浮阀塔、泡罩塔、筛板塔优缺点及结构原理要点(2)

易产生空穴和架桥，所以气液分散性能好。球形填料一般只适用于某些特定的场合，工程上应用较少。

除上述几种较典型的散装填料外，近年来不断有构型独特的新型填料开发出来，如共轭环填料、海尔环填料、纳特环填料等。工业上常用的散装填料的特性数据可查有关手册。

2．规整填料

规整填料是按一定的几何构形排列，整齐堆砌的填料。规整填料种类很多，根据其几何结构可分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料等。

（1）格栅填料是以条状单元体经一定规则组合而成的，具有多种结构形式。工业上应用最早的格栅填料为木格栅填料。目前应用较为普遍的有格里奇格栅填料、网孔格栅填料、蜂窝格栅填料等，其中以格里奇格栅填料最具代表性。

格栅填料的比表面积较低，主要用于要求压降小、负荷大及防堵等场合。 （2）波纹填料目前工业上应用的规整填料绝大部分为波纹填料，它是由许多波纹薄板组成的圆盘状填料，波纹与塔轴的倾角有30°和45°两种，组装时相邻两波纹板反向靠叠。各盘填料垂直装于塔内，相邻的两盘填料间交错90°排列。

波纹填料按结构可分为网波纹填料和板波纹填料两大类，其材质又有金属、塑料和陶瓷等之分。

金属丝网波纹填料是网波纹填料的主要形式，它是由金属丝网制成的。金属丝网波纹填料的压降低，分离效率很高，特别适用于精密精馏及真空精馏装置，为难分离物系、热敏性物系的精馏提供了有效的手段。尽管其造价高，但因其性能优良仍得到了广泛的应用。

金属板波纹填料是板波纹填料的一种主要形式。该填料的波纹板片上冲压有许多f5mm左右的小孔，可起到粗分配板片上的液体、加强横向混合的作用。波纹板片上轧成细小沟纹，可起到细分配板片上的液体、增强表面润湿性能的作用。金属孔板波纹填料强度高，耐腐蚀性强，特别适用于大直径塔及气液负荷较大的场合。

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金属压延孔板波纹填料是另一种有代表性的板波纹填料。它与金属孔板波纹填料的主要区别在于板片表面不是冲压孔，而是刺孔，用辗轧方式在板片上辗出很密的孔径为0.4～0.5mm小刺孔。其分离能力类似于网波纹填料，但抗堵能力比网波纹填料强，并且价格便宜，应用较为广泛。

波纹填料的优点是结构紧凑，阻力小，传质效率高，处理能力大，比表面积大（常用的有125、150、250、350、500、700等几种）。波纹填料的缺点是不适于处理粘度大、易聚合或有悬浮物的物料，且装卸、清理困难，造价高。

（3）脉冲填料是由带缩颈的中空棱柱形个体，按一定方式拼装而成的一种规整填料。脉冲填料组装后，会形成带缩颈的多孔棱形通道，其纵面流道交替收缩和扩大，气液两相通过时产生强烈的湍动。在缩颈段，气速最高，湍动剧烈，从而强化传质。在扩大段，气速减到最小，实现两相的分离。流道收缩、扩大的交替重复，实现了“脉冲”传质过程。

脉冲填料的特点是处理量大，压降小，是真空精馏的理想填料。因其优良的液体分布性能使放大效应减少，故特别适用于大塔径的场合。

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（1） 塔内气、液两相异常流动

a. 液泛 Z9 v' w+ E# ?1 I% \\' w

气、液两相在塔内总体上呈逆行流动，并在塔板上维持适宜的液层高度，气、液两相适宜接触状态，进行接触传质。如果由于某种原因，使得气、液两相流动不畅，使板上液层迅速积累，以致充满整个空间，破坏塔的正常操作，称此现象为液泛，如图6.9.2所示。根据液泛发生原因不同，可分为两种不同性质的液泛。 ·过量雾沫夹带液泛) h H8 U1 e6 V3 g

雾沫夹带造成返混，降低塔板效率。少量夹带不可避免，只有过量的夹带才能引起严重后果。液沫夹带有两种原因引起，其一是气相在液层中鼓泡，气泡破裂，将雾沫弹溅至上一层塔板。可见，增加板间距可减少夹带量。另一种原因是气相运动是喷射状，将液体分散并可携带一部分液沫流动，此时增加板间距不会奏效。随气速增大，使塔板阻力增大，上层塔板上液层增厚，塔板液流不畅，液层迅速积累，以致充满整个空间，即液泛。由此原因诱发的液泛为液沫夹带液泛。开始发生液泛时的气速称之为液泛气速 。

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图 6.9.2 塔板液泛 图 6.9.3 塔板漏液

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·降液管液泛

当塔内气、液两相流量较大，导致降液管内阻力及塔板阻力增大时，均会引起降液管液层升高，。当降液管内液层高度难以维持塔板上液相畅通时，降液管内液层迅速上升，以致达到上一层塔板，逐渐充满塔板空间，即发生液泛。并称之为降液管内液泛。两种液泛互相影响和关相。其最终现象相同。8 A3 p1 A\ b. 严重漏液

板式塔少量漏液不可避免，当气速进一步降低时，漏液量增大，导致塔板上难以维持正常操作所需的液面，无法操作。此漏液为严重漏液，如图6.9.3所示，称相应的孔流气速为漏液点气速 。

（2）塔板上气、液流动状态7 c. I\

从筛板和浮阀塔板的生产实践发现，从严重漏液到液泛整个范围内存在有五种接触状

态，即：鼓泡状态、蜂窝状态、泡沫状态、喷射状态及乳化状态。

由于低气速下产生的不连续鼓泡群传质面积小，比较平静，而靠小径塔壁稳定的蜂窝状，其泡沫层湍动较差，不利于传质。而高速液流剪切作用下使气相形成小气泡均匀分布在液体中，形成均匀两相流体，即乳化态流体，不利于两相的分离，此状态在高压高液流量时易出现。故这三种不是传质的适宜状态，工业生产中一般希望呈现泡沫态和喷射态两种状态。5 X5 R0 @& T\

a 泡沫状态+ q/ p* c: ]) g! q7 }, ^

随气速的增大，接触状态由鼓泡、蜂窝状两状态逐渐转变为泡沫状，如图6.9.4（a）所示。由于孔口处鼓泡剧烈，各种尺寸的气泡连串迅速上升，将液相拉成液膜展开在气相内，因泡沫剧烈运动，使泡沫不断破裂和生成，以及产生液滴群，泡沫为传质创造了良好条件。

是工业上重要的接触状态之一。

（a）泡沫状 （b）喷射状5 Z\

图 6.9.4 气液接触状态

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b.喷射状态/ h- y& o1 L$ v0 ?7 q) V\

当液相流量较小而进一步提高气速时，则泡沫状将逐渐转变为喷射状。从筛孔或阀孔中吹出的高速气流将液相分散高度湍动的液滴群，液相由连续相转变为分散相，两相间传质面为液滴群表面。由于液体横向流经塔板时将多次分散和凝聚，表面不断更新，为传质创造了良好的条件，是工业塔板上另一重要的气、液接触状态。

为此，在设计和操作中，尽可能保证一良好接触状态，是非常重要的。

（2）浮阀塔板9 S9 J6 q2 T3 U- A* I5 q m

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，如图6.9.6所示。\

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，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。

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F-1型 V-4型 * }9 ` f: o3 [

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A型 十字架型

方形浮阀) z. O# _& j+ t 图 6.9.6 浮阀塔板

浮阀塔

valve tower；float valve tower 一种板式塔，用于气液传质过程中。

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浮阀的阀片可以浮动，随着气体负荷的变化而调节其开启度，因此，浮阀塔的操作弹性大，特别是在低负荷时，仍能保持正常操作。

浮阀塔由于气液接触状态良好，雾沫夹带量小(因气体水平吹出之故)，塔板效率较高，生产能力较大。

塔结构简单，制造费用便宜，并能适应常用的物料状况，是化工、炼油行业中使用最广泛的塔型之一。

在分离稳定同位素时采用在克服泡罩塔缺陷的基础上发展起鼓泡式接触装置。 浮阀塔有活动泡罩、圆盘浮阀、重盘浮阀和条形浮阀四种形式。

浮阀主要有V型和T型两种，特点是：生产能力比泡罩塔约大20％～40％；气体两个极限负荷比为5～6，操作弹性大；板效率比泡罩塔高10％～15％；雾沫夹带少，液面梯度小；结构难于泡罩塔与筛板塔之间；对物料的适应性较好等，通量大、放大效应小，常用于初浓段的重水生产过程。

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浮阀塔的最大特点是操作弹性大，兼有泡罩塔和多孔板塔的优点，这是因为浮阀板上的浮阀可因上升气量变化而改变浮阀开启度，自动地调节气流通道，保持气体吹入液层时; d3 g& T4 ^7 ]6 _

形成良好的泡沫状态。因而浮阀塔能在相当广泛的气相负荷范围内稳定操作。实验表明，浮阀塔的操作弹性系数可大7～9，比泡罩塔(4～5)要大。浮阀的浮动增大了操作弹性，这是优点；可动浮阀产生磨损，也是一个要考虑的问题。# Z. |4 |/ j. a 1.碳素结构钢# i- B; B7 d7 ]

①由Q+数字+质量等级符号+脱氧方法符号组成。它的钢号冠以“Q”，代表钢材的屈服点，后面的数字表示屈服点数值，单位是MPa例如Q235表示屈服点（σs）为235 MPa的碳素结构钢。

②必要时钢号后面可标出表示质量等级和脱氧方法的符号。质量等级符号分别为A、B、C、D。脱氧方法符号：F表示沸腾钢；b表示半镇静钢：Z表示镇静钢；TZ表示特殊镇静钢，镇静钢可不标符号，即Z和TZ都可不标。例如Q235-AF表示A级沸腾钢。- i+ l; K1 E. w0 x+ C7 X ③专门用途的碳素钢，例如桥梁钢、船用钢等，基本上采用碳素结构钢的表示方法，但在钢号最后附加表示用途的字母。 2.优质碳素结构钢6 }8 m1 P* `3 f& |

①钢号开头的两位数字表示钢的碳含量，以平均碳含量的万分之几表示，例如平均碳含量为0.45%的钢，钢号为“45”，它不是顺序号，所以不能读成45号钢。 ②锰含量较高的优质碳素结构钢，应将锰元素标出，例如50Mn。 ③沸腾钢、半镇静钢及专门用途的优质碳素结构钢应在钢号最后特别标出，例如平均碳含量为0.1%的半镇静钢，其钢号为10b。

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