塔器应用技术

塔器应用技术综合介绍

[摘要]根据实际工作和与国内外工程公司及工艺专利商、塔内件制造商合作与交流中积累的数据和经验，对塔器设计中诸如塔板效率的选取、塔内件型式与结构参数的合理选取及设计中的若干注意事项等问题进行了分析和阐述，同时介绍了近年来开发的一些新型高效塔板与填料。供从事塔器工艺设计和塔内件询价及装置操作管理等工作的同志参考。 1 引言

塔器是化工与石化装置中应用最广泛的传质设备之一，用于蒸馏、吸收、洗涤、抽提或萃取、增减湿以及气液直接接触换热等过程。按照传质接触基本构件的结构特点来分类，大致可分为板式塔、填料塔和特种接触塔型三大类。

板式塔属于逐级接触逆流操作，塔内以塔板作为两相接触的基本构件。根据降液管设置情况可分为有降液管塔板和无降液管塔板（穿流型）两类，前者塔板上气相与液相流向相互垂直，属于错流型；后者属于逆流型。根据塔板结构型式以及塔板上所安装的传质元件结构型式的不同，又可分为泡罩、浮阀、筛孔、固舌、浮舌、网孔、斜孔等传统塔板型式以及近年来各专利商开发的各种新型高性能塔板，如美国Glitsch公司的超级精馏塔板（SuperFrac Tray）以及国内开发的各种条形浮阀、导向浮阀、高性能微型浮阀、微分浮阀（ADV）、垂直筛板、浮动筛片等塔板型式。

填料塔属于微分接触逆流操作，塔内以填料作为两相接触的基本构件。根据填料结构可分为散堆填料和规整填料；按材质又可分为金属填料、陶瓷填料和塑料填料。其中散堆填料属于颗粒型填料，包括通用型散堆填料和近年来各专利商开发的各种新型高性能散堆填料。前者如拉西环（Rasching Ring）、鲍尔环（Pall Ring）、阶梯环（Cascade Ring）、开孔环（Perforated Ring）、伯尔鞍（Berl Saddle）、英特洛克斯鞍（Intalox Saddle）等，后者如美国Glitsch公司的阶梯短环CMR（Cascade Mini Ring）、美国Norton公司的超级矩鞍（Super Intalox）以及国内开发的超级扁环（QH系列扁环填料）等等。规整填料属于整体型填料，主要包括金属板波纹规整填料、金属丝网波纹规整填料、Glitsch格栅以及各种陶瓷规整填料和塑料规整填料。其中以Sulzer公司的 Mellapak 和Glitsch公司的 Gempak为代表的金属板波纹规整填料使用较为广泛。

特种接触塔型是一类既不属于板式塔又不属于填料塔的气液接触设备，主要有并流喷射塔、喷雾塔等。

关于板式塔和填料塔的设计方法，国际上一些比较著名的工程公司、工艺专利商和专业塔内件供应商都有自己的计算软件和设计原则，像UOP、ABB Lummus、Foster Wheeler等著名的工程公司和工艺专利商一般至少拥有Koch、Glitsch和Nutter的设计软件，而它们几乎又都是美国精馏研究公司（Fractionation Research Inc.，简称FRI）的会员，又有FRI提供的各种软件。因此，对于一般的板式塔和填料塔，通常有几套可用的水力学计算软件。国内比较有代表性

的商品化软件是洛阳石油化工工程公司开发的塔板水力学综合计算软件包（Tray 3.0）和全国化工化学工程设计中心站开发的塔板水力学计算软件包，前者已在石化系统20 多个工程公司和设计院中推广应用。美国FRI还在工业规模的塔内采用多种物系对各种塔板和填料进行了测试，根据测试结果建立了数据库，包括了诸如塔板漏液、雾沫夹带、效率或等板高度、液泛、压降等丰富的数据，具有较高的实用价值，特别在确定装置扩产改造设计方案中，通过检索类似工况下的测试数据，对判断处于水力学上限的塔能否安全操作提供了参考依据。

一般来说，工程公司和工艺专利商往往会考虑原料的变化、操作上的波动与调整及将来改造等方面的需要，其设计结果会适当留有余量；而一些塔内件制造商考虑商业竞争性，设计出的塔径经常会比前者小4至6英寸。若出于商业竞争目的而故意采用过于先进的设计方法则又另当别论了。事实上，对于大塔，当考虑配管、仪表、保温、附属的冷凝器与再沸器及安装施工等各项费用之后，因塔体直径相差4至6英寸的费用变化所占整个塔的工程费用的比例是较小的，但若因此而导致操作与调整上的不便而影响装置的正常运行是很得不偿失的。

本文是根据在实际工作和与国内外工程公司及工艺专利商、塔内件制造商合作与交流中积累的一些数据和经验，对塔器设计中诸如塔板效率的选取、塔内件型式与结构参数的合理选取及设计中的若干注意事项等问题进行分析和阐述，同时介绍近年来开发的一些新型高

效塔板与填料。供从事塔器工艺设计和塔内件询价及装置操作管理等工作的同志参考。

2 塔器工艺设计的几个关键问题 2.1 塔板效率

分离过程逐板计算通常基于理论级方法，计算确定的是所需的理论板数（N）。对于板式塔，选用合适的全塔效率（ET）经验值，再按NT = N/ET得出所需的实际板数（NT）；对于填料塔，选用合适的填料等板高度（HETP）经验值，再按H=N*HETP得出所需的填料床层高度（H）。因此，全塔效率（ET）和填料等板高度（HETP）如何取值是塔器设计中最关心的问题之一。在一些传质研究中，Murphree板效率也经常被采用，但因全塔效率ET更为方便直观而在工程上广泛采用。

全塔效率ET主要取决于物系、塔内气液接触与流动状况、塔板型式及结构等因素，一般按经验取值，需要靠经验逐步积累。对于同一物系，塔处于正常、良好的操作状态时，不同塔板型式及结构其塔板效率的相对差异一般在20%以内，而影响最大的是物系的不同。一些研究者和塔板制造商在其样本中给出的塔板效率值通常为75～85%，一般都是根据氧解吸或氨吸收过程实际测定的数据，其值可作为相对比较各种塔板型式处理能力及效率差异的依据。但工程上实际物系与之不同，不能直接采用这些塔板效率数据，而应尽量采用相同或相似物系的实测塔板效率数据较为可靠。所谓实测塔板效率实际上是根据实际操作数据推算的塔板效率数据，即对设计良好（操作点不靠近水力学性能图边界线而具有一定的操作弹性和较稳定的效率）、操作稳

定（例如全塔物料和主要组分物料平衡误差＜3%及热平衡误差＜5%）的塔，通过测定进料、塔顶、塔底产品的流率与组成数据，塔顶、塔底等关键塔板的温度、压力以及回流量或再沸器与冷凝器热负荷等操作条件数据，采用逐板计算模拟手段，在维持回流量等操作条件与实测数据尽量相同的前提下，通过试差调整理论板数，直到模拟计算出的塔顶、塔底产品的流率和组成数据与实测数据相吻合，这样得出的理论板数（应扣除再沸器与分凝器各占一块理论板）除以该塔的实际塔板数即得出实测塔板效率。

对蒸馏而言，塔板效率与分离的难异程度存在辩证的关系，即相对挥发度较小的难分离物系虽然所需的塔板数多，但具有较高的塔板效率；而相对挥发度较大的易分离物系虽然所需的塔板数少，但具有较低的塔板效率。如丙烯/丙烷精馏塔的塔板效率一般高达90～95%，而一些脱除少量轻组分的汽提塔的塔板效率一般只有20～30%。原因是难分离物系相邻塔板上气、液组成比较接近，气、液相之间只需发生少量的传质，就能接近达到平衡组成；而易分离物系相邻塔板上气、液组成差异相对较大，若要接近达到平衡组成，就需要气、液相之间发生较多量的传质，虽然传质的推动力相对较大，但由于塔板上气、液接触的时间有限，实际组成距离平衡也就较远，因此塔板效率相对较低。对一些蒸馏塔的实际测定数据表明：沿塔高温度及组成分布变化显著的部位，塔板效率相对要低些。而这一部位通常发生在进料板附近。因进料的存在，改变了原有的组成分布规律，使得进料板附近几块塔板上的气、液相更难达到平衡组成，因而具有较低的塔板效率，

当进料板位置不合适时尤其如此。这又间接验证了以上观点，同时也为进料板位置的优化提供了依据。对于液相进料，按照塔板上液相中分离关键组分组成与进料组成相近的原则选择进料板位置一般较为合理。采用流程模拟软件进行逐板计算时，可以自动优化进料板位置。对于多数蒸馏塔，设计中通常采用足够多的塔板数，一般处于使其对产品纯度的影响相对不太敏感的区域，回流比的影响往往比塔板数的影响更为显著。此外，对于一些具有选择性的溶剂吸收或化学吸收过程，各组分的塔板效率差别很大，塔板效率应针对具体组分而言。

表-1为一些典型的塔板效率经验数据，这些数据基于具有良好塔板流体力学性能的塔。对于穿流塔板和筛孔塔板等低压降塔板，塔板效率可取低限值；而对于浮阀、泡帽以及一些新型高效塔板等，塔板效率可取较高值。堰高、开孔率、传质元件尺寸、液体流道长度、塔板的水平度或液面梯度、液气比等结构参数或操作参数对塔板效率也有一定程度的影响。对于存在较严重的漏液或雾沫夹带、很高或很低液气比等不良或不利工况下操作的塔，塔板效率需要进一步打折扣。由FRI塔板和填料测试数据库中检索相似物系和工况条件下的塔板效率数据也较有实际参考价值。

对于一些缺少塔板效率经验数据的新物系，可采用O’Connell经验关联式或A.I.Ch.E等方法估算，同时参考已有相似或相近物系塔板效率数据，并适当留有余地较为稳妥。

表-1 典型的塔板效率经验数据

（1）炼油

塔名称 塔段名称 塔板效率 (%) 原油分馏塔 塔底汽提段 30

闪蒸段至重柴油抽出段 30～40 重柴油至轻柴油抽出段 40～50 轻柴油至煤油抽出段 45～55 煤油至重石脑油抽出段 50～60 重石脑油抽出板以上段 55～65 中段循环回流换热段 20～25 侧线蒸汽汽提塔 20～30 侧线再沸器供热汽提塔 25～35 催化主分馏塔 重循环油以上段 45～55 石脑油分馏塔 65～85 重整预分馏塔 55～65 重整原料蒸发脱水塔 50～60 油品油气吸收塔 35～50 油品吸收C3塔 30～38 油品吸收C4塔 25～35 油品蒸汽汽提脱吸塔 20～30 油品再沸器供热脱吸塔 25～35 炼厂污水汽提塔 35～45 环丁砜芳烃抽提塔 15～20 非芳汽提塔 40～50 芳烃回收塔 50～60 溶剂再生塔 40～50

胺溶剂法干气脱硫塔 50～55 (对H2S)；

2.5～4 (对CO2,MDEA溶剂)

液化石油气脱硫抽提塔 15～25 (对H2S)；

15～20 (对CO2,MDEA溶剂)

胺溶剂再生塔 40～45 (对H2S)； 3～4.5 (对CO2,MDEA溶剂)

（2）石油化工

塔名称 塔板效率 (%) 脱乙烷塔 60～65 二甲苯分离塔 90～95 高压脱乙烷塔 50～60 苯/甲苯/二甲苯分离塔 75～85 脱丙烷塔 65～75 苯/异丙苯分离塔 50～55 脱丁烷塔 75～85 吸收塔 20～35 脱异丁烷/脱戊烷塔 80～90 乙烷/乙烯分离塔 85～90 丙烷/丙烯分离塔 90～95 丁烷/丁烯分离塔 85～95 戊烷/戊烯分离塔 85～95 解吸塔(蒸汽汽提) 20～30 气体汽提塔 7～10 干燥塔 15

（3）化工及其它

塔名称 塔板效率 (%) 醋酸乙烯装置

醋酸精馏塔 60～70 醋酸乙烯精馏塔 55～65 乙醛汽提塔 20～25 丙酮萃取塔 15～20 洗涤塔 30～40 聚乙烯醇装置

聚醋酸乙烯分离塔(聚合一塔) 50～60 醋酸乙烯/甲醇分离塔(聚合二塔) 50～55 醋酸乙烯分离塔(聚合三、四塔) 60～70 甲醇回收塔(回收一塔) 55～65 甲醇回收塔(回收二、三塔) 50～60

2.2 填料等板高度

如前所述，对于填料塔，与板式塔全塔效率相对应的术语是填料等板高度（HETP）。对基于理论级方法确定的所需理论板数（N），选用合适的HETP经验值，再按H=N*HETP得出所需的填料床层高度（H）。因此，等板高度如何取值是填料塔设计中最关心的问题之一。

与板式塔全塔效率相类似，等板高度取决于物系、气液分配的均匀性、喷淋密度及塔内的流动状况、填料尺寸、比表面、空隙率、润湿性及几何结构等因素。一般来说，填料尺寸小、比表面大，效率高而HETP值相对就小，但处理能力相应要低些；对同一种填料，在一定的空塔动能因子范围内，效率和HETP值维持较稳定的值，但随喷淋密度的提高，效率下降而HETP值增大；当接近泛点时，继续提高喷淋密度或空塔动能因子，则效率迅速下降而HETP值急增。但当喷淋密度过低（例如＜2m3/m2.h）时，填料难以较好地被液体润湿而效率较低，应考虑采用板式塔较为可靠。一些研究者给出了等板高度的经验关联式，其中有些方法是基于双膜理论和两组分物系而得出的，可用于估算HETP。一些填料制造商也在其样本中给出了各种填料的HETP或每米填料相当的理论板数值，但一般都未给出相应的物系和操作条件，工程上实际选用应予注意，不能完全直接照搬这些数据，而应根据实际装置数据按经验取值。事实上，当同一种填料用于蒸馏和萃取时，HETP值相差达数倍。美国FRI根据实际测试结果建立的数据库中的HETP数据，具有较高的实际参考价值。

对于液-液抽提或萃取过程，各种填料的HETP值通常为800～1600mm；对于一般的蒸馏物系，传质过程通常属气膜控制，表-2给出了其典型的HETP经验值。

表-2 蒸馏过程典型的等板高度经验数据

填料名称 等板高度HETP(mm) 填料名称 等板高度HETP(mm)

金属鲍尔环 Mellapak规整填料(续)

Φ50 700～750 350Y F＜2 270～320 Φ38 550～600 P＜1且F＝2～2.5 340 Φ25 400～450 P＜1且F≥2.5 500

金属英特洛克斯环 P＞1且F≥2 500

Φ70 790～1000 500X F＜2 320～330 Φ50 560～740 P＜1且F＝2～2.6 340 Φ40 460～610 P＜1且F≥2.6 400 Φ25 355～485 P＞1且F≥2 340 500Y F＜2 230～250 P＜1且F＝2～2.3 270 P＜1且F≥2.3 350 P＞1且F≥2 340

Mellapak规整填料 Gempak规整填料

125X F＜3或P＜1且F＜3.5 1150 1A C＜0.03 750 其它工况 1250 C＝0.03～0.046 700 125Y F＜3 750～800 C＝0.046～0.061 650 P≥1且F＝3～3.5 900 C＝0.061～0.076 620 P＜1且F＝3～3.5 850 C＝0.076～0.122 600 P＜1且F＝3.5～4 1000 C＞0.122 650 170Y F＜2.5 500 1.5A C＜0.027 600 F＝2.5～3.0 550 C＝0.027～0.03 560 P＜1且F≥3 600 C＝0.03～0.046 550 250X P≥1且F＜2.8 500 C＝0.046～0.061 500 P＜1且F＜3 500 C＝0.061～0.091 470 P＜1且F＝3～3.5 550 C＞0.091 480 P＜1且F≥3.5 650 2A P＜1且C＜0.021 400 250Y P＜1且F＜2.5 350～400 C＝0.021～0.091 370 F＝2.5～3 500 C＞0.091 560 F＝3～3.5 650 P＝2～5且F≤0.75 400 P＝1～5且F＜2 350～400 F＞0.75 370 F＝2～2.8 450～500 P＞5 500 F＜0.45 600

30.5 0.5

注：F -- 空塔动能因子, m/s(kg/m)； F = UT*(ρv)

C -- 气体负荷因子, m/s ； C = UT*[ρV/(ρL-ρv)]P -- 操作压力, bar UT -- 空塔气速, m/s

0.5

表-2 蒸馏过程典型的等板高度经验数据(续)

填料名称 等板高度HETP(mm) 填料名称 等板高度HETP(mm)

Mellapak规整填料(续) Gempak规整填料(续)

250Y P＝5～10且F＝0.45～0.6 500 3A C＜0.021 300 F＝0.6～1.7 350 C＝0.021～0.091 280 F＞1.7 500 C＞0.091 330 P＝10～12且F＜0.5 600 4A C＜0.046 220～230 F＝0.5～0.6 500 C＝0.046～0.061 240 F＞0.6 400 C＝0.061～0.076 250 P＝12～21且F＜0.5 600 C＝0.076～0.091 270 F＝0.5～0.9 400 C＞0.091 300 F＝0.9～1.2 550 金属丝网规整填料

F＝1.2～1.4 350 BX P＜1且F＜1.0 130～140 P＞21且F＜0.4 800 P＜1且F＝1～2 180 F＝0.4～0.6 550 P＜1且F＝2～3 180+(F-2)*50 F＝0.6～0.85 720 P≥1且F＜1.0 170 F＞0.85 500 P≥1且F＝1～2.2 170+(F-1)*50 350X F＜2 370～400 CY P＜1且F＜1.0 80～100 P＜1且F＝2～3 450 P＜1且F＝1～1.6 120 P＜1且F≥3 500 P≥1 且F＜0.8 90～100 P＞1且F≥2 500 P≥1 且F＞0.8 120

表-3 液泛率上限经验值

塔径Ｄ（mm） ≤900 | ＞900

操作压力 真空 常压 加压 | 真空 常压 加压 塔板液泛率（%） ＜75～80 ＜78～82 ＜80～84 | ＜77～82 ＜80～85 ＜82～87 降液管液泛率（%） ＜65～70 ＜72～77 ＜76～80 | ＜65～70 ＜72～77 ＜76～80

填料塔液泛率（%） 新设计：真空、低压塔，FF＜80%； 高压塔，FF＜70%； 改造： 真空、低压塔，FF＜85%； 高压塔，FF＜75%；

塔板液泛率（%） FRI FF＜77～83% UOP 新设计塔FF＜75%

Glitsch 一般塔FF＜82%；真空塔，FF＜77%；D≤900小直径塔，FF＜65～75% Norton 新设计塔，FF＜80%； 改造塔，FF＜85% Nutter 新设计塔，FF＜80%； 改造塔，FF＜90% SimSci PRO/II模拟软件中的FF缺省值：

塔径Ｄ（mm） D≤600 600～1200 1200～3000 ＞3000 塔板液泛率（%） ＜70 ＜75 ＜78 ＜80

2.3 液泛率的控制

液泛率又称液泛百分数，通常是指设计或操作工况下的处理能力与恒液气比条件下达到液泛时的极限处理能力之比，有些研究者又将极限处理能力与设计或操作工况下的处理能力之比称为液泛安全系数。设计中为避免发生液泛并保持稳定操作和良好的效率，设计处理能力与液泛时的极限处理能力相比必须留有安全余地，即必须对允许的最大液泛率加以控制。另外，分析液泛率时必须考虑物系对塔板和降液管液泛的影响，即应当包括体系因子这一处理能力的折减因子。

对于板式塔，气液在塔板上接触有三种状态：鼓泡状态、过渡状态和喷溅状态。尽管塔板效率在接近喷溅状态时最高，但同时也存在不稳定因素，一旦操作上出现波动，就可能发生液泛而不能正常操作。因此，为了保持稳定操作和良好的效率，设计中一般以雾沫夹带不超过10%（0.1kg液体/kg气体）来确定允许的液泛率上限。满足这一要求时，相应的液泛率上限经验值如表-3。表-3中还列出了美国FRI和一些专利商与供应商所推荐的液泛率上限数据，供参考。 板式塔的另一类液泛问题是降液管堵塞或降液管液泛。降液管堵塞是指由于液体负荷太大，无法顺利通过降液管进入下一层塔板；降液管液泛是指因为泡沫液层充满降液管，而造成下层塔板的泡沫液体溢至上层塔板。一般将泡沫液层高度刚好达到塔板间距与出口堰高之和时的负荷点定义为降液管泛点。除了降液管截面积和液相负荷以外，过小的塔板间距和过大的塔板压降也是造成降液管堵塞或降液管液泛的重要因素。发生降液管液泛会造成塔的操作严重不稳定和塔板

效率严重下降，设计中通过控制合适的降液管溢流强度、清液层高度、液体流速和停留时间等来避免降液管堵塞或液泛，一般以降液管内清液层高度满足下述条件来确定液泛率上限：

Hd＜（塔板间距＋出口堰高）×Φ （2-1） 其中Φ为物系因子（详见下文）。满足这一要求时，相应的降液管液泛率上限也列于表-3中。

对于填料塔，不同的研究者对泛点有着不同的定义，但最常见的判据有三条：接近泛点时（1）空塔气速略为增大，床层压降急剧增大（水力液泛）；（2）空塔气速略为增大，传质效率急剧下降（传质极限）；（3）塔操作不稳定。FRI将填料层上方积聚的泡沫层高度达到填料顶面与分布器间距离的一半时的负荷定义为泛点。为了保持稳定操作和良好的效率，设计中填料塔的允许液泛率上限经验值列于表-3中。与板式塔所不同的是高压及高负荷时填料塔传质效率可能下降较快，因此高压下液泛率上限宜取相对较低的值。

不论是板式塔还是填料塔，一般对新设计塔建议FF可取稍低值, 以适应操作上的变化、波动与调整及将来改造等方面的需要；对旧塔扩产改造FF可取较高值,但当FF值接近液泛率上限经验值范围中的最大值时的边界工况，最好参考同类塔的允许最大负荷操作数据或有条件时查询FRI数据库中的测试数据，以便进一步确认是否可能出现液泛。

FRI还提出了体系极限液泛的概念，它是只与塔内物料性质（密度、表面张力）、液体负荷及基于塔自由截面的气速等有关而与塔板

型式或填料种类无关的一种体系极限处理能力的液泛。在FRI的研究中，大约有3%的测试工况受体系极限液泛限制。一般对于真空操作或低比表面、高通量的填料塔，应检验体系极限液泛限制，使塔能在体系极限安全的范围内操作。 2.4 操作弹性

操作弹性是板式塔的重要性能指标之一，它是指在设计液气比下能保持稳定操作和良好效率的处理能力上限与下限之间的范围，通常以设计处理能力为100%，将处理能力上限与下限表示成设计处理能力的百分数。例如，某塔具有60～120%的操作弹性即表示该塔能在60～120%的设计处理能力范围内正常操作。若能根据塔板水力学计算结果绘制适宜操作区性能图，就可以方便地由操作线与适宜操作区边界线的交点座标确定操作弹性范围。若操作点位置设计得合适，就可能具有相对较大的操作弹性范围。塔的处理能力上限通常是受雾沫夹带或喷射液泛、体系极限液泛、降液管液泛（清液层高度）、降液管超负荷（停留时间或流速）以及塔的允许压降等的限制；塔的处理能力下限通常是受气相负荷下限（漏液）、液相负荷下限（保证润湿填料或液体均布）、悬空降液管自封等的限制；对于填料塔还应注意液体分配器操作弹性的限制。

由于填料塔没有漏液等问题，只要能保证润湿填料和分配器能均布液体，允许具有较低的处理能力下限，因此填料塔的操作弹性范围一般要比板式塔宽。对于气相负荷变化很大的场合，采用填料塔较为有利。特别是对于沿塔高气液相负荷及物性分布和变化较为复杂的场

合，采用浮阀、筛板等板式塔，即使分段采用不同的开孔率等参数，操作弹性范围也不可能很宽，若实际操作上要求较大的弹性范围，当其它条件允许时，应尽量选用填料塔。此外，采用填料塔还可避免因低负荷操作而需要对塔板进行堵孔等带来的麻烦。

有关操作弹性的另一个问题是：有些低负荷操作的板式塔未经堵孔，而是靠维持较高的塔底再沸器和塔顶冷凝器负荷来减少泄漏、保证分离效率，结果造成热公用工程和冷公用工程的同时大幅度增加而浪费能量。值得注意的是不能主观地凭这种低负荷运行的板式塔的操作数据机械地推断高负荷或扩产工况下的热公用工程和冷公用工程用量，这样会得出十分保守的不合理结果。因为高负荷时没有必要再继续维持低负荷时为了减少泄漏而采用的过高的回流比，回流量并不需要比低负荷时增加太多。对于较长一段时间按低负荷操作的板式塔，为了避免泄漏而导致效率下降，一般应考虑堵孔操作，这样也有利于节能。

2.5 塔内件的选择原则

Kunesh等根据液气流动参数FP（FP =（L/V）*（ρv /ρL)0.5）将填料塔的操作工况大致分为三类：

⑴ FP＜0.03， 高真空或低喷淋密度下操作； ⑵ FP＝0.03～0.3， 低压、常压或中等喷淋密度下操作； ⑶ FP＞0.3， 高压或高喷淋密度下操作。

一般来说，当FP＝0.001～0.5时，只要其它条件合适，采用填料塔的优势较为显著。

对填料塔与板式塔应用的选择，还应根据生产工艺条件，如系统的物性、操作条件、操作弹性要求、操作方式、便于结焦、沉淀物或聚合物的清洗以及技术经济性等综合考虑。一般应考虑以下几个方面：

⑴对于腐蚀性物系，通常选用填料塔，以便采用耐腐蚀性能较好的陶瓷等非金属材料，比板式塔便于处理且更为经济。

⑵对于易起泡物系，选用填料塔更适合。因填料对泡沫有限制和破碎作用，而板式塔则容易产生雾沫夹带，以至淹塔。

⑶对于处理易聚合、结焦或含固体颗粒的物料，宜选用结构较为简单的板式塔，如筛孔塔板、斜孔塔板或固舌塔板等，这样不易堵塞并便于清洗处理。

⑷对于热敏性物料，宜选用填料塔。因为填料塔滞液量比板式塔少，物料在塔内停留时间短。而且热敏性物料通常要在真空下操作，填料塔压降比板式塔低，更适宜于真空条件下操作。

⑸对于在分离过程中有明显吸热或放热效应的物系，宜选用板式塔。因为板式塔滞液量比较大，便于在塔板上安装加热或冷却盘管。

⑹对于有多个进料及侧线抽出的分馏塔，宜选用板式塔。采用填料塔因涉及到液体的多次均布问题而使结构变得过于复杂。

⑺对于高粘性物料，宜选用填料塔。因为高粘性物料在板式塔中得效率一般都比较低。

⑻对于沿塔高气液相负荷及物性分布和变化较为复杂的塔，宜选用填料塔。采用板式塔，即使分段采用不同的开孔率等参数，操作中

一旦降量，部分塔板仍易出现漏液，设计复杂且效率和操作弹性难以保证。

⑼对于气相负荷很低的场合，宜选用填料塔。采用板式塔，所需开孔率太小，传质元件数及分布点数太少，效率低且易出现漏液。

⑽对于液相负荷很低的场合，宜选用板式塔，以便必要时可选择Ｕ型液流及齿形堰。因液体喷淋密度太低时，液体均布困难，填料不能很好地润湿，效率低。

⑾对于直径小于700mm的塔，选用填料塔较为经济。采用板式塔时，因不便于开设人孔，而须采用整块式塔板，制造和安装都比较麻烦。

⑿采用新型填料的填料塔一般比板式塔的通量大、效率高，因此在现有装置的扩产改造中应用广泛。 3 板式塔设计选用导则 3.1术语定义

3.1.1鼓泡区面积:塔截面积减去降液管面积和受液盘面积。 3.1.2自由区面积:塔截面积减去降液管面积。

3.1.3鼓泡状态：是指塔板上液气比较大时，气液接触的流动状态，此时气体为分散相，液体为连续相。

3.1.4过渡状态：是指介于鼓泡状态和喷溅状态的气液接触流动状态。 3.1.5喷溅状态：是指塔板上液气比相对较小的气液接触状态，此时液体为分散相，充满塔板之间，气体为连续相。

3.1.6塔板吹干：是指在极低的液气比和较高的空塔气速条件下，气

液接触处于喷溅状态，若进入塔板的全部液体被以雾沫夹带的方式携带至上以层塔板，塔板即被吹干。

3.1.7喷射液泛：是由于气体负荷过大，将塔板上液体由下层塔板大量夹带到上层塔板，导致塔板效率的急剧下降，操作变得不稳定，而造成的液泛。

3.1.8体系极限液泛：是指与塔内物料性质（密度、表面张力））、液体负荷及基于塔自由截面的气速等有关而与塔板型式或填料种类无关的一种体系极限处理能力的液泛。

3.1.9降液管液泛：是指泡沫液层充满降液管，而造成下层塔板的泡沫液体泡沫流入上层塔板。发生降液管液泛会造成塔的操作严重不稳定和塔板效率严重下降。

3.1.10降液管堵塞：是指由于塔板上液体负荷太大，无法进入降液管。

3.1.11降液管超负荷：是指由于降液管中液体负荷太大、流速过高、停留时间太短，泡沫得不到有效的分离。

3.1.12降液管停留时间：是指液体在降液管中的停留时间，τ = 降液管容积 / 液体体积流量，单位为s 。

3.1.13溢流强度：是指板式塔出口堰单位长度上的液体体积流率，单位为m3/m.h 。

3.1.14喷淋密度：是指填料塔单位塔截面积上的液体体积流率，单位为m3/m2.h 。

3.1.15空塔动能因子：空塔气相线速度乘以气相密度的平方根，F =

UT×(ρv)0.5，单位为m/s(kg/m3)0.5 。

3.1.16阀孔动能因子：通过阀孔、筛孔或舌孔等的气相线速度乘以气相密度的平方根，Fo = Uo×(ρv)0.5，单位为m/s(kg/m3)0.5 。它是确定开孔率及分析漏液等情况的重要参数。

3.1.17气体负荷因子：空塔气相线速度乘以气相密度与液、气相密度差之比的平方根，CS = UT×[ρV/(ρL-ρv)]0.5，单位为m/s 。它是关联填料塔处理能力的重要参数。 3.2 一般设计原则

板式塔设计选用时，可根据给定的气、液相负荷等操作条件及物性条件进行塔板水力学性能的设计与核算。新设计时计算并圆整塔径，确定板间距、液流程数、降液管大小、开孔率或每层塔板上的传质元件数或开孔数等结构参数，最终设计应采用塔板设备设计确定和布置的实际传质元件数或开孔数；核算时计算塔板压降、塔板上和降液管内清液层高度、降液管停留时间、雾沫夹带量、以及其它一些反映液泛、淹塔和漏液等状况的性能参数。根据计算结果绘制塔板适宜操作区性能图，以便直观地分析塔板的操作状况。 3.2.1 选择合适的体系因子

体系因子是考虑物系对塔板和降液管液泛影响的一种处理能力折减因子。不同应用场合及物系的体系因子的经验值见表-4。 3.2.2 选择合适的塔板间距

塔板间距的选择要考虑雾沫夹带、物料的起泡性、操作弹性、安装检修和塔径的大小。适当增加塔板间距可以减少雾沫夹带、避免降

表-4 体系因子经验值

体系名称 体系因子Ks 不起泡或低起泡系统

炼油装置原油常压塔、轻馏分塔、气体分馏塔 0.95～1.0 炼油装置重组分分馏塔，如常减压装置的减压塔 0.85～0.9 脱丙烷塔 0.9

脱乙烷塔、H2S汽提塔、环砜物系 0.85～0.9 热碳酸盐溶液再生塔 0.9 氟化物物系，如BF3、氟里昂 0.9 中等起泡系统

油吸收塔、乙醇胺再生塔、FCC汽提塔 0.85 热碳酸盐溶液吸收塔、CO2吸收塔 0.85 CO2再生塔 0.80

脱甲烷塔、糠醛精馏塔 0.80～0.85 重度起泡系统

胺吸收塔 0.73～0.80 乙二醇吸收塔 0.65～0.75 FCC一级吸收塔 0.75 严重起泡系统

甲乙酮、一乙醇胺物系 0.60 碱洗塔 0.65

酸性水汽提塔、醇合成吸收塔 0.50～0.70 泡沫稳定系统

如碱再生塔 0.3（用于降液管计算） 0.15（用于塔板计算）

表-5 常用塔板间距与塔径的关系

塔 径 mm 塔板间距 mm 600～700 （200、250）、 300、 350、 450 800～1000 （250、300）、 350、 450、 500、600 1200～1400 （300）、350 、450、 500、 600、800 1600～3000 （350、400）、 450、 500、 600、800 3200～4200 （450、500）、 600、 800

* 注：括号内的板间距为筛孔、斜孔等结构简单的塔板在低气相负荷工况时采用。

液管液泛、增加处理能力；对易起泡物料应选用较大的塔板间距，但 过大的塔板间距是不经济的。对于雾沫夹带特别严重的塔段，可适当增加塔板间距，但要考虑塔的总高度。要保证安装和检修的空间，

对有人孔的地方，塔板间距不应小于600mm。对于直径小于700mm的塔，不便于开设人孔，应考虑采用整块式塔板，或者是采用增大塔径、减小塔板间距或安装挡板的方法以避免采用整块式塔板带来的麻烦。各种塔径时的塔板间距建议按下表-5取值。 3.2.3 选择合适的溢流程数

考虑采用多溢流设计的最主要因素是出口堰长或溢流强度及塔板上的液面梯度。溢流强度大，则塔板上的液面梯度大，堰上和塔板上的液层高度大，塔板压降也大。一般允许的最大溢流强度为110～130 m3/m.h，当按单溢流设计溢流强度超过该值时，可采用多溢流。对于一些液气比很高的洗涤与吸收等过程，允许溢流强度超过该值，但应降低出口堰高甚至不设出口堰，以减少塔板压降。对于一些具有导向作用的塔板（如导向浮阀及斜孔塔板等），液面梯度小、压降低，允许采用较高的溢流强度。由于流道长度较长的塔板具有相对较高的效率，因此只要塔板压降、降液管内清液层高度、流速、停留时间等满足要求，应尽量采用较少的液流程数。一般对单溢流塔板的允许的最大塔径没有限制，而对多溢流塔板的最小塔径有要求，以免流道长度过短时效率太低。推荐不同液流程数时的最小塔径如下表。

液流程数 1 2 3 4 塔径（mm) --- ≥1400 ≥2600 ≥3600

3.2.4 选择合适的开孔率

开孔率一般根据孔动能因子、塔板允许压降、降液管液泛、塔板

漏液、允许的最小孔（阀）间距等因素来确定。塔板型式不同，具体考虑时也有所差别。例如对于浮阀塔板，设计时一般希望塔板上所有浮阀刚好全开时操作，此时塔板压力降、液体返混和泄漏都比较小，操作弹性大。过大的开孔率虽可以提高处理能力，但浮阀间距过小会造成相互干扰而影响气液接触效果，使塔板效率下降。有时气体负荷太小，不得不选择很低的开孔率以避免漏液，这同样会因气相分布点数太少、气液接触不好而大大降低塔板效率。这时应考虑采用填料塔或高性能微型浮阀塔板，以增加气相分布点数，保证较高的塔板效率。对于新建塔，工艺设计阶段一般只能根据开孔率估算每层塔板上的传质元件数或开孔数，实际传质元件数或开孔数需要在进行设备设计作出塔板布置图后才能最终确定。因此，工艺设计中对高开孔率的塔应预先注意允许的最小孔（阀）间距及相应的允许最大开孔率，以免布置不下。条阀和微型浮阀等新型高性能塔板可以采用比普通浮阀塔板更高的开孔率，因而具有更大的处理能力。 3.2.5 选择合适的降液管面积

降液管面积与塔板上液相负荷有关，降液管面积一般约占塔截面积的8～15%左右。过大的降液管面积会减少鼓泡区的面积（自由区面积），降低处理能力。如果由于液体负荷太大而必须采用大降液管时，建议采用斜降液管或多降液管塔板；对塔径较大者，也可以采用多溢流塔板。降液管太小不仅不利于塔板上液体的均布，而且易造成

降液管堵塞或降液管液泛。因此，通常取弓形降液管的弦长为塔径的0.6～0.8倍，且宽度最小值不应小于120mm或塔径的8%；中间

降液管弦长为塔径的0.5～0.7倍，宽度最小值不应小于200mm。

除了上述基本尺寸要求外，合适的降液管面积还应满足以下几个条件：

⑴降液管中的液体线速在0.1m/s以下。

⑵液体在降液管中的停留时间（τ）一般应大于5s，对易起泡物系必须大于7s；当液相密度低至300～400 kg/m3或高压下操作气、液相密度差相对较小时，τ应大于6～7s；对不起泡物系，在少数液气比很高的场合，至少应保证τ大于3s。

⑶降液管中清液层高度应满足：Hd＜（塔板间距＋出口堰高）×Φ。其中：对易起泡物系取Φ＝0.3～0.4，一般物系取Φ＝0.5，不起泡物系取Φ＝0.6～0.7。

3.2.6 堰高和降液管底部间隙的选择

出口堰高度（hw）直接影响塔板上液层高度，因而影响塔板压降。一般取hw＝20～50 mm，对高液体负荷或真空操作的塔，为了减少压降，采用较低的出口堰；液体负荷很低（如堰上液层高度how＜6mm或溢流强度＜3m3/m.h）时可采用齿型堰；通常情况下，液体负荷中等或较低时，出口堰不宜过低，以防止塔板上液层高度过低而导致气体走短路或气液接触不良而显著降低效率。

降液管底部间隙影响降液管的持液量和降液管出口液体流速，合理的底部间隙应使降液管清液层高度满足上述3.2.5（3）条，且降

液管出口液体流速应小于0.3m/s，最大不应超过0.4m/s。降液管底部间隙不应小于25mm，以免因制造或安装偏差而导致流动不畅，

易发生降液管液泛。采用平受液盘且不设进口堰时，还应注意降液管底部间隙要满足液封要求。例如，对于液体负荷较低的工况，出口堰应比降液管底部间隙高出12mm以上，以确保能形成良好的液封。现场操作数据表明：当液体负荷较高而降液管出口液体流速大于0.15m/s时，即使降液管底部间隙远大于出口堰高，气相也不可能由降液管短路上窜至上一层塔板，即这时液封一般不存在问题。 3.2.7 雾沫夹带量及液泛率的控制

气液在塔板上接触有三种状态：鼓泡状态、过渡状态和喷溅状态。尽管塔板效率在接近喷溅状态时最高，但同时也存在不稳定因素，要保持稳定操作和良好的效率，雾沫夹带不能超过10%（0.1kg液体/ kg气体）。满足这一要求时，相应按表-3中的液泛率控制。 3.2.8 水力学性能图

通过水力学计算，绘制适宜的操作性能图，用户可根据操作点所处性能图中的位置，直观地分析塔板或填料床层的操作情况以及应采取的相应措施。

对于板式塔，操作性能图通常以空塔动能因子F为纵坐标、溢流强度Lw或液体体积流率L为横坐标绘制；对于填料塔，横坐标采用喷淋密度Г或液体体积流率。

用于表示各种塔板类型的性能曲线有所不同，但主要包括： ⑴气相负荷下限线。如泡罩塔板的气相脉动线；浮阀塔板的下限 阀孔动能因子线；筛孔塔板的30%漏液线等等。

⑵漏液线。如泡罩塔板的1%漏液线；筛孔塔板的10%或30%漏液

线；其它塔板的10%漏液线等等。

⑶液体负荷下限线。对于有降液管的塔板，根据出口堰上液层高度为下限how = 6mm来绘制，液体负荷低于此下限时，不能保证塔板上的液体均布。

⑷液体负荷上限线（又称降液管超负荷线）。对于有降液管的塔板，根据不同起泡因子物系所允许的最短降液管停留时间（见3.2.5节）来绘制。液体负荷超过此上限时，不能保证降液管内良好的气、液分离效果。

⑸降液管液泛线（又称淹塔线）。对于有降液管的塔板，根据不同起泡因子物系及工况条件下所允许降液管内液层高度的最大值（见式2-1或3.2.5节）来绘制。降液管内液层高度超过此上限时，容易发生降液管液泛而造成淹塔。

⑹雾沫夹带线（或喷射液泛线）。根据雾沫夹带分率为e = 0.1（kg液/kg气）或10%来绘制。雾沫夹带超过此上限时，塔板效率会严重下降。

⑺体系极限液泛线。根据体系极限液泛模型来绘制。它是只与塔内物料性质、液体负荷及基于塔自由截面的气速等有关而与塔板型式或填料种类无关的一种体系极限处理能力。一旦气液负荷超过此极限，不论采用何种型式的塔内件都无法避免液泛。一般对于真空操作或低比表面、高通量的填料塔，应检验体系极限液泛限制。

⑻操作线。原点与操作点O之间的连线。其中操作点坐标代表气液相处理能力设计点或实际值。

此外，对于筛孔塔板，还有给定漏液分率的漏液线；对于固舌塔板还有吹气线（L太低，不足以对舌孔形成良好的液封）；多降液管塔板悬空降液管的自液封线，等等。

对于散堆填料塔，性能曲线主要包括：体系极限液泛线、恒液体流率液泛线、恒气液比液泛线、恒液体流率负荷线、、恒气液比负荷线，等等。对于规整填料塔，通常以空塔动能因子F为横坐标、分别以每米填料床层压降△P、填料等板高度HETP或每米填料理论板数NTSM为纵坐标，并以喷淋密度Г为参数作出列线图形式的操作性能图，操作点不应处于F略微增加而△P或HETP急剧增大的不稳定区。

3.3 各种塔板的特点及设计注意事项 3.3.1 泡罩塔板

泡罩塔板是气液传质设备应用最早的塔板型式之一，具有塔板效率较高、操作弹性大、在操作负荷变动范围较大时仍能保持较高的塔板效率、不漏液、不易堵塞，适用于多种介质，具有操作稳定可靠的特点，处理能力比浮阀低约20-40%。缺点是结构复杂，造价较高，安装维修麻烦。泡罩塔板目前已用处不多，在一些分布板上仍采用泡罩塔板。

泡罩塔板设计注意事项：

⑴由于泡罩的压降较大，建议不要用于真空或减压操作的塔上。 ⑵泡罩塔板操作弹性较大，不漏液，液气比适应范围大，因此在 很低的液气比下，当用其他塔板漏液比较严重而用填料又润湿不好时，可以考虑选用泡罩塔板；特别当液体负荷很低且需要在塔板上

安装加热或冷却盘管时，选用泡罩塔板较可靠。

⑶选择泡罩直径应考虑塔径的大小 (如D=0.8-1.2m，选DN=80mm； D=1.2-3.0m，选DN=100mm；D>3.0m，选DN=150mm)，小泡罩效率高，但安装麻烦；泡罩中心距一般为泡罩直径的1.25-1.5倍；设计时还应注意塔板上可排列的最大泡罩数等结构参数。

⑷当气体负荷较低时，选用三角形齿缝较好；当气体负荷较高时，选用长方形或梯形的齿缝较好；当气体负荷极低，按泡罩塔设计泡罩数太少而不利于气相均布和保证分离效率时，因考虑增加气相分布点数而选用其它形式的塔型，如采用填料塔或高性能微型浮阀塔板。

⑸泡罩底隙尽可能取小一些，以保证效率，底隙大小与压降的要求、介质的清洁程度及有无固体沉积有关，建议对清液(如挥发油、酒精等)为5-10mm，对一般液体(如原油)为10-19mm，对脏液(有沉淀物)为35mm。

⑹泡罩相对于其它传质元件而言尺寸较大，塔板出口堰不宜过低，以防止气体走短路或气液接触不良；低液体负荷（如堰上液层高度how＜6mm或溢流强度＜3m3/m.h）时可采用齿型出口堰。

⑺泡罩与溢流堰的距离影响塔板效率和操作的稳定性，一般不应小于75mm；对小塔不小于40mm；泡罩与塔壁的距离最小为40mm，距离超过100mm时应考虑安装液体分布挡板，以避免液体短路。 3.3.2 浮阀塔板

浮阀塔板是目前石油和化工中应用最为广泛的塔板型式之一，可用于加压、常压、减压下的精馏、吸收稳定、脱吸等各种传质过程中。

其结构特点是在有降液管的塔板上开有多个孔，孔上安装浮阀，上升气流经过浮阀与横流过塔板的液相错流接触，进行传质。浮阀塔板有以下特点：

⑴处理能力比筛孔、喷射型塔板（如舌形、斜孔）小些，比圆泡罩塔板大20-40% 。

⑵操作弹性比泡罩、筛孔、舌形塔板大，在比较宽的气体负荷范围内气液接触状态良好，能保持良好稳定的效率。

⑶雾沫夹带量比泡罩小，比筛孔略大。

⑷压降比泡罩塔板小，比筛孔大，塔板上液面梯度小。 ⑸结构较泡罩简单，安装简便。

常用的浮阀有F1（V-1）、V-4及轻、重十字架四种阀体型式： F1浮阀（V-1浮阀）：孔径39mm，结构见JB/T1118。分轻阀和重阀两种，轻阀25g，用于要求塔板压降较低的系统；重阀33g，用于塔内气液负荷变化较大，而且产品质量要求较高的系统。F1浮阀可用304、316、410等不锈钢制作，对腐蚀较轻的体系也可以用碳钢。 V-4浮阀：孔径39mm，阀孔向下弯曲成文丘里型，约26g。阀腿比F1浮阀略长。V-4浮阀适用于要求塔板压降较低的系统，如减压塔。 十字架型浮阀：分重阀和轻阀两种，分别是30-32g和22-24g，孔径37mm，它除了有拱形阀片外，还有控制阀片开度的支架。十字架型浮阀适用于易结晶或易聚合的系统。 浮阀塔板设计注意事项：

⑴选择合适的开孔率和阀孔动能因子(Fo)

设计中一般希望将浮阀刚好全开作为操作点，相应的Fo为8.5～9.5，这样设计的浮阀塔板操作弹性大、塔板效率高。浮阀塔板正常操作范围大致为：新设计时，Fo=8～12；旧塔改造时，Fo上限为13～17。其操作上限受允许压降、降液管液泛、雾沫夹带及体系极限液泛等的限制；下限受漏液的限制。一般当Fo＜5～6时，将出现显著的漏液而影响效率。当沿塔高气液相负荷及气相密度等变化较大时，应考虑分段采用不同的开孔率，以避免部分塔板压降过大而另一部分塔板则出现漏液的不合理现象。

⑵允许最小阀间距和最大开孔率

塔截面最大开孔率受允许最小阀间距和降液管所占面积的限制，

一般在15～17.5%之间。对于普通浮阀塔板，阀间距一般不应小于60mm，否则，阀间气流相互影响，气液接触效果差，塔板效率下降。条形浮阀、导向浮阀和高性能微型浮阀塔板允许开出比普通浮阀塔板更高的开孔率，有利于控制塔板压降，因此，在装置的扩产改造中得到了较广泛的应用。

⑶适应多种工况的浮阀塔板设计

当要求浮阀塔板必须同时满足差别较大的两种工况时，可考虑采用轻阀和重阀组合型式的浮阀塔板设计。轻阀和重阀的数量比例可按低气相负荷工况时轻阀刚好全开而重阀关闭来进行设计。

⑷普通F1（V-1）、V-4型浮阀塔板不适合于易结焦、易聚合或易 形成固态或半固态团块状物质（如胶团、黄油等）的场合，因这些工况会导致浮阀与塔盘板粘连、开启失灵，影响正常操作。

3.3.3 筛孔塔板

筛孔塔板是最早应用于工业装置上的塔板型式之一，具有处理能力大，压降低，正常操作时具有较高的塔板效率。筛孔塔板结构简单，易于制造、安装、维修等特点，并且价格比浮阀塔板便宜40%左右。由于没有专利限制，国外对筛孔塔板的研究非常深入、细致，因而在石油和化工中得到了广泛的应用与重视。

尽管筛孔塔板操作弹性比浮阀小，但在一定范围内，筛孔塔板具有较高的效率，在接近操作上限时，效率甚至比浮阀还高。多年来，人们总以筛孔塔板操作弹性小、易漏液为理由，拒绝采用。据美国精馏研究公司(FRI)的研究表明，适当的漏液对塔板效率影响不大，漏液状态下仍具有一定的效率。如果操作弹性不是最主要的考虑因素，可以考虑选用筛孔塔板。 筛孔塔板设计注意事项：

⑴筛孔孔径的选择。

以往认为在相同负荷和开孔率下小筛孔漏液量小、操作弹性大，建议选择3～10mm直径的筛孔。但FRI认为，选择大筛孔并不容易漏液。由于气体流过小筛孔时，筛孔和塔板厚度相当，为通道流动，气液接触不如选择大筛孔。气体通过大筛孔的流动类似文丘里式的流动，气液接触良好。由于塔板上有一定的液面梯度，选择小筛孔会造成部分区域漏液，部分区域有喷射现象，对塔板水平度要求更高。另

外小筛孔易于堵塞、制造费用高。1/2英寸（12.7mm）孔径已成为国外目前常用的筛孔尺寸。

⑵孔距的选择

孔距一般为筛孔的2.5～5.0倍。孔距小，开孔率大，处理能力

大，但通过筛孔的气流相互干扰较大，塔板效率低。孔距过大开孔率低，气液接触面减小，不利于传质，也容易漏液。选择适当的孔距，使开孔率为8%左右会获得较佳的效率。

⑶选择合适的开孔率和孔动能因子(Fo)

设计中一般先计算漏液空塔气速Uow，并取空塔气速Uo为Uow的1.33～2倍作为操作点。筛孔塔板正常操作范围大致为：新设计时，Fo=15～20；旧塔改造时，Fo上限为20～25。其操作上限受允许压降、降液管液泛、喷射液泛或雾沫夹带及体系极限液泛等的限制；下限受漏液的限制，并根据具体工况以漏液10～30%的漏液线作为孔速的下限。漏液在10%以内时，塔板效率不会有显著的的下降。根据所允许的Fo上、下限，结合操作弹性要求，确定适宜的开孔率。当沿塔高气液相负荷及气相密度等变化较大时，应考虑分段采用不同的开孔率，以避免部分塔板压降过大而另一部分塔板则出现漏液的不合理现象。

⑷塔板水平度要求

筛孔塔板对塔板水平度的要求比浮阀高。 3.3.4 穿流塔板

穿流塔板(Dualflow Tray)是无降液管的开孔塔板，又称双流塔 板。其板上开孔具有双重作用，即汽液两相由板上开孔逆流通过。这种塔板结构简单、造价低，其塔板效率低于其它类型的塔板，主要用

于比较脏、易聚合的物料和分离精度要求不太高的塔段。在除尘、中和、洗涤、热水饱和、气液相直接传热等方面使用广泛。主要缺点是操作弹性范围小、易于喘振，在负荷较小时，效率有迅速下降的趋势。 穿流塔板上的开孔一般选20-25mm的大筛孔。美国精FRI研究表明，长方形的开孔与圆孔区别不大，建议用圆孔。 穿流塔板设计注意事项：

⑴塔板水平度的要求高

研究表明塔板水平度对气液相在塔板上的流动状态和压降影响不大，而对塔板效率的影响很大。

⑵选择合适的开孔率

由于气液相以逆流方式通过塔板上的开孔，因此要求采用大筛孔和高开孔率，建议开孔率取20%-25%。

⑶注意重沸器的负荷

操作时控制气体负荷，避免喘振的发生。 3.3.5 固舌塔板

固舌塔板是一种定向喷射型塔板，舌孔方向与液流方向一致，气液并流喷出，强化气液间的扰动和增加相间接触，提高传质效率。舌片开启角度有18度、20度、25度。对50mm的舌片，舌孔面积为0.00223m2/个（舌孔面积指塔板上舌孔开孔的正投影面积），对20度张角最大喷射高度约450mm。固舌塔板处理量大，压降低、液层低， 溢流强度操作弹性相对较小，效率略低于泡罩塔板，适用于易聚合、易粘结、带有结晶或固体颗粒的物料，不易堵塞。用于部分炼油装置

中，作换热塔板。固舌塔板不适用低气速操作，不宜用于小塔中，以免边壁效应过大。 固舌塔板设计注意事项：

⑴塔板压降

常压下正常操作干板压降应在50-150mm液柱，过高的塔板压降会导致严重的雾沫夹带；压降过低，会发生漏液。对减压塔，干板压降应在40mm液柱左右，以控制较低的全塔压降，干板压降不应低于20mm液柱，以免发生严重的泄漏。

⑵降液管设计

直降液管内的流速应不大于0.09m/s，斜降液管出口流速不大于0.18m/s。其它要求可参见前面3.2节相应部分。

⑶进出口堰

一般不设进口堰和出口堰。当液体流量较小时，可加25mm的出口堰。

⑷舌孔的布置

舌孔按三角形布置，排与液流方向垂直，至少4排。第一排距受液盘边不小于70mm，最后一排距降液管不小于180mm。

⑸堵孔

当气速太小时，需要堵孔，但不能破坏三角形排列。可以每隔两排、四排、六排、八排堵一排。入口端少堵，出口端多堵。 3.3.6 浮舌塔板

浮舌塔板是结合了浮阀、浮动喷射及固定舌形塔板的特点而提出

的，属于定向喷射型。处理能力大、压降小，舌片同时可以浮动，因此塔板的漏液量及雾沫夹带量小，操作弹性比固舌塔板大，塔板效率较高，主要用于提高生产负荷。但舌片易磨损。

浮舌舌片厚度为1.5mm，重20g，板面开孔面积为10.1cm2，舌片张角为20度时环隙通道面积为5.31cm2。浮舌呈三角形排列，舌片与液流方向一致。

正常操作状态希望舌片在刚全开时操作，此时压降小，塔板效率高，泄漏量小。舌缝全开时动能因子为15。在低气速下，会发生漏液现象，漏液应控制在5%以内。 管型式。 3.3.7 网孔塔板

网孔塔板是一种喷射型塔板，具有处理能力大、压降低、塔板效率较高，适用于大型化等优点。主要应用于操作压力低，特别是高真空的减压塔中，效果良好。

网孔塔板可设计成单溢流、双溢流、三溢流和四溢流等型式，并可根据液相负荷选择直降液管或斜降液管型式，该种塔板不适用于小直径塔。 3.3.8斜孔塔板

斜孔塔板是浮动喷射塔板，它的处理能力较浮阀、筛板大，具有塔板效率较高、压降低、操作弹性大、结构简单等优点，已在炼油工 业中得到了应用。

设计选用时可根据已知设计条件进行斜孔塔板设计与核算，设计

功能可确定开孔率、降液管面积及塔径、板间距等结构参数。流体力学计算包括气相压降、液层阻力、漏液点气速、雾沫夹带量、降液管中清液高度等，同时将负荷性能图输出，表示出塔板的气液操作状态。 斜孔塔板可设计成单溢流、双溢流、三溢流和四溢流等四种溢流型式，降液管有垂直和倾斜两种型式可供选择。

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