化工萃取塔 | 雾沫夹带量怎么计算

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精馏塔设备是广泛应用于炼油、化工、化肥、制药、环保等行业的重要的传质与分离设备。按照塔内件的不同，精馏塔通常可以分为板式塔和填料塔，其中板式塔结构简单，易于放大，造价较低，对于常压和加压体系，特别是大塔径、多侧线板式塔具有较大的优势，长期以来对板式塔的开发研究在塔器技术中占有重要地位。

立体传质塔盘是近年来新型塔盘技术快速发展的一个方向，其技术特点为：塔盘在液相为分散相、气相为连续相状态下进行操作；传质面积大；气体不由板上液层通过，压力降大大降低。这类塔盘还具有气体分离结构，可保证在很高的气速和液体充分分散的情况下，很好地进行气液分离，以减少雾沫夹带，提供新的传质面积，因此与传统浮阀类塔盘相比，在处理通量、板效率、压力降等性能方面均有显著提升。

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新型垂直筛板（New VST）

新型垂直筛板是由日本三井造船株式会社(三井公司)于1968年前后开发成功的，是以气相为连续相，液相为分散相的立体传质塔盘技术发展的开端。

New VST主要特点是：在塔盘上布置有若干圆柱形帽罩，帽罩有顶盖，可有效抑制雾沫夹带，其圆筒壁上部开有许多小圆孔或缝隙，气液混合物从这里喷出，在圆筒底与塔板板面之间留有一定高度的缝隙，液体则经过这个缝隙由罩外流入罩内，罩子下方的板面上开有圆形孔，为气体通道。操作时，从下层塔板上升的气体，经板孔与从罩底隙进入的液体相遇，经过拉膜、提升、破膜、混合、喷射分离等过程完成气液接触传质。

02

新型垂直筛板的结构优化

在新型垂直筛板技术开发成功之后，国内外许多单位又对其进一步研究，开发了多种改进型的立体传质塔盘。三井公司开发了一种C型帽罩，其结构及操作工况见下图。

这种帽罩的流动情况与New VST相同。其主要特点是其改变了气液两相喷出帽罩的工况，使其沿角形条缝两侧喷出，增加湍流程度，有利于气液相界面的二次更新，并且提高了对脏物料的适应性，但此种帽罩由于角形条缝下部开口较大，并且相邻条缝喷出的液体流股汇集现象严重，因此气液分布情况较差。

后来三井公司又在此基础上进行改进，开发了T型立体垂直筛板帽罩。

帽罩内气液两相流动情况与New VST相同。为了防止C型帽罩出现的液流附壁现象，将角形条缝改成百叶窗式条缝；气液两相流沿帽罩切线方向喷出，减少了喷出液流的相互干扰。根据对比，此种帽罩沿条缝气液分布较好，液滴大小均匀，并且增加了液滴在罩外空间的停留时间，有利于提高分离效率。旋流式帽罩还可以减小帽罩之间、帽罩与塔壁之间的喷溅效应，使雾沫夹带减小，可以进一步提高气速上限。

大连理工大学将New VST型帽罩的平板顶改为锥形顶，进一步将T型帽罩改成锥顶条形孔帽罩。

锥形顶对气液混合物有导向作用，气液混合物在罩内上升至锥形顶后碰撞返回，以一定的角度从筛孔斜向下喷出，使一部分液体离开帽罩时就具有了向下的初速度，这样液滴就不容易被带到上层塔板，减少了雾沫夹带。在旋型帽罩体中，液滴从罩体喷出时，与侧壁成一定的角度，于是液滴与塔壁不再沿径向冲撞，而是在罩体周围旋转下降，也可以减少雾沫夹带，在一定程度上减小返混，提高板效率。

华东理工大学开发了一种倒锥顶帽罩。

对于倒锥顶帽罩而言，气液两相流上升碰到顶盖后，由于顶盖的导向作用，使大部分气液混合物沿顶盖从筛孔斜向下直接喷出，帽罩内的气液混合剧烈程度明显低于锥顶帽罩，因此倒锥顶帽罩的筛板阻力低于锥顶帽罩的阻力。平顶帽罩的气液流在罩外基本为水平喷出，锥顶帽罩是一部分气液流向下喷出，而倒锥顶帽罩内的气液流基本上都从筛孔内斜向下喷出，因此锥顶帽罩的雾沫夹带量小于平顶帽罩的，倒锥顶帽罩的雾沫夹带量小于锥顶帽罩的。

03

梯矩型立体传质塔板（CTST）

CTST是河北工业大学在传统New VST技术基础上，通过结构改进开发的一种新型立体传质塔盘。

此类塔板的气液接触、传热、传质元件为梯矩型立体喷射罩，喷射罩由喷射板、端板组成；喷射罩的横截面为矩形，端板为梯形，喷射板上部适当位置开有喷射孔，喷射板的下端与塔板间有一定的底隙，是液体进入罩内的通道，喷射板的上部装有分离板，在喷射板与分离板间设气液通道。

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喷射并流填料复合塔板（PCST塔板）

PCST塔板是中国石油大学(华东)开发的一种新型喷射并流填料复合塔板。

PCST塔板帽罩由喷射板、端板、挡板、双层顶板及填料层组成。其特征在于：塔盘为矩型开孔，顶盖采用折边结构，喷射罩呈梯矩型，喷射罩两侧开矩型喷射缝，喷射缝隙上设置导向板使得喷出物向两侧斜下方，从而消除了帽罩间的对撞，提高了通量。PCST塔板在罩内设置了规整填料层，增大了气液接触面积，延长了气液接触时间，液相在气流的推动下在填料层表面不断更新液膜，强化了气液传质，塔板效率进一步提高，由于填料层固定流道的导向作用，液体喷出帽罩时小液滴的比例会大大减少，塔板的雾沫夹带量明显减少，进一步提高了塔板的处理通量。

05

FRIPP高效立体传质塔盘

虽然上述立体传质塔盘有的已经得到广泛的工业应用，在有些领域取得了显著的效果，但也有些领域应用效果不够理想。比如，上述立体传质塔盘共同特点是喷射罩与塔板间的底隙一般只有5~8mm，这导致其抗堵性能较差，对于一些含杂质较多的物料，一旦沉积物把塔盘底隙堵塞，气液将无法在罩内充分接触，板效率将急剧下降；另外，上述塔盘气液流动过程本质上还属于气液错流传质，其引起的返混必然导致板效率降低，若能通过塔盘结构的改进实现由错流传质向逆流传质的跨越，将进一步提高塔盘板效率。针对上述问题，近年来FRIPP结合石油化工行业存在的技术需求，有针对性地开发了几种立体传质塔盘技术并在石化行业进行了推广应用，取得了成效。

①高效抗堵立体传质塔盘

目前石化行业中许多装置由于原料中油泥及固体颗粒物的存在，极易造成塔盘堵塞，不但使装置能耗增加，而且威胁着装置的长周期安全运行。为解决这一共性问题，FRIPP开发了抗堵能力强的膜喷式立体传质塔盘技术。

其特征在于：塔盘开孔为矩型开孔，塔盘孔上焊接矩型喷射管，喷射孔外设置矩型帽罩，帽罩两侧开孔，帽罩的顶部为平顶结构，塔盘帽罩在塔盘上平行排布，喷射管高度略低于溢流堰高度，保证喷射管浸没于塔盘液层内，塔盘上的喷射管结构可以大幅提高喷射罩与塔盘间的底隙，因而其抗堵性能大幅提高，帽罩可以降低雾沫夹带，保证操作弹性和塔板效率方面与常规立体传质塔盘性能相当。

②低返混立体传质塔盘

针对传统塔盘因错流传质导致塔盘板效率低的问题，FRIPP开发了两种低返混的高效立体喷射塔盘。其中第一代低返混高效立体喷射塔盘结构见下图。

其特征在于：塔盘开孔仍采用圆形开孔，圆形帽罩，主体结构与New VST相同，区别之处在于，在圆形帽罩侧壁开孔的下部增加一层收集板，收集板收集由帽罩喷射出的液相并将其直接导入降液管，进入下一层塔盘，塔盘上没有被冒罩提升的液相也可通过塔盘上溢流堰进入降液管，这种特殊的结构可以有限避免大部分液相返混，从而显著提高塔盘板效率。

随后FRIPP开发了第二代低返混高效立体喷射塔盘，结构见下图。

其特征在于：塔盘上采用长条矩型开孔，开孔上部设置矩型帽罩，帽罩侧壁开设喷射孔，帽罩平行排布，与液体流动方向平行，同时在平行的帽罩的中间设置导流槽，从喷射罩喷出的液相通过导流槽直接进入降液管。这种结构同样可以有限避免大部分液相返混，显著提高塔盘板效率，而且安装方便。

目前这两代低返混高效立体喷射塔盘都已经在石化行业的C4分离等领域实现了工业应用，应用结果表明，相比于传统塔盘板，效率可提高10%以上。

③抗堵型低返混立体传质塔盘技术

为了提高塔板效率，同时兼顾塔板抗堵性能，FRIPP开发了一种抗堵型的低返混立体传质塔盘技术。

该塔盘主体特征与膜喷式立体传质塔盘结构相同，区别之处在于塔盘孔上焊接矩型喷射管，大幅提高喷射罩与塔板间的底隙，这种结构大大提高了其抗堵性能，同时在矩型帽罩间设置导流槽，目的是把由帽罩喷射出的液相收集并导入降液管，从而降低了液相返混，提高了塔盘板效率。

目前该技术已在橡胶装置的溶剂回收过程成功应用，应用结果表明，相比于传统塔盘板，效率可提高10%以上，并且抗堵效果大大提高。

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