石化装备

填料及内件

1. 填料

1.1散堆填料

1. 1.1金属散堆填料

(1)金属拉西环:一种高度与外径相等的环状填料。

(2)金属鲍尔环:一种高度与外径相等,且环壁上开有两排带有内伸舌叶的环状金属填料。

(3)金属阶梯环:一种高径比为1:2,一边带有锥形翻边,且环内开有一排带有内伸舌叶的环状金属填料。

(4)金属矩鞍环:将环形和鞍型两类填料的特点综合成为一体,使它既有环形填料通量大的特点,又有鞍型填料液体分布性能好的特点,而且填料强度和刚性较好,是目前应用较广的一种散装填料。

(5)金属扁环:其高径比为0.2-0.4,取消了阶梯环的翻边,采用内弯弧形筋片来提高填料强度。适用于脱硫、反萃、木酚萃取,含酚废水处理、润滑油糠醛精制,环丁砜芳烃抽提,裂介气洗涤塔,重芳烃抽提,丙酮回收塔,汽油脱硫醇和减压塔等。

(6)金属共轭环:在鞍形填料的基础上有一些改进,在环形通道侧边增加一些舌形叶片,并采用共轭曲线肋片结构。尤其适用于真空条件下的蒸馏塔容器,不仅能耐高温,在低温环境中也能够正常的使用。 

(7)θ环:又称狄克松(Dixon)填料,是一种小颗粒高效填料,用金属丝网制成,填料的直径与高度相等。主要用于实验室及小批量、高纯度产品的分离过程以及同位素等的研制。

(8)金属八內四弧环:也称麦勒环填料,八弧圈与四弧圈顺轴向交替布置,具有环壁开敞面积大,通量大、阻力小和传质效率高等特点。

1.1.2 塑料散堆填料

(1)塑料拉西环:填料环的外径与高度相等,但存在液体分布不均匀和严重的壁流现象。

(2)塑料鲍尔环:一种高度与外径相等,且环壁上开有两排带有内伸舌叶的环状塑料填料,具有低压降,通量大,效率高的特点。

(3)塑料阶梯环:一种高径比为1:2,一边带有锥形翻边,且环内为米字形内筋的环状塑料填料。

(4)塑料矩鞍环:一种类似于马鞍形状的环鞍形填料,具有空隙率大,压降低,通量大,分离效率高,操作弹性大,抗污性好等特点。

(5)塑料扁环:可应用于润滑油糠醛精制、液化气(LPG)脱H2S、木酚、含酚废水处理等。

(6)塑料共轭环:在塔中堆放时不会出现重叠的现象,且堆放起来比较均匀,相邻的填料接触点较多,这样使得空隙变少,因此压降较小。

(7)塑料海尔环:也叫皇冠型拉西环,是用塑料注塑成型的一种新型开孔填料。具有通量大、压降低、耐腐蚀、抗撞击性能好、填料间不会嵌套、壁流效应小和气液分布均匀等优点。适用于气体吸收、洗涤、冷却、化肥生产及气体净化等过程。

(8)泰勒花环:泰勒花环填料也称梅花环填料,是由许多圆环结绕而成。其主体材料以塑料居多,具有空隙率大,压降和传质单元高度低,泛点高,汽液接触充分,比重小,传质效率高等特点。适用于占地面积较小的塔式小型生物膜法处理装置。

(9)球形填料(星球环):由PP、PE、CPVC或PVDF制成的两个半球合成一个球,比其它球形填料通气量大,适用于工厂废气处理。

1.1.3 陶瓷散堆填料

(1)陶瓷拉西环:一种高度与外径相等的环状填料,其壁厚较金属拉西环更厚一些。

(2)陶瓷鲍尔环:一种高度与外径相等,且环壁上开有一排或两排带有内伸舌叶的环状陶瓷填料,其壁厚较金属鲍尔环更厚一些。

(3)陶瓷阶梯环:一种高径比为1:2,一边带有锥形翻边,且环内为十字形内筋的环状陶瓷填料。

(4)陶瓷鞍环:具有较大的空隙率,有利于液体分布并增加气体通道,能耐除氢氟酸以外的各种无机酸、有机酸及有机溶剂腐蚀。

(5)陶瓷扁环:具有优异的耐酸耐热性能,能耐除氢氟酸以外的各种无机酸,有机酸及有机溶剂的腐蚀。适用于各种高,低温及强腐蚀性的场合,可用于化工,冶金,煤气,制氧等行业的干燥塔,吸收塔,冷却塔,洗涤塔,再生塔等。 

(6)陶瓷共轭环:表面积大,阻力小且耐腐蚀(除氢氟酸以外),适用于环保、冶金、化工行业、煤气及制氧等行业。

(7)惰性瓷球:一种化学性质和物理性质都较稳定的填料,根据它的铝含量可以分为普通瓷球、中铝瓷球、高铝瓷球等。在反应容器中可以当做单独的催化填料使用,也可以放在其他的填料下面起一个支撑作用。

1.2 规整填料

1.2.1 金属规整填料

(1)孔板波纹填料:一种在金属波纹板表面开孔,然后组装而成的规整填料,具有阻力小,气液分布均匀,效率高,通量大、放大效应不明显等特点,应用于负压、常压和加压操作。

(2)金属丝网波纹填料:由压成波纹的丝网片排列而成,波纹片倾角为30°或45°,相邻两波纹片方向相反,具有高效、压降低和通量大的优点。产品类型主要有BX和CY型,常用于难分离和热敏性物系的真空精馏, 常压精馏和吸收过程。

(3)金属板波纹填料:一种将金属薄带拉制成特定规格的菱形网板,省去了拉丝编网的复杂工序,仍能保持丝网波纹填料的优良分离性能。

(4)金属刺孔板波纹填料:一种由斜金属薄板先碾压出高密度的小刺孔(孔径为0.4~0.5mm),再压成波纹板片组装而成的规整填料。由于表面特殊等刺孔结构,提高了填料等润滑性能,并能保持金属丝网波纹填料等性能。


1.2.2 塑料规整填料

(1)塑料蜂窝斜管:该产品主要用于给水净化,生活污水的除砂和加速沉淀,隔油分离以及尾矿浓缩等工程,是优良的净水填料。

(2)塑料蜂窝直管:该产品主要用于接触氧化池,生物滤塔及生物转盘中的微生物载体,对工业有机废水或城镇生活污水进行生化处理,还可以作为化工塔的填充料,冷却塔填料等。

(3)塑料波纹填料:具有重量轻、通量大、压降低、比表面积高、易更换等优点,可广泛应用于吸收和解吸过程,废气净化及换热过程,以及大液体负荷和高操作压力的过程。

1.2.3 陶瓷规整填料

(1)陶瓷波纹填料:陶瓷波纹填料与散堆填料相比具有比表面积大,通量大,阻力小,耐腐蚀,耐高温(可达1000℃以上),持液量小,放大效应不明显,操作弹性大等优点。

(2)陶瓷蜂窝填料:一种结构似蜂窝形状的新型陶瓷产品,具有高强度、耐高温、耐腐蚀、耐磨等性能,可广泛应用于各种环保领域。

1.2.4 碳纤维填料

    碳纤维填料是一种新式填料,具有优良的自润滑功能,耐高温、低温和化学品腐蚀,并且作为紧缩填料的弹性和柔软性也极为杰出,其缺陷仅在于有浸透走漏,但浸渍聚四氟乙烯或其他粘接剂之后可以避免。


2. 填料塔内件

2.1 槽式液体分布器(重力型液体分布器)

(1)单级槽式液体分布器

单级槽式液体分布器也称通槽式分布器,其结构紧凑,槽与槽之间相互连通,能保持所有槽处于同一水平液面,从而易于达到液体分布均匀。常用于塔径小于1m的塔中。

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(2)二级槽式液体分布器

二级槽式液体分布器由主槽(一级槽)和分槽(二级槽)组成,主槽置于分槽之上。来流液体直接进入一级槽中,再按比例分配到各个二级槽中。

特点:结构简单,易于从人空中入塔进行组装;升气通道均匀,自由截面积大。缺点:占有塔的空间比较大,且各个二级槽液位不易达到完全一致。

适用场合:一般多用于塔径大于1m的塔中。

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2.2 液体收集器

(1)遮板式液体收集器

遮板式液体收集器是一种常见的塔内液体收集装置,收集液体的同时可以液相采出。一般置于填料层下面,能将液体全部收集。收集器上缘用法兰固定在筒体法兰之间,上层填料下来的液体落在遮板上再流入集液板下面的导液槽中。塔径较大时,周边还要设置环形集液槽。

特点:液体收集完全,同时气相阻力很小。缺点:a.集液板单项排列,斜板将气相导向塔壁,气体分布不均。b.环形集液槽占用较大塔截面,导致局部阻力较大,增大了全塔压降。

使用场合:一般适用于法兰连接的小直径塔中,在多段填料塔节中使用时,需要与槽式液体分布器配合使用。 

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(2)分体式液体收集器

分体式液体收集器包括单流式和双流式,其遮液板通过连接板固定于焊接在塔体的环槽上,为了方便从人孔出入,遮液板三片制成一体,进塔后再组装。对于塔径大于2.5m或者大液量的塔,可制成双流式结构。

a单流式液体收集器                   b双流式液体收集器

(3)升气管式液体收集器

升气管式液体收集器的结构类似于槽盘式气液分布器,升气管上端设有一挡液板,防止液体从升气管落下。对于全部液体出料的收集器不安排布液孔,对于部分出料的收集器仍需要安排布液孔。

特点:与遮板式液体收集器相比较,其阻力较大,但气体分布的均匀性更好。

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2.3 液体收集再分布器

(1)斜板式液体收集再分布器

斜板式液体收集再分布器是将槽式液体分布器与液体收集器相结合为一体,除了具有槽式液体分布器的优点外,在用于液体收集再分布时,还可以节省塔内空间,非常适用于小直径塔器。

特点:a.占位低。通常由槽式液体分布器和遮板式液体收集器组合成的液体收集再分布器,占位高度约为1.2-1.6m,而斜板式液体收集再分布器的占位高度最低为0.5m,很大程度上降低了塔体总高度;b.自由截面积大且气相阻力较小;c.安装方便,造价较低;d.可实现液体线性分布,对要求分布点数多的场合尤为适用。

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(2)组合式液体收集再分布器

将集液器与常规的液体分布器组合起来即构成组合式液体收集再分布器,如遮板式液体分布器与槽式液体分布器的组合,可用于规整填料塔或散堆填料塔中。组合后占位较高,塔的整体高度也有所增加。

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2.4 盘式液体分布器

(1)盘式孔流型液体分布器

盘式孔流型液体分布器是在底盘上开设布液孔与升气管,气体从升气管上升,而液体从小孔中流下。底盘固定在塔壁上,固定方法与塔盘相同。根据所用填料类型及被分离物系的要求,布液孔数及排列要适当。升气管截面为圆形或矩形,其高度在200mm以下,由物系与操作弹性而定。在安装位置上,盘式液体分布器要求有足够的气体释放空间,一般要求设置在距填料上表面150mm-30mm处。

特点:盘式孔流型液体分布器与槽式液体分布器相比,其液面较低占用空间小,且布液孔处于同一液面高度,故液体分布比较均匀。缺点是用作液体再分布器时,布液孔的布置没有槽式分布器灵活,而且液面不能过高,否则会造成漏液,故布液孔一般开在底板上。

适用场合:用于直径小于1m的塔中时,可做成带有边壁的分布器(如图4.1所示);用于直径大于3m的塔中时,可采用Norton公司开发的分布器(如图4.2所示)

图4.1 小直径塔用盘式孔流型液体分布器

图4.2 大直径塔用盘式液体分布器

(2)盘式溢流型液体分布器

盘式溢流型液体分布器是将盘式孔流型液体分布器的布液孔换成溢流管,也可在底盘上均匀的排列升气管,升气管上端开V型槽。带有收集与再分布的两重效果,能有效地再分布液体并能减少有效塔的高度,是与槽式分布器广泛配合使用的二级分布器。

特点:易于拆修和清理,但要保持各个分盘在同一液面并不受液体冲击。

适用场合:适用于规整填料或散堆填料塔中,且适用于中小流量的操作,最大流量可达15m3/(m2·h)。

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2.5 管式液体分布器

2.5.1 重力型管式液体分布器

(1)排管式液体分布器

排管式液体分布器由进液口、液位管、液体分配管及布液管组成,进液口一般呈漏斗形,内置由金属丝网制成的过滤器,来防止固体杂质进入液体分布器。对于塔体分段由法兰连接的小直径塔,排管式液体分布器可做成整体式;对于塔径较大的人孔塔,排管式液体分布器可做成可拆卸结构,以便从人孔入塔组装。

特点:最大优点是塔受风载荷摇动时液体不会溅出,同时液位管中的液位较高(一般不得低于50mm),故安装水平度误差不会对小孔流出的液体有较大影响,因而可达到较高的分布质量。

适用场合:一般适用于中等以下液体负荷及无污染物进入是填料塔中,多用作塔顶回流液体分布器。

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(2)双层排管式液体分布器

双层排管式液体分布器的液体分配管为双层,每层都有一排布液管,液位管为套筒式,内管与下层液体分配管及下层布液管相通,外管与上层液体分配管及上层布液管相通。

特点:操作弹性最大可达1:8。

2.5.2 压力型管式液体分布器

压力型管式液体分布器是靠泵的压头或高液位通过管道与分布器相连,将液体直接送到填料上。根据管的排列方式有a排管式和b环管式两种。

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特点:结构简单,易于安装,占用空间小,适用于带有压力(35-135KPa)的液体进料,其操作弹性为1:3。一般情况下,喷淋密度不大于10m3/(m2·h)。其稳定性较差,容易受泵压头的变化和塔的操作变化的影响,故分布质量较差。

适用场合:常用于填料萃取塔、吸收塔或冷却器中,但精馏塔一般不使用这种分布器(分布质量较差)。不能用于气液两相混合进料。

2.6 喷射式液体分布器

喷射式液体分布器是自压力下通过喷嘴将液体分布在填料上。最早出现的喷射式液体分布器为莲蓬头式喷溅式液体分布器,由于其分布性能差,故不推荐适用。

特点:为了防止雾沫夹带,使用压力不要大于98 KPa;液体喷淋密度最小为15m3/(m2·h),操作弹性可达1:2。

适用场合:常用于冷却塔及炼油装置中,一般精馏塔中不适用该分布器,因为其综合性能较重力型液体分布器差。受安装水平度的影响较小,故常用于大直径的塔中。

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2.7 填料支撑

   填料支撑安装在填料层的底部,其作用是支撑填料及填料层中所载液体,同时还要保证气流能均匀地进入填料层,并使气流的流通面积无明显减少。

 1)散堆填料支撑

 (1)驼峰支撑

驼峰支撑为单体组合结构,是目前最好的散堆填料支撑装置,适用于直径1m以上的大塔,应用较为广泛。驼峰具有长条形侧孔,用钢板冲压成型,适用于规格为25mm以上的散堆填料;对于小于25mm的散堆填料,可在驼峰上加盖一层小尺寸金属钢丝网。驼峰支撑的液体通量可达200 m3/(m2·h),最大压降仅为69Pa。可用碳钢、不锈钢、塑料或陶瓷制成。对于直径超过3m的大塔,中间要加工字钢梁支撑以加强刚度。

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(2)孔管式填料支撑

孔管式填料支撑结构类似于升气管式液体分布器,不同的是把升气管上端的开口堵住,在升气管壁上开长圆孔。适用于用法兰连接的小直径的塔,具有良好的气体均布作用。

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(3)栅板式填料支撑

栅板式填料支撑的结构与规整填料的栅版结构相同,当塔径小于800mm时可采用该结构,其表面铺设一层钢网才防止散堆填料的掉落。

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2)规整填料支撑

规整填料支撑采用栅板结构的支撑装置,由3mm-10mm厚的扁钢制成,放置于焊接在塔壁周边均布的支座上,栅条间距为50mm-100mm。对于直径小于0.8m的法兰塔可制作成整体式结构;对于人孔塔,支撑栅版可制成分块结构,每块栅版以能从人孔装入为准。

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2.8 填料压圈和床层限位圈

填料压紧和限位装置安装在填料层顶部,用于阻止填料的流化和松动,前者为直接压在填料之上的填料压圈或压板,后者为固定于塔壁的填料限位圈。

规整填料一般不会发生流化,但在大塔中,分块组装的填料会移动,因此也必需安装由平行扁钢构造的填料限制圈。

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2.9 收集锥

每隔一定高度的填料层设置一液体再分布装置,以便使液体再一次重新均匀分布。

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2.10 防壁流圈

在填料安装过程中,填料与塔壁之间存在一定的缝隙,为防止产生气液因壁流而短路,需在此间隙加防壁流圈。

防壁流圈可与填料做成一体,也可分开到塔内组装。

小直径整圆盘填料的防壁流圈常与填料做成一体,有时身兼两职,既做防壁流圈,又起捆绑填料的作用;

对于大直径的塔,可采用分块的防壁流圈。


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2.11 除沫器

(1)丝网除沫器

丝网除沫器主要用于填料塔的除雾沫操作中,其工作原理是:除沫器中由于丝网的阻挡作用,气体不断改变运动方向,因而使被夹带的液滴与丝网碰撞而分离。如图所示具有多种结构形式:

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平放式丝网除沫器:如图a、b、c所示,丝网层厚度为100-200mm,优点是结构简单,适用于低气速、低夹带漏液的情况。

导液式丝网除沫器:如图d、e、f、 g、h所示,由于除沫网倾斜或垂直放置,故而对被分离的液体有导流作用,使除沫层中停留少量的液体,因而阻力较小,且不易造成二次雾沫夹带,被收集的液体可以与回流或进料一起导入液体分布器中。其优点是除沫效率高,操作范围广,压力降小;缺点是结构复杂,造价较高。

多通道二级丝网除沫器:如图i所示,除沫通道由隔板分成上下两部分形成二级除沫器,除沫器中设有导液机构,减少液体在丝网中积聚,防止了二次雾沫夹带。其除沫效率高于平放式除沫器,操作弹性为平放式除沫器的2倍,其压降也低于传统的平放式除沫器。

(2)折流板除沫器

折流板由50mm*50mm*3mm的角钢制成,夹带液体的气体通过角钢通道时,由于碰撞及惯性作用来实现雾沫分离,分离下来的液体由导液管与进料一起进入分布器。

特点:可除去50*10-6m以上的液滴,压力降为50-100Pa,结构简单,不易堵塞,但金属耗量较大,造价高。

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(3)旋流板除沫器

旋流板由固定的叶片组成的外向板形如风车状,夹带液滴的气体通过叶片时产生旋转和离心运动,在离心力的作用下将液滴甩至塔壁,实现气液分离。除沫效率可达99%。

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3. 板式塔内件

3.1 筛孔塔盘

筛孔塔盘是很早出现的一种塔盘,20世纪50年代起对筛孔塔进行了大量的工业模拟和研究,指在塔盘上开很多小直径的筛孔,操作时气体以高速通过小孔上升,液体则通过降液管流到下一层塔盘,上升的气体使塔盘上的液层成为强烈湍动的泡沫层。 

优点:(1)结构简单,易于加工,造价约为浮阀塔的80%,约为泡罩塔的60% ;(2)处理量较大,较泡罩塔增大10%-15%;(3)塔盘效率高,较泡罩塔增大15%;(4)压降较低,比泡罩塔约低30%。

缺点:对塔盘的安装水平度要求较高,操作弹性较小,小孔径的筛板容易堵塞。

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3.2 导向筛孔塔盘

导向筛孔塔盘是在筛孔塔盘的基础上增加一些导向孔,可有效改善筛孔塔盘的性能。

优点:(1)液面梯度小,鼓泡均匀;(2)液体反混小,塔板压降低;(3)雾沫夹带小,漏液量小;(4)抗堵塞能力强;(5)相对于普通筛孔塔盘效率可提高10%~30%以上,操作弹性可提高10%~20%。

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3.3 浮阀塔盘

3.3.1 F1型浮阀塔盘

20世纪50年代起,浮阀塔已大量用于工业生产,以完成加压、常压、减压下的精馏、吸收、脱吸等操作过程。大型浮阀塔的塔径可达10m,塔盘有数百块之多。操作时蒸汽自阀孔上升,顶开阀片,穿过环形缝隙后在水平方向上吹入液层并形成泡沫。

优点:(1)生产能力较大,较泡罩塔盘可提高20%~40%;(2)操作弹性大。浮阀可在一定范围内自由升降以适应气量的变化,因而能在较宽的范围内保持高效率;(3)分离效率高;(4)塔板压降较小。

缺点:阀片易脱落、卡死。

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3.3.2 F4型浮阀塔盘

F4型浮阀塔盘也是较常用的一种圆形浮阀塔盘,其阀孔为文丘里型,阻力较小,适用于减压系统。

优点:(1)生产能力较大;(2)操作弹性大;(3)分离效率高;(4)塔板压降较小。

缺点:阀片易脱落、卡死。

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3.3.3 导向梯形浮阀塔盘

导向梯形浮阀塔盘上配有导向梯形浮阀,浮阀上有一个或两个导向孔,导向孔的开口方向与塔板上的液流方向一致。导向梯形浮阀两端设有阀腿,在操作中汽体从浮阀的两侧流出,气体流出的方向垂直于塔板上的液体流动方向。具有两个导向孔的导向梯形浮阀,可适当排布在塔板两侧的弓形区内,以加速该区域的液体流动,从而可消除塔板上的液体滞止区。

优点:(1)处理能力比舌型塔盘和筛孔塔盘小一些,比泡罩塔盘大;(2)操作弹性大;(3)干板压降较大,比舌型筛板塔盘大,比泡罩塔盘压降小,塔板上液面梯度较小;(4)雾沫夹带较小(5)阀片开启灵活,不易卡死、堵塞和脱落。 

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4. 固舌塔盘

    固舌塔盘是在塔板上冲制许多舌形孔,舌片翘起与水平夹角20°。工作时,流体在塔盘上的流动方向与舌孔的倾斜方向一致,气体从舌孔中喷射而出,由于气、液两相并液流动,故雾沫夹带少,当舌孔气速达到一定数值时,将塔盘上的流体喷射成滴状,从而加大了气、液接触面积。    

    优点:(1)生产能力大,板压降较小;(2)不易结焦,不易堵塞;(3)结构简单,造价低;(4)制造、安装及维修方便。

缺点 :(1)操作弹性小;(2)低气速下操作时,易产生漏液现象;(3)不适用于塔径较小的塔;(4)塔板传质效率较低。

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5. 浮舌塔盘

优点:(1)操作弹性大,塔板效率高;(2)处理能力大,塔板压降低。

缺点:阀片易脱落、损坏。

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6. 泡罩塔盘

泡罩塔是气液传质设备中应用最早的塔型之一,泡罩塔盘的最显著特点是有升气管,在升气管上覆以泡罩,板上的液层靠具有一定高度的溢流堰来保持;升气管高出塔板,使板上液体不会漏入管中,这就决定了泡罩塔具有较大的操作弹性。又由于板上有一定液层高度,气体直接近泡罩底部齿逢中吹出与板上液体接触,使泡罩塔板也具有较高效率。

优点:操作弹性较大,在负荷变动范围较大时能保持较高效率,液气比范围大,不易堵塞,能适用多种介质,操作稳定可靠。

缺点:结构复杂,造价高,安装维修麻烦。

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8. 穿流塔盘(无溢流装置)

 “穿流塔盘”是美国精馏研究公司(FRI)对无降液管的非错流式筛孔塔盘定义的名称,是一种无降液管的非错流式筛孔塔盘。和普通错流塔盘不同,没有降液管区和受液盘区,整个塔盘由鼓泡区组成,在同样的操作条件下,穿流塔盘的开孔率通常大于错流筛孔塔盘的开孔率。

穿流塔盘曾经应用得很广泛,由于这种塔盘上的持液量低,又便于清洗,现在主要用于易聚合的化合物的蒸溜过程。此外,这种塔盘用于易结垢物系或设备的效果也很好,比如含有大量固体颗粒、泥浆的体系和一些腐蚀性体系。穿流塔盘上的开孔具有双重作用——汽、液两相均通过此孔,开孔直径的经典尺寸范国是0.5~1 in(12.7~25.4mm)。

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