氣流小到一定程度時,因其動能太小,不能阻止液體從塔板上小孔直接下流,導致液體從塔板上的開孔處下落,此種現象稱為漏液。嚴重漏液會使塔板上建立不起液層,會導致分離效率的嚴重下降。
(2)液沫夾帶當氣速增大時,無論是噴射還是鼓泡型操作,氣流穿過塔板上液層時,都會產生大量的大小不一的液滴,這些液滴的一部分會被上升的氣流裹挾至上層塔板,這種現象稱為液沫夾帶。產生液沫夾帶有兩種原因,一是板間距太小,二是氣速太大。液沫夾帶使塔板的分離能力無法充分發揮,從而導致分離效率下降。
(3)氣泡夾帶因液體流量過大或液體在溢流管內停留時間不夠而導致溢流管中液體所夾帶的氣泡來不及從管中脫出而被夾帶到下一層塔板的現象稱為氣泡夾帶。氣泡夾帶使已經轉移到氣相中的易揮發組分重新回到液相,造成分離效率下降。
(4)液泛當塔板上液體流量很大,上升氣體的速度很高時,液體被氣體夾帶到上一層塔板上的流量猛增,使塔板間充滿氣液混合物,最終使整個塔內都充滿液體,這種現象稱為夾帶液泛。還有一種是因降液管通道太小,流動阻力大,或因其他原因使降液管局部地區堵塞而變窄,液體不能順利地通過降液管下流,使液體在塔板上積累而充滿整個板間,這種液泛稱為溢流液泛。液泛使整個塔內的液體不能正常下流,物料大量返混,嚴重影響塔的操作,在操作中必須避免。