两种新型塔板的简介

王雪

摘 要：本文对3D圆阀塔板和泡罩立体筛板两种新型塔板进行了简介。这两种塔板结构设计新颖独特，能够充分利用塔板有限空间进行充分传质，使其具有通量大、效率高、抗堵性能强、消泡性能好等塔板必备优点，完全可以满足工业应用要求，应用前景广阔。

关键词：板式塔；3D圆阀塔板；泡罩立体筛板

随着科学技术的不断发展，近年来逐渐涌现出许多新型的分离技术，大大提高了分离效果，带来了巨大的经济与社会价值。然而在实际生产过程中，作为一种传统的、高效的分离方法，精馏操作仍占据着非常重要的位置。

其中，填料塔和板式塔作为两种主要的精馏操作设备，长期受到大家的青睐。尤其是板式塔因具有设备造价低廉，操作范围广，对各种物系适应性强，易于清理和检修等优点而占有一定的优势。当然板式塔也有自身难以克服的缺点，比如，其通量较小、压降较大、效率也较低[1]。所以，为了更好地适应科学技术的发展以及工业生产的需要，设计新型的、高效的、经济的板式塔已迫在眉睫、势在必行。

一、新型塔板介绍

塔板作为板式塔的核心部件自然就成为了研究的重点与热点。近年来国内外相继研发出若干新型塔板，实现了大通量、低压降等优势逆转。

例如，Koch-Glitsch公司的Max-Fractray、Super fractray、BiFrac tray、Nye tray和Ultrafrac tray[2]；Norton公司的Triton tray、Provalve tray；德国Stahl公司的高弹性浮阀塔板Varioflex-Valve Tray[3]；UOP公司的ECMDtray、VG-MD tray和MU tray（多升液管萃取筛塔板）[4]；英国诺丁汉大学开发的Flow control tray；Shell公司的Shell's ConSep tray[5]；当然我国的诸多研究者也不甘落后陆续研究发明了若干新型塔板，下面重点对两种新型塔板予以介绍。

1.3D圆阀塔板

自从20世纪50年代前后美国Glitsch公司前后开发出V—1、V—4、V—0与十字架形浮阀塔板后，圆形浮阀塔板备受重视，并得到广泛应用。60年代在国内迅速推广，形成了固定系列标准，且已有了较成熟的使用经验。但是，通过大量实际应用后，浮阀塔板的缺点也逐渐暴露出来，日渐明显。主要体现在如下几方面：①塔板上的液面梯度较大；②塔板上液体返混较大；③塔板上存在液体滞止区；④浮阀易卡死、易磨损、易脱落，不仅影响塔板性能，而且增加检修工作量。

针对这些不足与劣势，西安石油大学首次提出分层次多方位鼓泡的立体传质模型，开发出3D39浮阀。这种浮阀主要具有如下几点特征。

（1）3D圆阀塔板周边设有气体导流片，这种结构能使气体分流、分层次、多方位进入液体，以增加气液相的接触。

（2）3D圆阀阀盖上开有3个向下冲压形成的导向孔，如此设计既减小了液面梯度和传质死区又能消除阀顶的传质盲区，大大增加了传质效果。

（3）导流片和导向孔的设计可显著提高气液接触面积，同时实现气体在液层中分层次、多方位地鼓泡。

（4）通过3D圆阀的部分导向作用可以改善液体分布情况，使其接近理想的流动分布，从而为大大提高塔板效率提供了可能性[6]。

2.泡罩立体筛板

泡罩立体筛板是近年来由西安石油大学、西安思瑞迪公司和西北大学联合开发的一种新型的塔板。这种塔板集合了垂直筛板和泡罩塔盘的双重传质作用，而且可以明显减少塔盘的泄漏量。目前通过实践中的试验和工业化应用，表明泡罩立体筛板除了可以较好地用于精馏、吸收、解吸和分馏外，还对于气液比极大的工况（如工业尾气吸收）或板效率较小的工况（如脱硫脱碳过程）实际分离效果较为显著。

在结构上，泡罩立体筛板不同于垂直筛板的特点在于其升气管和泡罩是斜面的。如此结构特点就导致气体在升气管内通道变窄，继而流速增大，加剧其雾化效果，能更好地将气体分散于与其接触的液相中，从而增加了分散气体的范围。通过使用泡罩立体筛板，具体的气液两相接触过程可以描述为如下几步。

（1）自下而上的气相通过板孔进入喷射罩，而液体自罩体底隙进入喷射罩，气液两相在罩体底隙区域垂直接触。

（2）在喷射罩内，在动量作用下气体将液体提升、拉膜，使之破碎。

（3）罩内上升的气液混合物碰撞到分离板后有部分气液相向下折返，与罩内高速上升的气液混合物激烈碰撞。

（4）气液混合物通过喷射板上开有的喷射孔向两侧斜上方喷射出罩体。

（5）喷出罩体的气液混合物与邻罩喷出的气液混合物在泡罩间激烈对喷、碰撞。

（6）气液混合物再通过外面的泡罩二次鼓泡传质后，气体上升至上层塔板，而液体则回落到塔板上，通过降液管流向下层塔板。

由上述气液两相接触过程可知，该泡罩立体筛板在设计上的独具匠心使其打破了传统塔板以板上液层为主要传质区域的平面型模式，大大增加了气液两相的传质区域，所以塔板的空间利用率也显著提高了。同时，由于气体缩孔引流的作用，使得塔板液面梯度对操作工况的不利影响也大为降低。

综上所述，泡罩立体筛板具有负荷能力大（气速可达普通塔板的1～1.5倍）、传质效率高（传质效率高出普通浮阀塔板10%～20%）、压降小、操作弹性良好、防堵塞能力好、操作简便可靠等明显优势。

二、结束语

板式塔作为工业生产中最重要的传质设备之一，在各种实际分离过程中应用广泛，意义重大。因而设计出传质效率高、压降低、通量大的各类新型塔板，对于改善分离效果、提高产品质量、降低装置能耗具有重要的意义。本文介绍的3D圆形浮阀和泡罩立体筛板两种塔板，经过实践检验，结构新颖，充分利用塔板空间进行传质，具有通量大、效率高、抗堵性能强、消泡性能好等优点，完全可以满足工业应用上操作弹性的要求，必然具有广阔的应用前景。

参考文献：

[1]杜佩衡，董艳河，黄 敬，王荣良，等.国外塔板技术的最新发展[J].过滤与分离，2003（02）.

[2]Billet R. Varioflex valve tray，a high performance mass transfer device [A].Ichem E Symp Series No 128[C].London：The Chameleon Press，1992.

[3]曹 纬.国外板式塔最新进展与新分离技术开发[J].石油化工设备，1997（04）：39—41.

[4]Andrew W.Siloley.Should you switch to high capacity trays [J]. Chemical Engineering Progress， 1999，95（01）：23—35.

[5]禇雅志，秦丽萍，王胜利.甲醇精馏工艺及其塔器优化设计[J].化工进展，2008，27（10）.

[6]计建炳，谭天恩.我国塔器技术的进展[J].化工进展，2000，32（06）： 51—57.

（作者单位：西安石油大学化学化工学院）