（1）概述

在石油炼制工业中，各种塔设备占有重要的地位，塔设备的性能对于整个装置的产品质量、生产能力、能量消耗以及三废处理和环境保护等各个方面都有重大影响。

塔设备经过长期的发展，形成了形式繁多的结构，以满足各方面的特殊需要。为了便于比较，从不同的角度对塔设备进行分类。

1）按塔设备的用途分类

①分馏塔

分馏塔也称蒸馏塔，炼化厂中的分馏塔也称精馏塔。其作用是将液体混合物的各种组分分离出来。例如，常减压装置常压塔和减压塔、加氢裂化装置主汽提塔和分馏塔等，可将原料油分割成汽油、石脑油、煤油、柴油及润滑油等产品。

②吸收塔、解吸塔

通过溶剂来溶解、吸收气体的塔是吸收塔；将吸收液用加热等方法使溶解于其中的气体释放出来的称为解吸塔。例如，催化裂化装置中的吸收解吸塔、加氢裂化装置燃料气脱硫塔和溶剂再生塔等。

③抽提塔

通过溶剂将液体混合物中某种（些）组分有选择地溶解、萃取出来的塔称为抽提塔。

④洗涤塔

用水来除去气体中无用的组分或固体尘粒，称为水洗塔，同时还有一定的冷却作用。

2）按塔设备的结构分类

①板式塔

如图4.52所示，塔内设有一层层相隔一定距离的塔盘，每层塔盘上液体与气体互相接触传热传质后又分开，气体继续上升到上一层塔盘，液体继续流到下一层塔盘上。依照塔盘的结构形式，板式塔可分为圆泡帽塔、槽形塔盘塔、S形塔盘塔、浮阀塔、喷射塔、筛板塔等，板式塔常用作分馏塔和抽提塔。在板式塔中，两相的组分、浓度沿塔高呈阶梯式变化。

②填料塔

如图4.53所示，内填充有各种形式的填料，液体自上而下流动，在填料表面形成许多薄膜，使自下而上的气体，在经过填料空间时与液体具有较大的接触面积，以促进传质作用。填料塔的结构比板式塔简单，而填料的形式繁多，常用的填料有拉西环、鲍尔环、蜂窝填料、鞍形填料及丝网填料等。填料塔常用作吸收塔、解吸塔和洗涤塔。在填料塔中，两相的组分、浓度沿塔高呈连续变化。

作为主要用于传质过程的塔设备，首先必须使气（或汽）液两相能充分接触，以获得较高的传质效率。此外，塔设备还得考虑以下各项要求：

a.生产能力大。在较大的气（或汽）液流速下，仍不致发生大量的雾沫夹带或液泛等破坏正常操作的现象。

图4.52　板式塔结构

图4.53　填料塔结构

b.操作稳定、弹性大。当塔设备的气（或汽）液负荷有较大的波动时，仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作。并且应保证能长期连续操作。

c.流体流动的阻力小，即流体通过塔设备的压力降小。这将大大节省生产中的动力消耗（具体以泵的功耗来体现），以降低生产操作费用。

d.结构简单、材料耗量小、制造和安装容易。这可减少投资、维修费用。

e.耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修。

应该指出，事实上，对于任何一种塔型都不可能完全满足上述的所有要求，仅仅是在某些方面具有独到之处。

（2）板式塔

1）工作原理

炼化厂应用最广的是各种形式的板式塔，其中，大部分是分馏塔。现以原油常压分馏塔为例来说明塔设备的基本工作原理。

原油是由各种分子量不同的碳氢化合物组成的混合物，各组分沸点是不同的。例如，汽油沸点低于130℃，煤油沸点为130～250℃，柴油沸点为250～350℃，蜡油沸点为350～520℃，渣油沸点高于520℃。分馏塔就是利用各组分沸点不同的特性进行分馏的。

如图4.54所示，在加热炉中加热到350℃左右的原油进入常压塔后，分子量较小沸点低汽油、煤油、柴油等组分蒸发成为油气，分子量较大沸点高的组分仍是液体。高温的油气上升经过一层层塔盘，在每层塔盘上与往下流动温度较低的液体相接触，气相中沸点较高的组分会冷凝成液体从油气中分离出来，同时塔盘上的液体被加热，其中沸点较低的组分会被汽化，从液体中分离出来。经过每层塔盘都会有这种质量和热量的传递，于是油气越往上就变得轻组分增多，重组分减少，到塔顶部就是汽油成分，抽出后经冷凝便得到液体的汽油产品，将其中的一部分再打回到塔顶的塔盘上去，就形成了塔盘下流液体，这称为塔顶回流。下流的液体每经过一层塔盘就发生和汽相相反的变化，越往下变得重组分越多，轻组分越少，到某一层塔盘便成为煤油组分，抽出一部分经冷却便得到了煤油产品，其余的继续下沉。到更下面的某一层塔盘便成为柴油组分，塔底出来的重组分成为常压重油。从塔侧线抽出的液体组分不仅仅是产品，有时也是其他装置的原料，如减压馏分油作为催化裂化原料。塔内上升的油气一方面是由进料中的气相形成，另一方面是由塔底通入过热汽提蒸汽或把塔底部分重油经过加热釜加热汽化形成的。

图4.54　原油常减压分馏塔操作示意图

对分馏塔，一般把进料口以上部分称为精馏段，用来提浓汽相中的轻组分，进料口以下部分称为提馏段，用来提浓液相中的重组分。

2）塔盘

①塔盘的工作原理

塔盘也称塔板，是塔设备的重要部件。其基本技术要求是分馏效率高，生产能力大，操作稳定，压降小和结构简单。由塔的工作原理可知，塔盘要提供汽液两相之间的接触界面，它应包括以下3个功能：

a.油气上升的通道。

b.液体下降的降液板或降液管。

c.供气液两相充分接触的构件。

现以圆泡帽塔盘为例来说明塔盘的工作情况：图4.55　表示圆泡帽塔盘的结构，在塔盘上开有许多圆孔，每孔焊一个圆管，称升气管；管上再罩一个帽子，称为泡帽；泡帽下部圆周方向开有许多矩形竖直开口，称气缝。液体从上一层塔盘的降液管流下，流经该塔盘面并由该塔盘的降液管继续流至下一层塔盘。为使塔盘上保持一定厚度的液层，使泡帽的气缝完全淹没在液层内，在降液管上部装有溢流堰。气体从升气管上升，拐弯通过升气管与泡帽的环形空间，从气缝喷散而出，形成鼓泡现象，使气液两相充分接触，进行传热与传质。一般来讲，鼓泡越细越激烈，两相接触就越好，分馏效率也就越高。

图4.55　泡帽塔盘结构

各种结构形式的塔盘都有一个适宜的工作区。气体在液体内鼓泡后，穿出液层时总不免带有许多细微的液滴，有的来不及分离就被带到上层塔盘的液体中去，这种现象称为“雾沫夹带”。被夹带上去的少量液滴所含的重组分比上一层塔盘液体所含的重组分要多，会降低塔盘的分馏效率。气体负荷增加，塔内气速变大，“雾沫夹带”变得严重，当它波及所有塔盘时就会形成“冲塔”，从而导致回流罐满罐，影响下游装置。因此，要严格限制气相负荷，不能随便提高塔底重沸器的加热量或汽提蒸汽量；反之，若是液体量过大，降液管面积不够，液体来不及流向下一层塔盘，导致几层塔盘的液体连成一片，不能进行分馏操作，这种现象称为“液泛”，当它波及所有塔盘时就会形成“淹塔”。防止“液泛”的主要办法是限制塔顶回流量，或改进塔盘的结构形式，或加大降液管的面积。

②常见塔盘

A.舌形塔盘

如图4.56所示，舌片由钢板上冲出并按一定角度朝一个方向翘起，在塔盘上呈三角形排列。气体从舌片下的孔中吹出，与液层搅拌接触。液体流动方向与气流方向一致，故塔板上的液面落差较小，全塔盘鼓泡较均匀。气体斜喷再折而向上，所以雾沫夹带较少，气体流量可提高，塔盘上只有降液管，没有溢流堰，故塔盘上压力降较小，塔盘金属耗量较小，且制造安装方便。

图4.56　舌形塔盘

B.浮阀塔盘

它可分为以下两大类：a.盘状浮阀（见图4.57），即浮阀呈圆盘形，塔板上开孔是圆孔，按其在塔扳上固定的方法又可分为用3条支腿固定浮阀升高位置的F1型浮阀和用十字架限定升高位置的十字架型浮阀。b.条状浮阀，浮阀是带支腿的长条片，塔板上开的是长条孔，长条片面上有的还开有长条孔或凹槽等，形式多样。

图4.57　盘状浮阀结构

由于浮阀的操作弹性大、雾沫夹带少、全塔盘鼓泡均匀、效率较高、压降小、结构简单、造价低等一系列优点，所以得到非常广泛的应用。目前，炼化厂最广泛采用的是F1型盘状浮阀，现以F1型浮阀为例说明其工作情况：圆盘浮阀靠3条支腿插在塔板上三角形排列的圆孔内，当气体通过圆孔上升时，靠气流的动能把阀片顶起，气体就吹入塔板上的液层内进行鼓泡。阀片上的3条支腿，起到限制阀片的运动和开度的作用，并且，F1型浮阀的周边有3个起始定距片，即使浮阀完全关闭，阀片与塔板之间仍能保持一定距离（2.5～6mm），这样即使在小气量时，气体也能通过所阀片均匀鼓泡。因而可得到较宽的稳定操作范围。同时，由于阀片与塔板之间的点接触，可避免阀片与塔板粘连，使浮阀在气量增大时能平稳升起，如图4.58所示。

图4.58　浮阀塔盘上的气液接触情况

尽管F1型浮阀应用很广泛，但也有以下缺点：

a.浮阀阀盖上方没有鼓泡区，其上方气液接触状况较差，造成塔板传质效率降低。

b.塔板上的液面梯度较大，气体在液体流动方向上分布不均匀。在塔板上的进口端容易产生过量的泄漏，或者在塔板上的出口端容易导致气体喷射，两者均使塔板效率降低。

c.从阀孔出来的气体向四周吹出，导致塔板上液体返混程度较大。

d.在塔板两侧的弓形部位存在一定的液体滞留区。在滞留区内，液体无主动流动，通过滞留区的气相几乎无组成变化，这使塔板的效率降低。

e.在操作中，F1浮阀不停地在旋转，浮阀和阀孔易被磨损，浮阀易脱落。

C.筛孔塔盘

筛孔塔盘的结构很简单，就是在钢板上钻许多三角形排列的孔，孔直径为φ3～φ8mm。气流从小孔中穿出吹入液体内鼓泡，液体则横流过塔板从降液管中流下。这种塔盘开孔率较大，生产能力也较大，气流没有拐弯，压降较小，塔板上无障碍物，液面落差较小，鼓泡可以较均匀。但它的操作弹性较小，气流负荷变小时，容易泄漏，效率下降，且有时小孔易堵。近年来，发展了大孔筛板（孔径达φ20～φ25mm）、导向筛板等多种筛板塔。

③其他新型塔盘

A.浮动喷射塔盘

这种塔盘综合了舌形单向喷射和浮阀自动调节的特点。图4.59（a）为其中的一种，塔板为百叶窗形，其条形叶片是活动的。当有气体通过时，把叶片顶开，气体向斜上方喷出，气速越大叶片的张角越大；图4.59（b）为另一种类型，舌片带有限制其升高位置的支腿，当气体通过时，将其抬起呈倾斜状态，浮动舌片的开度随气流负荷的变化而自动地调节。舌片的倾斜均为同一方向，有利于流体的流动，减少液面落差。

B.ADV微分浮阀塔盘

如图4.60所示，与传统F1浮阀塔盘相比，ADV浮阀塔盘从浮阀结构、降液管结构等方面进行了改进：图4.60（a）ADV微分浮阀在阀顶开小阀孔，充分利用浮阀上部的传质空间，使气体分散更加细密均匀，汽液接触更加充分；图4.60（b）局部采用带有导向作用的ADV微分浮阀，消除了塔板上的液体滞留现象，提高了汽液分布的均匀度；图4.60（c）采用鼓泡促进器使整个塔板鼓泡均匀并降低液面梯度，从而提高传质效率；图4.60（d）适当改进降液管，增加鼓泡区的面积；图4.60（e）阀腿采用新的结构设计，使浮阀安装快捷方便，操作不易转动或脱落。与F1浮阀相比，微分浮阀的塔板效率提高了10％～20％，处理能力提高了40％。目前，该类型塔盘已在炼化化工行业得到广泛应用。

图4.59　浮动喷射塔盘

图4.60　ADV微分浮阀

C.导向浮阀塔板

导向浮阀也称条形阀（气体从浮阀的两侧流出，气体流出的方向垂直于塔板上的液体流动方向，可减少液体返混现象），只不过在阀片上开有一个和两个导向孔（开口方向与液流方向相同），具有一个导向孔的阀布置在塔板中间，具有两个导向孔的阀布置在两侧弓形区（以加速该区域的液体流动，从而消除塔板上的液体滞留区）。其目的是一部分气流从导向孔吹出，使阀盖上的气液两相并流，气相推动液体流动，从而减少液面落差Δ与液体的滞留时间，压降减小，通量增大。更重要的是这类浮阀解决了传统浮阀上端存在传质死区的不足，板效率大大提高，而且导向浮阀在操作中不旋转，浮阀不易磨损脱落，为浮阀的发展作出了贡献。

D.BJ浮阀塔板

BJ浮阀也是一种导向浮阀，它在条形浮阀的前阀腿上开一矩形孔，气流在水平通过阀体两侧的同时，增加了一个向前吹出的气流动力（体流通面积增大），导引液体向前流动。它不但可改善阀与阀之间的鼓泡状态，还有利于克服液体滞留与返混现象，减少液面落差，这对于降低塔板压降和提高塔板效率都有积极的作用。与F1浮阀相比：塔板压降降低200～250 kPa，塔板泄漏约低10％，塔板效率提高约10％。与导向浮阀塔板相比：进一步降低了在阀片上开导向孔对效率与雾沫夹带的不良影响。

上述这两种浮阀，都开设导向孔，从而产生一定的导流力，这对均布液体，改善塔板压降是有利的，但对雾沫夹带和塔板效率（从导向孔流出的气体的气液两相接触稍差）有一定的影响，但在阀腿上开导向孔可降低这种弊病。同时，导流力在两种情况下对塔板的性能有不利影响：一是液体负荷较小时；二是气体流速较高时。故应视操作工况条件的不同来选择是普通浮阀还是导向浮阀，对导流力应该辩证地认识。

E.梯形浮阀

属于条状浮阀，它将传统的矩形阀盖进化为梯形，阀盖短边一侧朝向降液管。它的特点是气体从梯形阀体两侧斜边吹出，因此气流方向与液流方向呈锐角，故气体对液体的作用力可分解成两个方向：一个分力垂直于液体流向，起着分散均布液体的作用；另一个则同于液体流向，具有导流作用，有利于克服液体滞留与返混现象，减少液面落差，提高传质效率等。故其性能提高。

F.立体传质高效塔盘（CTST）

它是由河北工业大学研发的一种新型高效专利塔盘。特别适用于乙二醇装置的EO吸收塔。

CTST的结构为立体结构，该塔的气液接触、传质、传热元件为一梯形喷射罩，该塔板采用矩形开孔，矩形开孔上方设置带筛孔的喷射板，两端为梯形的端板，上部为分离板，在喷射罩与分离板之间设气液通道。喷射板与塔板间由一定的间隙，为液体进入罩体的通道。分离板的作用：提高气液接触的空间；使气液两相有效的分离，减少雾沫夹带。

CTST的优点如下：

a.处理能力大。气体直接进入CTST塔板罩内而不通过板上的液层，塔板上流动的液体为不含气泡的清液，所降液管只是作为液体流动的通道，而不像普通浮阀类塔板那样需要5s的时间脱除里面的气泡，而CTST塔板最小停留时间为2.4s，因而同样截面积降液管的CTST塔板液体的通过能力比F1浮阀塔板提高1倍。

b.塔板压降小。由于CTST塔板特殊的喷射结构，气体不再由板上较深的液层通过，因此塔板的压降比F1浮阀小得多。

c.消泡性能好。由于CTST塔板特殊的喷射结构，使得塔板上的液体为清液，故无发泡机制；另外，高速喷射的液滴回落到塔板时又具有破沫作用。因此，CTST能干处理浮阀塔板难以处理的易发泡物料。

d.抗堵性能强。由于CTST塔板开孔大，一般大于40mm×120mm，而气体、液体的喷射速度达10～20m/s，对喷射孔有自冲洗作用，塔板抗堵塞能力大幅度提高，能够处理含固体颗粒及易产生自聚的介质，而且塔板上没有活动部件，可以延长塔的检修周期。

上述各种常用塔盘形式各有其利弊，在选择塔盘形式时，要全面综合地考虑工艺过程的特点和要求。

塔盘有整块式和分块式两种。当塔径在900mm以下时，采用整块式塔盘；当塔径在900mm以上时，人已能在塔内进行装拆，可采用分块式塔盘，而且当塔径较大时，整块式塔盘的刚度不良，结构显得复杂，制造也困难。塔盘材质一般为碳钢，如有特殊要求也可选用其他材质。塔盘的固定、连接常用楔形铁和龙门板。

几种塔板的性能比较见表4.6。

表4.6　几种塔板的性能比较

④塔盘溢流、受液结构

塔盘除了供气体上升鼓泡用的浮阀、筛孔外，还有供液体下降流通用的溢流堰、降液管及受液盘。液体横过塔板的流动通常是靠板上的液面落差来推动的，即从受液盘进入塔板处的液面比溢流堰处的液面略高。塔板上所设置的浮阀、筛孔以及气流上升时的鼓泡，都会对液体流动产生阻力，液面落差太大，会引起塔板上鼓泡严重不匀，影响塔板效率，而降低液面落差的方法之一是将溢流分层，常用的溢流分层方式有单溢流型、双溢流型和四溢流型。

A.单溢流型

液体从塔板一端的受液盘自左向右横向流过整个塔板，在另一端从溢流堰落入塔板降液管中，液体几乎流经整个塔径的距离，流道较长，塔板效率较高，它的结构较简单，是常见的流型。

B.双溢流型

这种流型将液体分成两半，并设有两条溢流堰，来自上一塔板的液体分别从左右两降液管进入塔板，在该塔板上液体又由两边横向流向中间溢流堰，再进入降液管。与同样直径的单流型塔板相比，溢流堰单侧的液体流量减少一半，同时双溢流型的堰长增加，会使堰上的液体厚度响应减小，从而使液面落差下降。双流型塔板适用于大型塔和液气比大的工况场合。

C.四溢流型

对特大塔径或液体流量特大的塔，当双流型仍不能满足降低液面落差的要求时，可采用四溢流型塔板。

溢流堰通常为带有锯齿形的垂直平板，堰长由塔盘上液体流量和溢流程数来确定，堰高决定了塔盘上液层厚度，因此关系到塔盘上的压力降和液体在塔盘上的停留时间。对于浮阀型塔板，堰长一般为塔径的60％～80％（单溢流）或50％～60％（双溢流），堰高一般为40～50mm。

图4.61　降液管形式

降液管有圆管形和弓形两种（见图4.61）。前者适用于液体量小和塔径小的塔，后者有更大的横截面积，因而有利于液体下流，故弓形降液管适用于大塔径或液流量大的板式塔。

降液管出口与下层塔盘的受液盘保持一定的距离，一方面要使液体顺利地流下，另一方面起到液封作用，以防止上升的气体沿降液管通过，这一高度通常为20～40mm。

⑤塔板的主要结构参数

A.塔径

塔径大小反映了塔的处理能力，塔内汽液负荷越大，塔径就越大。

B.空塔气速

空塔气速是指塔内气体通过空塔截面的流速。

C.塔板间距

塔板间距的大小应考虑到允许气速、雾沫夹带程度等有关因素的影响及考虑到安装和检修方便。一般塔的板间距为600mm左右，如果没有雾沫夹带现象，也可取450～500mm，在人孔处可取700～800mm。

D.塔板数

塔板数是影响分馏效果的关键，一般根据分馏程度和回流量而定。分馏的精度越高，需要的塔板数越多，反之亦然。

3）其他内件

板式塔内件除了塔盘组件外，还有进料口、塔顶破沫网和塔底防涡器等组件。

①进料口

板式塔的进料有液体、气体和气液混合物。对于液体，进料口可直接设进料板，板上最好有进口堰装置，使液体能均匀地通过塔盘，并可避免由于进料泵及控制阀波动所引起的影响。如图4.62所示为液体进料常用的可拆接管形式。对于气体，进料口可安装在塔盘间的气相空间，一般可将进料口做成斜切口形式（图4.63（a）），或采用较大的管径使其流速降低，以达到使气体均匀分布的目的。如图4.63（b）所示为带泪孔喷射的气体进料口，使气体分布较均勾，常在大直径塔上采用。对于气液混合物，由于流动速度较高，对塔壁的冲蚀及振动较剧烈，同时为使气液较好的分离，故常采用带螺旋导板的切线进料口（见图4.64）。

图4.62　液体进料口

图4.63　气体进料口

②塔顶破沫网

如图4.65所示，当带液滴的气体经过破沫网时，液滴附着于丝网上被分离出来，避免被上升的气体带走，从而提高塔顶馏出产品的质量。

图4.64气液混合进料口

③塔底防涡器(www.daowen.com)

塔底液体流出时，若带有漩涡，就会将油气带入泵内而使泵发生抽空，所以在塔底装有防涡器，其结构如图4.66所示。其中，A型可防止沉淀物吸入泵内，B型用干净物料，排液管DN＞150mm者，可用C型、D型。

（3）填料塔

填料塔具有结构简单、压力降小等优点。在处理容易产生泡沫的物料以及用于真空操作时，有其独特的优越性。过去，由于填料及塔内件的不完善，填料塔大多局限于处理腐蚀性介质或不宜安装塔板的小直径塔；近年来，由于填料结构的改进，新型的高效、高负荷填料的开发，既提高了塔的通过能力和分离效率，又保持了压力降小及性能稳定的特点，因此，填料塔已被推广到大型气液操作中，在许多场合下代替了传统的板式塔。

图4.65　塔顶破沫网

图4.66　塔底防涡器

1）工作原理

如图4.67所示为典型的填料吸收塔。它是一个直立式圆筒，塔内装有一定高度的填料层，填料是以乱堆或规整的放在支承板（要有足够的机械强度，足以支承填料及所含液体的质量，而且支承板的自由面积不应小于填料的自由截面积，以免增大气体阻力）上的。液体由塔的顶部加入，通过液体分布器（非常重要，直接影响到填料表面的有效利用率，要求能提供良好的液体初始分布）均匀分散到填料层的表面上。因液体在填料层中有向塔壁流动的倾向，当传质需要填料层较高时，一般将填料层分成几段，并在两段之间设有液体再分布器（以改善液体再填料层中的壁流效应，将液体汇聚后再次均匀分布到下层填料）。液体在填料表面分散成薄膜，经填料间的缝隙下流，也可成液滴落下。填料层的润湿表面就成了气液接触的传质表面。气体混合物从塔底通入，通过填料层的支承板（也起一定的气体分布作用）进入填料层，气体沿填料层的空隙向上流动，由于不断改变方向，造成了气流的湍动，这对传质是有利的。填料塔中气、液两相呈逆流连续接触，两相组成沿塔高呈连续改变，这与板式塔内组成呈阶梯式变化是不相同的。

图4.67　填料吸收塔

对填料的基本要求如下：

①传质效率高。要求填料能提供塔的气液接触面，即要求具有大的比表面积，并要求填料表面容易被液体润湿。

②生产能力大，气体通过的压力降小，因此要求填料层的空隙率大。

③不易引起偏流和沟流。

④经久耐用，即具有良好的耐腐蚀性、较高的机械强度。

⑤取材容易，价格便宜。

2）常用填料及其特点

填料的品种很多，填料可分为乱堆填料和规整填料两大类。最古老的填料是拉西环；在国内外被认为较理想的是鲍尔环、矩鞍填料和波纹填料等，已被推荐为我国今后推广使用的通用型填料。填料的材质可为金属、陶瓷或塑料。

图4.68　拉西环填料

①散装填料

该类填料具有一定外形结构的颗粒体，散装填料的安装以乱堆为主。

A.环形填料

a.拉西环是最早出现的填料，是一个外径和高度相等的空心圆柱体（见图4.68），可用陶瓷、金属、塑料等材料制造。这种填料结构简单，易于制造，但在随机堆砌时易在外表面间形成积液他，使池内液体滞止，成为死区，影响其通过能力及传质效率。

b.鲍尔环是目前工业上应用最为广泛的填料之一。它也是外径和高度相等的空心圆柱体（见图4.69），不同的是在圆柱侧壁上冲出上下两层交错排列的矩形小窗，冲出的叶片一端连在环壁上，其余部分弯入环内，围聚于环心。鲍尔环一般用金属或塑料制造。装填入塔的鲍尔环，无论其方位如何，淋洒到填料上的液体，有的沿外壁流动，有的穿过小窗流向内壁，有的沿叶片流向中心。这样，液体分散度增大，填料内表面的利用率提高。弯向环心的叶片增大了气体的湍动程度，交错开窗缩小了相邻填料间的滞止死区，因此，鲍尔环的气掖分布较拉西环均匀，两相接触面积增大。此外，鲍尔环在较宽的气速范围内，能保持一恒定的传质效率，特别适用于真空蒸馏的操作。

图4.69　鲍尔环结构

c.阶梯环可用金属、塑料、陶瓷制造，塑料阶梯环有两种结构：米字筋阶梯环和井字筋阶梯环（见图4.70）。阶梯环的特点在于其一端具有锥形扩口。扩口的主要作用在于改善填料在塔内的堆砌状况。由于其形状不对称，使填料之间基本上为点接触，增大了相邻填料间的空隙，消除了产生积液池的条件。

B.鞍形填料

a.弧鞍填料（见图4.71）为对称开式弧状结构，一般用陶瓷制造，目前工业上已很少使用。

图4.70　塑料阶梯环结构

图4.71　弧鞍填料

b.矩鞍填料（见图4.72）一般用陶瓷或塑料制造，有效地克服了弧鞍填料重叠堆积的缺点，是目前工业上应用最广的乱堆填料之一。

图4.72　矩鞍填料结构

C.鞍环填料

鞍环填料（见图4.73）用薄金属板冲压而成。其特点是既保存了鞍形填料的弧形结构，又具有鲍尔环的环形结构和内弯叶片的小窗，且填料的刚度比鲍尔环高。鞍环填料能保证全部表面的有效利用，并增加流体的湍动程度，具有良好的液体再分布性能。因此，它有通过能力大、压力降低、滞液量小、容积质量轻，以及填料层结构均匀等优点，特别适用于真空蒸馏。

②规整填料

规整填料是由具有一定集合形状的元件，按均匀聚合图形排列，整齐堆砌，具有规整气液通道的填料。在规整填料中，由于结构的均匀、规则、对称性，规定了气液的通道，改善了沟流和壁流现象。与散装填料相比，在同等容积时可以提供更多的比表面积；而在相同比表面积时，填料的空隙率更大。故规整填料具有更大的通量、更小的压降、更高的传质传热效率。

A.丝网波纹填料（见图4.74）

图4.73　金属鞍环填料

图4.74　波网填料

由若干平行直立放置的波网片组成，网片的波纹方向与塔轴线成一定的倾斜角（一般为30°或45°），相邻网片的波纹倾斜方向相反。组装在一起的网片周围用带状丝圈箍住，构成一个圆柱形的填料盘。填料盘的直径略小于塔内径，填料装填入塔时，上下两盘填料的网片方向互成90°。

丝网波纹填料是用丝网制成的，它质地细薄、结构紧凑、组装规整，因而空隙率及比表面积均较大，而且丝网的细密网孔对液体有毛细管作用，少量液体即可在丝网表面形成均匀的液膜，因而填料的表面润湿率很高。

操作时，液体沿丝网表面以曲折路径向下流动，并均布于填料表面。气体在两网片间的交叉通道内流动，故气、液两相在流动过程中不断地有规律地转向，从而获得较好的横向温和，这就使得在塔的水平截面上，在两网片之间的横向均匀性较好。又因上下两盘填料互转90°，故每通过一盘填料，气液两相就作一次再分布，从而进一步促进了气液的均布。由于填料层内气液分布均匀，故放大效应不明显，这是波纹填料最重要的特点，也是波纹填料能用于大型填料塔的重要原因。

丝网波纹填料可用金属丝和塑料丝制成。目前，使用的金属丝有不锈钢、黄铜、磷青铜、碳钢、镍、蒙乃尔合金等；塑料丝网材料有聚丙烯、聚丙烯腈、聚四氟乙烯等。

B.板波纹填料

由于丝网波纹填料价格较高、容易填塞，因此，发展了板波纹填料。它的价格较低，刚度大，且可用金属、陶瓷及塑料等多种材料制成。

波纹板填料的单片是具有波纹的薄片，波纹的方向与水平成45°，波纹片上冲有φ0.4mm的小孔，开孔率约为12.6％。组片时单片竖直安放，并且相邻单片的波纹方向相互垂直交错，如此叠加组成圆盘或其分块。填料装入塔内时，上下填料盘的板片方位相互垂直。

金属波纹填料波纹片的表面都做过特殊纹路处理，以提高有效的传质表面积。目前，国内表面强化的方法大致为：表面压制成规则的条形纹路；表面压成穿透的φ0.4mm微孔。

金属板波纹填料液体成膜状流下，并在上下两盘填料接触处进行再分配，气体则连续、曲折地穿过填料，通量大、阻力小，而且传质效率高。但是，波纹板填料的缺点是不适合用于易结垢、析出固体、发生聚合，以及液体黏度较大的介质，而且造价高，装卸清理困难。

3）填料塔的附属结构

①液体分布装置

填料塔操作时，在任一横截面上保证气液的均匀分布十分重要。气速的均匀程度主要取决于液体分布的均匀程度，因此，液体在塔顶的初始均匀分布是保证填料塔达到预期分离效果的重要条件。液体分布装置的典型结构如下：

A.多孔型布液装置

a.排管式布液器（见图4.75）。液体由水平管的一侧（或两侧）引入，通过支管上的小孔向填料层喷淋。

图4.75　水平引入管的排管式布液器

b.环管式布液器（见图4.76）。按照塔径及液体均布要求，可分别采用单环管或多环管布液器，其小孔直径为φ3～φ8mm，最外层环管的中心圆直径一般取塔内径的0.6～0.85。

c.莲蓬头布液器（见图4.77）。优点是结构简单，制造、安装方便；主要缺点是小孔容易堵塞，不适于处理污浊液体。操作时液体的压力必须维持在规定数值，否则喷淋半径改变，不能保证预定的分布情况。这种喷洒器一般用于塔径小于600mm的塔中。

图4.76　多环管布液器

图4.77　莲蓬头布液器

B.溢流型布液装置

溢流型布液装置是目前广泛应用的分布器，特别适用于大型填料塔。它的优点是操作弹性大、不易堵塞、操作可靠和便于分块安装等。溢流型布液器的工作原理与多孔型不同，进入布液器的液体超过堰口高度时，液体通过堰口流出，并沿着溢流管（槽）壁呈膜状流下，淋洒至填料层上。

a.溢流盘式。溢流盘式布液器（见图4.78）由底板、溢流升气管及围环等组成。为了增加溢流管的溢流量及降低安装水平度的敏感性，在每个溢流管上开有三角形缺口，同时要求管于下缘突出分布板，以防止液体偏流。溢流管可按正三角形或正方形排列，分布板上应有φ3mm的泪孔供停工时排液。溢流盘式布液器可用金属、塑料或陶瓷制造。分布盘内径为塔内径的0.8～0.85，适用于塔径小于1 200mm、气液负荷较小的塔。

b.齿槽式。当塔径大于3 000mm时，因盘式分布板上的液面落差较大，影响液体的均匀分布，此时可采用齿槽式分布器（见图4.79）。液体先加入顶槽，再由顶槽流入下面的分布槽内，然后再由分布槽的开口处淋洒在填料上。分布槽的开口可以是矩形或三角形，这种分布器自由截面积大，工作可靠。

图4.78　溢流盘式布液器

图4.79　齿槽式布液器

C.冲击型布液装置

反射板式布液器是其中的一种，它是利用液流冲击反射板（可以是平板、凸板或锥形板）的反射飞溅作用而分布液体，如图4.80所示。最简单的结构为平板，液体顺中心管流下，冲击分散为液滴并向各方飞溅。反射板中央钻有小孔使液体得以喷射填料的中央部分。为了使飞溅更为均匀，可由几个反射板组成宝塔式喷淋器，如图4.81所示。宝塔式喷淋器的优点是喷淋的优点是喷洒半径大（可达3 000mm），液体流量大，结构简单，不易堵塞。缺点是当改变液体流量或压头时要影响喷淋半径，因此，必须在恒定条件下操作。

②液体再分布装置

体沿填料层向下流动时，由于周边液体向下流动的阻力较小，有逐渐向塔壁方向流动的趋势，即有“壁流”倾向，使液体沿塔截面分布不均匀，降低传质效率严重时使塔中心的填料能被润湿而形成“干锥”。为了克服这种现象，须设置液体再分布器。其作用是流经一段填料层的液体进行再分布，在下一填料层高度内得到均匀喷淋。

液体再分布装置的结构形式有分配锥，如图4.82所示。它的结构简单，适用于直径小于1 000mm的塔。锥壳下端直径为0.7～0.8倍塔径。除分配锥外还有槽形液体再分布器，如图4.83所示。它是由焊在塔壁上的环形槽构成，槽上带有3～4根管子，沿塔壁流下的液体通过管子流到塔的中央。另外，还有带通孔的分配锥，如图4.84所示。其通孔是为了增加气体通过时的截面积，避免中心气体的流速太大。

图4.80　反射板式喷淋器

图4.81　宝塔式喷淋器

③填料支承结构

填料的支承结构不但要有足够的强度和刚度，而且须有足够的截面积，使支承处不首先发生液泛。

常用的填料支承结构是栅板，对于直径小于500mm的塔，可采用整块式栅板（见图4.85），即将若干扁钢条焊在外围的扁钢圈上。扁钢条的间距约为填料环外径的0.6～0.8倍。对于大直径的塔可采用分块式栅板（见图4.86），此时要注意每块栅板能从人孔中进出。

如果填料的空隙截面积大于栅板的自由截面积，可采用开长圆孔的波形板（见图4.87），开孔波形板可做成分块式的，每块开孔波形板用螺栓连接。也可采用升气管式支承板（见图4.88），气体沿升气管齿缝上升，液体由小孔及齿缝底部溢流而下。

④塔顶破沫网

与板式塔相同。

⑤塔底防涡器

与板式塔相同。

图4.82　分配锥

图4.83　槽形再分配器

图4.84　带通孔的分配锥

图4.85　整块式栅板结构

（4）板式塔和填料塔的比较

板式塔和填料塔的比较是个复杂的问题，涉及的因素很多，难以用比较简单的方法明确地作出对比。下面简单地对两种塔的操作性能和经济费用作一比较，见表4.7。

图4.86　分块式栅板结构

图4.87　开孔波形板的支承结构

图4.88　升气管式支承板

表4.7　板式塔和填料塔的操作性能和经济费用对比

续表

（5）塔形选择的一般原则

塔形的选择应考虑以下因素：物料性质、操作条件、塔设备的性能，以及塔的制造、安装和维修等。

1）与物性有关的因素

易气泡的介质，如处理量不大时，以选用填料塔为宜。因为填料能使泡沫破裂，在板式塔中则易液泛。

具有腐蚀性的介质，可选用填料塔。如必须选用板式塔，则宜选用结构简单、造价便宜的塔盘，以便及时更换。

具有热敏性的介质，以防止热引起的分解和聚合，故可选用压降较小的填料塔形。当要求真空度较低时，也可用浮阀塔。

黏性较大的介质，可选用大尺寸填料。因为板式塔的传质效率较差。

含有悬浮物的介质，应选用液流通道较大的塔形，以板式塔为宜，不宜选用填料塔。

2）与操作条件有关的因素

若气相传质阻力大（即受气相控制的系统），宜采用填料塔，因为在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EO吸收塔），宜采用板式塔，因为在板式塔中液相呈湍流，用气体在液层中鼓泡。

液体负荷较小的，一般不易采用填料塔。因为填料塔要求一定量的喷淋密度。

对于液气比波动比较大的场合，板式塔优于填料塔，故宜用板式塔。

3）其他因素

对于多数情况，塔径小于800mm时，不宜采用板式塔，宜用填料塔。对于大塔径，对加压和常压操作过程，应优先选用板式塔；对减压操作过程，宜采用填料塔。

大塔以板式塔造价便宜。因为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。