塔器分离技术新型塔板技术及工业应用　　编者按塔器作为气‘液和液‘液之间进行传质与传热的重要设备，广泛应用于炼油、石油化工、精细化工等行业的物系分离，涉及蒸（精）馏等多种化工单元操作。塔设备的性能对于整个装置和企业的生产能力、产品质量、消耗定额及环保等方面均有重要影响。本刊将连续登载介绍国内外一些新型塔板技术开发及工业应用状况；近几年研究开发的大型填料塔用新型规整填料、塔内件（气液分布器、进气初始分布器）的设计和应用，以飨读者。　　导向浮阀塔板　　板式塔历来应用最广，F1圆浮塔阀更具优势，应用颇广。但随着塔器技术的不断进步，发现F1浮阀塔塔板上液面梯度较大；液体返混程度较大；在塔板两侧弓形部位存在着液体滞止区。这三方面对塔效率都有不利影响。在操作中，浮阀和阀孔易被磨损，浮阀易脱落。针对以上缺点，华东理工大学研究和开发了导向浮阀塔板，并获国家专利。　　导向浮阀塔板吸取了条阀和导向筛板导向孔的各自特点，在条阀阀面上开1～2个导向孔，以发挥气流推液的作用。由于导向孔的设置，导向浮阀塔板具有较小的液面梯度、塔板上液相返混较小，且可消除塔板上液体滞止区。　　目前导向浮阀塔板有3种形式，即矩形、梯形及组合导向浮阀塔板。一般而言，液流强度较小时用矩形浮阀塔板较好；液流强度较大时，用梯形浮阀塔板较好；塔板上适当的梯形浮阀塔板数与浮阀塔板总数之比（K），使导向浮阀兼有矩形浮阀塔板和梯形浮阀塔板的优点，克服了二者的缺点，具有更广的适用范围和更好的操作性能。　　实验研究和工业应用表明，导向浮阀塔板和F1圆浮阀塔板相比，处理能力可提高30％以上，塔板效率提高10％～20％，塔板压降减小20％左右。　　导向浮阀塔板开发成功以来，已在煤气厂脱苯塔（⑹1400mm）、焦化厂蒸氨塔、炼油厂常压塔（⑹3800mm）、加氢裂化精馏塔（⑹4164mm）、乙二醛装置、丁二烯装置、醋酸装置（⑹1600mm）等方面获得广泛应用，并取得了显著的经济效益。　　条形浮阀塔盘　　近几年，兰州石油机械研究所开发了顺排导向条形浮阀塔盘和T形排列条形浮阀塔盘。顺排导向条形浮阀塔盘是条形浮阀在塔板上呈顺排布置，采用独特的波形阀盖，减少了气相阻力和雾沫夹带。其在靠近降液管一侧的阀腿上设置导向孔，借助从导向孔喷出的气流减小液面梯度、压降，提高了传质效率和处理量。另外，导向孔面积可随负荷的波动而调节，避免了漏液及吹出短路现象。该塔盘可用于所有F1圆浮阀塔板适用的场合，还可用于F1圆浮阀塔板不能胜任的某些低压降、真空操作工况，产品分为SPI型和SPII型。与F1圆浮阀塔板相比，该塔盘效率提高15％～20％，基本消除液相返混，塔板压降减小24％左右，处理能力提高30％以上，雾沫夹带减小约24％。　　T形排列条形浮阀塔盘采用独特的“T”形排列，任意两相邻条阀均互相垂直，其吹出的气相呈90度交错，避免了气相对冲，并抑制塔板上液滴的向上运动，减小雾沫夹带，增大了允许操作气速，提高了分离效率和处理量。产品分为TPI、TPII和TPIII3种型号，与F1圆浮阀塔板相比，该塔盘效率提高15％～20％，塔盘雾沫夹带减小40％左右，级间返混相大大减少，处理能力提高40％左右。　　以上两种塔盘还均可采用各种新型的降液管设计，如多溢流、取消受液盘的倾斜式降液管等，进一步扩展处理量。　　MD塔板及国内开发的DJ系列塔板　　美国联合碳化物公司（UCC）开发的MD塔板近来颇受重视，其塔板上设有多根降液管，溢流周边比一般塔板增加2～5倍。另外，降液管悬挂在气相空间，塔板上受液区仍然开孔；每相邻两塔板的降液管互成90度排列；塔板间距小，仅为一般塔板的50％～70％。以MD塔板代替常规塔板，取消了受液盘，处理量可提高约15％。后来推广应用MD塔板的环球油品公司（UOP）又提出了一种更大通量的MD塔板，使其通量又提高15％以上。　　浙江工业大学化学工程设计研究所研究MD塔板，发现MD塔板的不足之处在于降液管的宽度和溢流强度的限制应重新考虑。另外，MD塔板上液流分布并不均匀，影响了塔板效率；受液区存在冲击液漏问题。针对MD塔板在液流分布及传质效率方面存在的不足，着重在基础理论和改善结构等方面作了一系列系统研究，开发形成了具有我国特色的DJ系列塔板。　　DJ系列塔板继承了MD塔板降液管的特色，并在结构形式、通量和效率等方面有所创新、突破。已在工业上获得成功应用的DJ系列塔板有3种型号。DJ－1型是为了适应特大液气比的吸收操作而开发的，主要结构特点是采用宽型降液管，并对降液管的根数和排列作改进和优化。工业应用的典型例子是在合成氨生产中的水洗脱碳塔（⑹2800mm），改造中以DJ－1替换原螺旋双溢流斜孔塔板。DJ－2型塔板上设置了导流装置，在相应位置上开设导流孔，安装导流板，改善液流的初始分布，使塔板上的液流接近于活塞流。DJ－2型塔板已在化肥厂脱碳塔（⑹1600mm）、镇海炼化总厂芳烃装置邻二甲苯塔上获得成功应用。DJ－3型是一种复合型塔板，在　　DJ－2型塔板的下方复合一薄层规整填料，填料层处于气相空间，起到了抑制雾沫夹带作用，使塔板效率提高10％～15％，通量提高15％～20％。使用DJ－3型塔板替换其他塔板改造的装置有汽提塔、饱和塔等。　　DJ系列塔板能胜任大液量和加压操作，1999年针对DJ系列塔板存在的冲击漏液缺陷，成功研究开发了诱导型防冲击漏液装置，使DJ系列塔板的性能得到进一步提高。　　新型垂直筛塔板　　新型垂直筛塔板（NewVST）是以气相为连续相，液相为分散相的新型高效喷射型塔板。河北工业大学对其性能与结构进行研究，特别对二维传质效率模型及其板间传质作用进行了较深入的研究，取得了一定的成果。　　NewVST与通常在泡沫状态下操作的板式塔有根本区别，NewVST的结构能使塔盘上的气液流动接触状况发生根本性的变化。就塔盘板和降液装置而言，NewVST与浮阀、筛板、泡罩板并无不同，其主要特点在于塔盘板上布置了若干圆柱形帽罩，帽罩的直径为80～250mm不等，高为180～250mm，在帽罩上开有孔或缝（称为雾沫分离孔），雾沫分离孔为圆形的（孔径为⑹3～12mm）称为S型，栅缝型的称为C型。河北工业大学有关专家学者认为，NewVST上气液流动接触分为连续4段即托液拉膜段、破膜粉碎段、气液喷射段、气液分离段。并认为这4段都是气液接触传质过程，但主要传质作用发生在第三、四段，且以第四段可能更重要。　　目前，NewVST塔板已在国内诸多蒸馏（精馏）、吸收及热交换等单元操作塔中更换改造浮阀、泡罩、S型泡罩、筛板及拉西环填料塔取得成功，涉及聚氯乙烯、化肥、制药等行业，尤其是在聚氯乙烯行业的成功应用，引起不少厂家的兴趣。因此，可望在化工、石油化工、炼油、煤化工等领域推广应用。　　“95”型大通量塔板　　“95”型大通量塔板系南京大学开发成功的大通量塔板，其基本构思是采用月牙型溢流堰，使其非传质区面积控制在5％范围内，以增加塔的通量，一般比传统塔板通量增加10％～25％。该塔板采用管尾向塔壁开口的降液管，使液体直接从塔壁降下，延长塔板上液体的平均停留时间，从而提高塔板效率。其采用全塔板液体均分导流，使塔板上液体呈活塞流状态，与美国最新型的NYE塔板相比，通量要高10％～15％，效率高5％以上，在国内也有成功应用的例子。　　梯形立体喷射塔板CTST　　CTST是河北工业大学化学工程研究所多年研究和科技开发的成果，已获国家专利。CTST塔板采用矩形开孔，开孔上方设置带筛孔的梯形喷射罩及分离板。在塔板上气体和液体经过拉膜、碰顶返回、破碎、喷射、互喷、分离6个过程。该塔板打破了传统塔板传质区域为平面型的局限，将气、液传质区域发展到罩内、罩顶、罩间的立体空间范围，使板式塔塔板间的空间得以充分利用。　　CTST采用喷射型的结构，使液体在气体中分散成液滴，即气液在喷射状态下接触，从而扩大传质面积，提高塔的负荷能力。CTST采用矩形开孔，使得塔板开孔率可大幅度提高（超过20％），气体不再由塔板上较深的液层通过，可显著降低压力降。CTST罩顶分离板使得雾沫夹带大幅度减小，同时又提供新的传质机会，从而提高板效率。在扩产、技改、设备更新时采用CTST板，可在原塔外壳不变的条件下，仅更换塔板即可，这样即可节省设备投资，又可提高产品质量，降低能耗及原料消耗，从而提高企业技术水平和竞争能力。　　该塔板已在纺织、氯碱、制药、化肥行业中推广应用。　　填料与塔板相结合的复合塔板　　板式塔两塔板间可分为鼓泡区和气相空间两个区，其中气相空间的高度对传质没有作用，若能将此空间加以利用，则板式塔传质效率会大幅度提高。填料塔的传质效率高低，关键在于气液分布是否良好，若能使填料都处在气液分布良好的状态下操作，其传质效率可大大提高。据此，浙江工业大学提出了利用板式塔两塔板间的气相空间，使筛板与填料结合的复合塔板。　　复合塔板由穿流筛板下加一层高为50～100mm的规整填料组成，板间距为250～350mm，不设降液管，气液呈逆向流动。穿流筛板与填料这种巧妙配合，使复合塔板具有如下优点：穿流筛板实际上相当于下面填料层的液体分布器，对填料起到液体、气体均匀分布的作用，并且由于填料存在，基本消除了液沫夹带。复合塔板不设降液管，使空塔截面增大15％左右，可以增大通量；穿流筛板开孔率大，因此板压降也比一般塔小。复合塔板用于新塔设计，可大幅度降低塔高，用于旧塔改造（即塔高和板数不变）则可提高产品质量；在产品质量要求一定的情况下，可减少回流量，从而降低能耗。　　此种压降低、传质效率高、雾沫夹带量小的复合塔板已获国家发明专利，并在工业上获得成功应用，最大塔径达2600mm。