典型塔器设计与选型

1、概述

塔设备是化学工业、石油工业、石油化工等生产中最重要的设备之一。它可使气（汽）液或液液两相之间进行充分接触，达到相际传热及传质的目的。在塔设备中能进行的单元操作有：精馏、吸收、解吸，气体的增湿和冷却等。

在化工、石油化工及炼油厂中，塔设备的性能对于整个装置的产品质量、质量、生产能力和消耗定额，以及三废处理和环境保护等各个方面，都有重大的影响。

2、设计依据

3、设计原则

塔设备除了应满足特定的化工工艺条件（如温度、压力及腐蚀性）外，为了满足生产的需要还应达到下列要求：

（1）生产能力大，即企业处理量大。

（2）高的传质、传热效率，即气液有充分的接触空间、接触时间和接触面积。

（3）操作稳定、操作弹性（最大负荷对最小负荷之比）大，即气液负荷有较大的波动时任能在较高的传质效率下进行稳定的操作，且塔设备应

能长期连续运转。

（4）流体流动的阻力小，即流体通过塔设备的压力降小，以达到节能降低操作费用的要求。

（5）结构简单可靠，材料耗用量小，制造安装容易，以达到降低设备投资的要求。

事实上，任何一个塔设备能同时达到上述的诸项要求是困难的，因此只能从生产需要积极经合理的要求出发，抓住主要矛盾进行设计。

4、塔结构尺寸的确定

塔设计依据于Aspen plus软件模拟结果。经灵敏度分析，得出最优塔板数和回流比，然后根据塔设计标准方法计算出各个塔径与塔高。

5、塔的分类与总体结构

（1）塔的分类

①按操作压力分：加压塔、常压塔和减压塔；

②按单元操作分：精馏塔、吸收塔、解析塔、萃取塔等；

③按相际接触面的方式分:固定相界面和流动过程中形成相界面；

④按塔的内部结构分:板式塔和填料塔（最常用）

a、板式塔中，塔内装有一定数量的塔盘，气体自塔底向上以鼓泡喷射的

形式穿过他盘上的液层，使两相密切接触，进行传质。两相的组分浓度沿塔高呈阶梯式变化。

b、填料塔中，塔内装填一定高度的填料。液体自塔顶沿填料表面向下流

动，作为连续相的气体自他爱地向上流动，与液体进行逆流传质。两相的组分浓度呈连续型变化。

（2）塔的总体结构

①塔体：是塔设备的外壳。常见的塔体由等直径、等壁厚的圆筒及作为顶盖

和底盖的椭圆形封头所组成。除了满足工艺性条件下的强度外，还应校核风力、地震、偏心载荷所引起强度和刚度，以及水压试验、吊装、运输、开停工的情况。另外，对于塔体安装的不垂直度和弯曲度有一定的要求。

②塔体支座：是塔体安放到基础上的连续部分，一般采用裙座。

③除沫器：用于捕集夹在气流中的液滴。

④接管：用以连接工艺管路，使之与相关设备连成系统。

⑤人孔、手孔和视孔：为了安装、检查的需要而设置的。

⑥吊柱：用于安装检修运送塔内件。

不同的板式塔，均有自身的特点，有其优点，也有其不足，各有适用的场合。

塔型的合理选择是做好塔设备设计的首要环节。选择时应考虑的因素有:物料性质、操作条件、塔设备的性能，以及塔设备的制造、安装、运转和维修等。

（1）与物性有关的因素

①易起泡的物系，如处理量不大时，宜选用填料塔为宜；

②易腐蚀性的介质，可选用填料塔。

③具有热敏性的物料需减压操作，以防过热引起分解或聚合，故应选

用压力降小的塔型。

④粘性较大的物系，可以选用大尺寸填料。板式塔的传质效率较差。

⑤含有悬浮物的物料，应选用流通道较大的塔型，以板式塔为宜。

⑥操作过程有热效应的系统，用板式塔为宜。

（2）与操作条件有关的因素

①若气相传质阻力大（即气相控制系统，如低粘度液体的蒸馏，空气

增湿等），宜采用填料塔，因填料层中气相呈湍流，液相为膜状流。反之，受液相控制的系统（如水洗

CO）,宜采用板式塔，因为板式塔液相呈湍

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流，用气体在液层中鼓泡；

②大的液体负荷系统，可选用填料塔，若用板式塔时宜选用气液并流

的塔型（如喷射型塔盘）或选用板上液流阻力较小的塔型（如筛板和浮阀）。此外，导向筛板塔盘和多降液管筛板塔盘都能承受较大的液体负荷；

③低的液体负荷，一般不宜采用填料塔。因为填料塔要求一定量的喷淋密度，

但网体填料能用于低液体负荷的场合；

④液气比波动的适应性，板式塔优于填料塔，故当液气比波动大时宜选用板式

塔。

（3）其他因素

①对于多种情况，塔径小于800mm时，不宜采用板式塔，宜用填料塔。对于大

塔径，对加压或常压操作过程，应优先选用板式塔；对于减压操作过程，宜采

用新型填料；

②一般填料塔比板式塔重；

③大塔以板式塔造价较廉。因填料价格约与塔体的容积成正比，板式塔按单位

面积计算的价格，随塔径增大而减小。