精餾塔是進(jìn)行精餾的一種塔式汽液接觸裝置。作為精餾過程的主要設(shè)備，有板式塔與填料塔兩種主要類型。根據(jù)操作方式又可分為連續(xù)精餾塔與間歇精餾塔。今天就帶大家了解板式塔的結(jié)構(gòu)和原理。

板式塔

板式塔通常是由一個(gè)圓柱型的殼體及沿塔高按一 定的間距水平設(shè)置的若干層塔板（或塔盤）所組成。

在塔內(nèi)沿塔高裝有若干層塔板，液體靠重力的作用由頂部逐板流向塔底，并在各塊板面上形成流動(dòng)的液層；氣體則靠壓強(qiáng)差推動(dòng)，有塔底向上依次穿過各塔板上的液層而流向塔頂。氣液兩相在塔內(nèi)進(jìn)行逐級接觸，兩相組成沿塔高呈梯級式變化。

板式塔的塔板

塔板是板式塔的主要構(gòu)件，決定塔的性能。在幾種主要類型錯(cuò)流塔板中，應(yīng)用最早的是泡罩板，目前使用廣泛的篩板塔和浮閥塔板。同時(shí)，各種新型高效塔板不斷問世。

1.按照結(jié)構(gòu)分，板式塔塔板可以分為泡罩塔、篩板塔、浮閥塔和舌形塔等。

2.按照流體的路徑分，可以分為單溢流型和雙溢流型。

3.按照兩相流動(dòng)的方式不同，可以分為錯(cuò)流式和逆流式兩種。

溢流塔板

溢流塔板 (錯(cuò)流式塔板)：塔板間有液體溢流的降液管 (溢流管)，橫向流過塔板的流體與由下而上穿過塔板的氣體呈錯(cuò)流或并流流動(dòng)。板上液體的流徑與液層的高度可通過適當(dāng)安排降液管的位置及堰的高度給予控制，從而可獲得較高的板效率，但降液管將占去塔板的傳質(zhì)有效面積，影響塔的生產(chǎn)能力。

溢流式塔板應(yīng)用很廣，按塔板的具體結(jié)構(gòu)形式可分為：

泡罩塔板、篩孔塔板、浮閥塔板、網(wǎng)孔塔板、舌形塔板等。

逆流塔板

逆流塔板（穿流式塔板）：

塔板間沒有降液管，氣、液兩相同時(shí)由塔板上的孔道或縫隙逆向穿流而過，板上液層高度靠氣體速度維持。

優(yōu)點(diǎn)：塔板結(jié)構(gòu)簡單，板上無液面差，板面充分利用，生產(chǎn)能力較大；

缺點(diǎn)：板效率及操作彈性不及溢流塔板。

與溢流式塔板相比，逆流式塔板應(yīng)用范圍小得多，常見的板型有篩孔式、柵板式、波紋板式等。

泡罩塔板

在工業(yè)上最早（1813年）應(yīng)用的一種塔板，其主要元件由升氣管和泡罩構(gòu)成，泡罩安裝在升氣管頂部，泡罩底緣開有若干齒縫浸入在板上液層中，升氣管頂部應(yīng)高于泡罩齒縫的上沿，以防止液體從中漏下。

液體橫向通過塔板經(jīng)溢流堰流入降液管，氣體沿升氣管上升折流經(jīng)泡罩齒縫分散進(jìn)入液層，形成兩相混合的鼓泡區(qū)。

優(yōu)點(diǎn)：操作穩(wěn)定，升氣管使泡罩塔板低氣速下也不致產(chǎn)生嚴(yán)重的漏液現(xiàn)象，故彈性大。

缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高，塔板壓降大，生產(chǎn)強(qiáng)度低。

篩孔塔板

篩孔塔板即篩板出現(xiàn)也較早（1830年），是結(jié)構(gòu)簡單的一種板型。但由于早期對其性能認(rèn)識不足，為易漏液、操作彈性小、難以穩(wěn)定操作等問題所困，使用受到極大限制。

1950 年后開始對篩孔塔板進(jìn)行較系統(tǒng)全面的研究，從理論和實(shí)踐上較好地解決了有關(guān)篩板效率，流體力學(xué)性能以及塔板漏液等問題，獲得了成熟的使用經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)方法，使之逐漸成為應(yīng)用廣的塔板類型之一。

浮閥塔板

自1950 年代問世后，很快在石油、化工行業(yè)得到推廣，至今仍為應(yīng)用廣的一種塔板。

結(jié)構(gòu)：以泡罩塔板和篩孔塔板為基礎(chǔ)基礎(chǔ)。有多種浮閥形式，但基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)相似，即在塔板上按一定的排列開若干孔，孔的上方安置可以在孔軸線方向上下浮動(dòng)的閥片。閥片可隨上升氣量的變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)開啟度。

在低氣量時(shí)，開度小；氣量大時(shí)，閥片自動(dòng)上升，開度增大。因此，氣量變化時(shí)，通過閥片周邊流道進(jìn)入液體層的氣速較穩(wěn)定。同時(shí)，氣體水平進(jìn)入液層也強(qiáng)化了氣液接觸傳質(zhì)。

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)能力和操作彈性大，板效率高。綜合性能較優(yōu)異。

缺點(diǎn)：采用不銹鋼，浮閥易脫落

JCV浮閥塔板

結(jié)構(gòu)：閥籠與塔板固定，閥片在閥籠內(nèi)上下浮動(dòng)。

將單一鼓泡傳質(zhì)，變?yōu)殡p流傳質(zhì)，一部分為鼓泡、另一部分為噴射湍動(dòng)傳質(zhì)，使塔的分離效率和生產(chǎn)能力都大大提高。

該塔板可作為化工過程中的氣液傳質(zhì)、換熱設(shè)備。

特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、閥片開啟靈活、高效、高通量、壽命長、耐堵塞。

JCPT塔板

與普通塔板在傳質(zhì)機(jī)理上的區(qū)別：它是填料與塔板的復(fù)合體，靠填料實(shí)現(xiàn)傳質(zhì)，靠塔板實(shí)現(xiàn)多級并流。

塔板上的液體通過提液管與塔板之間的間隙被氣體提升，氣液并流通過提液管，在提液管內(nèi)高速湍動(dòng)混合、傳質(zhì)，然后氣液并流進(jìn)入填料中進(jìn)一步強(qiáng)化傳質(zhì)，并完成氣液分離。

氣體靠壓差繼續(xù)上升，進(jìn)入上一層塔板；液體基本以清液的形式回落到塔板上，沿流道進(jìn)入降液管，下降到下一層塔板。

舌形塔板

一種斜噴射型塔板。結(jié)構(gòu)簡單，在塔板上沖出若干按一定排列的舌形孔，舌片向上張角a 以20°左右為宜。

優(yōu)點(diǎn)：氣流由舌片噴出并帶動(dòng)液體沿同方向流動(dòng)。氣液并流避免了返混和液面落差，塔板上液層較低，塔板壓降較小。

氣流方向近于水平。相同的液氣比下，舌形塔板的液沫夾帶量較小，故可達(dá)較高的生產(chǎn)能力。

缺點(diǎn)：張角固定，在氣量較小時(shí)，經(jīng)舌孔噴射的氣速低，塔板漏液嚴(yán)重，操作彈性小。

液體在同一方向上加速，有可能使液體在板上的停留時(shí)間太短、液層太薄，板效率降低。

浮舌塔板

為使舌形塔板適應(yīng)低負(fù)荷生產(chǎn)，提高操作彈性，研制出了可變氣道截面（類似于浮閥塔板）的浮舌塔板。

斜孔塔板

在舌形塔板上發(fā)展的斜孔塔板，斜孔的開口方向與液流垂直且相鄰兩排開孔方向相反，既保留了氣體水平噴出、氣液高度湍動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，又避免了液體連續(xù)加速，可維持板上均勻的低液面，從而既能獲得大的生產(chǎn)能力，又能達(dá)到好的傳質(zhì)效果。

網(wǎng)孔塔板

網(wǎng)孔塔板由沖有傾斜開孔的薄板制成，具有舌形塔板的特點(diǎn)。這種塔板上裝有傾斜的擋沫板，其作用是避免液體被直接吹過塔板，并提供氣液分離和氣液接觸的表面。

網(wǎng)孔塔板具有生產(chǎn)能力大，壓降低，加工制造容易的特點(diǎn)。

垂直篩板

在塔板上開按一定排列的若干大孔(直徑100~200mm)，孔上設(shè)置側(cè)壁開有許多篩孔的泡罩，泡罩底邊留有間隙供液體進(jìn)入罩內(nèi)。

氣流將由泡罩底隙進(jìn)入罩內(nèi)的液體拉成液膜形成兩相上升流動(dòng)，經(jīng)泡罩側(cè)壁篩孔噴出后兩相分離，即氣體上升液體落回塔板。液體從塔板入口流至降液管將多次經(jīng)歷上述過程。

與普通篩板相比，垂直篩板為氣液兩相提供了很大的不斷更新的相際接觸表面，強(qiáng)化了傳質(zhì)過程；且氣液由水平方向噴出，液滴在垂直方向的初速度為零，降低了液沫夾帶量，因此垂直篩板可獲得較高的塔板效率和較大的生產(chǎn)能力。

徑相測導(dǎo)噴射塔板（CJST）

CJST是在新型垂直篩板的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的一種高效塔板。對于塔徑較大、氣液相負(fù)荷較高的工況具有很好的適應(yīng)性。

CJST具有通量大、效率高、壓降低、操作彈性大、抗堵塞、運(yùn)行周期長等特點(diǎn)。

立體傳質(zhì)塔板（CTST）

立體傳質(zhì)塔板（CTST）的立體結(jié)構(gòu)，以梯形噴射罩作為氣液接觸、傳熱、傳質(zhì)元件；塔板采用矩形開孔，并在上方設(shè)置梯形噴射罩，罩的側(cè)面為帶篩孔的噴射板，兩端為梯形的短板，上部為分離板，噴射板與分離板間為氣液通道，噴射板與塔板的底隙，為液體進(jìn)入罩體的通道。分離板的作用，一是提供氣液接觸空間，二是使氣液兩相有效分離，減少霧沫夾帶。

特點(diǎn)：打破了傳統(tǒng)塔板以板上液層為首要傳質(zhì)區(qū)域的平面型辦法，把傳質(zhì)區(qū)域拓寬到塔板至罩頂?shù)牧Ⅲw空間方案；

將塔板的空間運(yùn)用率行進(jìn)到50%～70%，又由于氣液在罩內(nèi)和罩直觸摸十分充沛，故塔板功率很高(比F1浮閥高10%以上)；

矩形開孔使得開孔率大崎嶇行進(jìn)（達(dá)20%），與浮閥塔板比照，CTST的通量可行進(jìn)50%～100%。

新型垂直篩板（New-VST）

上氣液流動(dòng)接觸呈噴射狀態(tài)，氣液兩相取并流接觸形式。來自上一層的液體從降液管流出，橫向穿過各排帽罩，經(jīng)帽罩底隙流入帽內(nèi)；從板孔上升的來自下一層的氣體在罩內(nèi)與液體進(jìn)行接觸，這過程可以四段論加以描述：

托液拉膜段

破膜粉碎段

氣液噴射段

氣液分離段

被噴出的氣液混合物中的大液滴回落入板上液層并進(jìn)行循環(huán)（重復(fù)上述四段）；小液滴（霧沫）懸浮于罩頂空間并隨氣流進(jìn)入上一層塔板。而液體則從上游帽罩周圍流過，并到達(dá)下游帽罩直至通過降液管流入下一塔板。

特點(diǎn)：

因?yàn)?/span>New-VST的操作上限為過量霧沫夾帶，而其帽罩結(jié)構(gòu)決定了它的氣液混合物乃呈水平方向噴出。這就使它能大大降低了液沫夾帶量，也因此可以大大提高其空塔氣速。

New-VST系呈噴射狀態(tài)操作，通過在帽罩內(nèi)氣液的激烈接觸與沖突，使液體被分散成為細(xì)小液滴（一般情況下95%的液滴粒徑為0.5~5mm的范圍），從而大大增加（提供了）氣液接觸傳質(zhì)面積，并且由于氣液混合物在兩板之間的空間接觸時(shí)，液滴不斷被氣流翻動(dòng)，從而使氣液兩相接觸表面不斷更新，遂可大大提高傳質(zhì)系數(shù)，這就使New-VST具有高的傳質(zhì)速率。

幾種常用板的比較

工業(yè)生產(chǎn)對塔板的要求主要是：

1.通過能力要大，即單位塔截面能處理的氣液流量大；

2.塔板效率要高；

3.塔板壓力降要低；

4操作彈性要大；

在這些要求中，對于要求產(chǎn)品純度高的分離操作，首先應(yīng)考慮高效率；對于處理量大的一般性分離（如原油蒸餾等），主要是考慮通過能力大。

篩板上的氣液接觸狀態(tài)

塔板上氣液兩相的接觸狀態(tài)是決定板上兩相流流體力學(xué)及傳質(zhì)和傳熱規(guī)律的重要因素。當(dāng)液體流量一定時(shí)，隨著氣速的增加，可以出現(xiàn)三種不同的接觸狀態(tài)。

鼓泡接觸狀態(tài)

當(dāng)氣速較低時(shí)，氣體以鼓泡形式通過液層。由于氣泡的數(shù)量不多，形成的氣液混合物基本上以液體為主，氣泡表面的湍動(dòng)程度低，傳質(zhì)阻力較大。

泡沫接觸狀態(tài)

孔速增加使氣泡數(shù)量增加，氣泡表面連成一片并發(fā)生合并與破裂。液體大部分以液膜形式存在與氣泡之間。傳質(zhì)表面是面積很大的液膜（高度湍動(dòng)），有利于傳質(zhì)。

噴射接觸狀態(tài)

孔速增加，動(dòng)能很大的氣體從篩孔以射流形式穿過液層。板上的液體破碎成液滴，落下后在塔板上形成很薄的液層，并在此破碎成液滴拋出。兩相傳質(zhì)面積是液滴的外表面。液滴的多次形成與合并使傳質(zhì)表面不斷更新，為傳質(zhì)創(chuàng)造了更好的流體力學(xué)條件。

噴射狀態(tài)與泡沫狀態(tài)的根本區(qū)別：

前者液體—分散相，氣體—連續(xù)相；

后者液體—連續(xù)相，氣體—分散相。

轉(zhuǎn)相點(diǎn)：泡沫狀態(tài)       噴射狀態(tài)的臨界點(diǎn)。

篩孔直徑和塔板開孔率越大，轉(zhuǎn)相點(diǎn)氣速越低。