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塔板研究的最新进展
1.前言
塔设备在炼油、化工、制药等过程工业中占有重要地位，其性能的优劣、技
术水平的高低将直接影响产品的质量、产量、回收率、经济效率等各个方面。因此研究和使用新型的塔设备对于强化气液两相传质过程及工业生产具有重要的意义。
塔设备主要分为板式塔和填料塔。板式塔和填料塔在过去几十年中的发展速度有快有慢，竞争能力时有强弱。但由于板式塔结构简单、成本低廉而且在设计与操作方面已具备较成熟的经验，因此，在工业生产领域，仍然以板式塔为主。但板式塔与高效规整的填料相比也有自身的缺点：其通量较小、压降较大、效率也较低[1]。因此，随着科学技术的发展以及工业生产的需要，设计新型的、高效的、经济的板式塔已势在必行。
作为板式塔的核心部件—塔板，成为了研究的重点。针对以往普通塔板的缺点，近年来国内外各大塔器生产商在保留传统塔板优势的基础上，设计出了许多满足大通量、低压降等有利于工业生产的新型塔板，用以改造原来的塔板。
2.主题
2.1 国内关于塔板研究的最新进展
由于国内板式塔的发展历史较工业发达的西方国家要短得多，因此国内以前
使用的板式塔塔板，很多都是由西方引进并改造而成的。但是，随着国内化工设备研究水平的提升，国内的一些塔器生产商、研究院所及一些高校，已经研制出一批满足工业要求、高性能的新型塔板。
这些新型塔板，按照塔板的类型分，可分为：新型浮阀塔板[2]、新型筛板塔板[3]、复合塔板[4]及立体喷射型塔板[5]。其中，新型浮阀塔板包括能显著提高塔板效率、降低塔板压降的Varioflex-Valve Trays(V-V浮阀）、FSV浮动筛片塔板、BVT4浮阀塔板及半椭圆固定浮阀塔板等；新型筛板塔版主要有新型高效导向筛板、MD筛板、带挡板的筛板、多降液管筛板、大通量筛板等，这些塔板能提高塔的生产能力、塔板效率，降低塔板压降和成本；复合塔板是由穿流筛板与规整填料相结合的新型塔板，兼具板式塔和填料塔的某些有点，因而并没有固定的分类；立体喷射型塔板主要有新型垂直筛板和立体传质塔板，这两种塔板都能很好的增大传质面积、进行气液分离，并减小塔的雾沫夹带。
2.2 国外关于塔板研究的最新进展
国外使用板式塔的历史已经超过百年，因此，在板式塔的设计及塔板的研究上比国内要先进[6]。随着工业生产节能、高效、环保的需要，国外也研制出一批新型的塔板。由于板式塔塔板的种类有很多，如筛板、浮阀塔板、泡罩塔板、射流塔板[7]等，因此，新型塔板的种类也有很多。但是，在这些新型塔板中，虽然有些塔板的种类不同，但设计特点及功能是相似的，因此从这个方面来介绍这些新型塔板[8]。
（1）强化利用液体进、入口面积并配备新型降液管的设计
这类塔板主要是增加气相的处理量，从而达到改善塔的工作性能的目的。 这
种新型塔板的代表主要有V--V塔板、ECMD塔板和SUPERFRAC塔板[9]等。通过V--V塔板的液体与支撑杆及顶板碰撞，增大相际面积，从而提高传质效率。V--塔板适用于高、中、低气体流速的工况，因而具有较大的操作弹性。ECMD塔板用挡板--齿缝筛板代替以前的大孔径筛板，降液管布置在塔板中间，且相邻两塔板的降液管以特定角度交错排列，使两板间距变小，从而用更多塔板来提高塔板效率。SUPERFRAC塔板通过使用不同的降液管，如扇形降液管、主降液管和辅助降液管共同使用等，来提高塔板的处理能力。 （2）强化鼓泡面积的设计
这类塔板主要采用特殊的微型浮阀提高传质效率，在保持甚至提高传统塔板传质效率和操作弹性的基础上，增加塔板上气液的处理能力。这种新型塔板的主要代表为Nye塔板和VORTEX塔板[10]。Nye塔板上没有受液盘，整个板面都为开孔区域，可使板上筛孔的布置区域扩大，使原来受液盘区域变为传质区，从而增大了有效鼓泡面积，进而提高塔板的气相通量。VORTEX塔板在结构上设计了一种独特的悬挂式防漩涡降液管，从而使塔板在不降低传质效率的前提上，显著提高塔内气、液负荷能力。 （3）强化塔板传质的设计
这类设计主要是通过改变气、液两相的接触形式来强化传质过程，达到提高效率、增大通量的目的。这类新型塔板的主要代表为Swirl板和Ultra-Frac tray塔板[11]。Swirl塔板是在塔板上安装一系列的泡罩阀，高速气流通过罩阀时将液相吸入罩内完成气液接触。而后一种塔板，主要利用气相高速旋转产生的向心力将液相充分混合后再抛出泡罩外以实现气液分离，在这个过程中同时进行传质。 此外，除了具有以上几种功能的塔板外，还有一些具有其他特殊功能的新型塔板也已经研制成功，如用于处理含有较多固体颗粒物料的塔板--P--K筛孔（缝）塔板及降低雾沫夹带的SLIT塔板[12]等。
3.总结
以上所述的是国内外一些已经研制成功的塔板，但随着工业生产的发展，塔设备的研究与改进依旧不会停止。对于板式塔，今后的研究重点可能会从针对提高塔板效率转向针对某些特定的问题上（如低压降、大通量、气液流动和接触均匀）的新型塔板上来，但更多的工作应集中在已有的优秀塔板的研究与应用上。在今后的研究工作中，以下几个方面应该得到重视[8]：
(1) 工艺条件与塔内件的更新、改造及其一体化匹配技术，针对不同的工艺要求和塔内不同截面的气、液负荷采用最经济合理的高效塔板，使塔的整体操作费用与投资费用之和最省。
（2）塔内件结构、材质的改进或更新。
（3）整塔的精心设计、制造、安装和操作，以及对于老塔改造中置换、安装和开工技术。
（4）故障检测和诊断技术现代化。先进的检测和诊断技术可以提高科研水平、指导生产，对于延长塔的使用周期有很大的帮助。 （5）设计方法的理论化、普遍化和精确化。
（6）小型热模--大型冷模--计算机模拟放大相结合的放大策略。
4.参考文献
[1] 杜佩衡，董艳河，黄敬，等.国外塔板技术的最新发展[J].河北工业大学学
报，2003,13（2）
[2] 徐孝明，周青，沈复.国内外气液传质设备的一些发展趋势[J].福建：化工设备杂志社，1994，（13）:22～28.
[3] 曹纬.国内外板式塔的新进展与新分离技术开发[J].北京：石油工业出版社，1999,28（4）：39～41.
[4] 宋海华，杜英生.蒸馏技术的新进展[J].福建：化工设备杂志社，1997,17（8）：13～17. [5] 郑津洋，董其武，桑芝富.过程设备设计[M].北京：化学工业出版社，2008. [6] 谭天恩，窦梅，周明华，等.化工原理[M].北京;化学工业出版社，2008. [7] 付有成，王崇智.板式精馏技术进展[J].北京：石油工业出版社，2000,18（4）：232～236.
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[10] 时铭显.石油化工装备研究的展望[J].北京：石油工业出版社，1997,28（1）：1～5.
[11] Bravo.J.L Column Intemal[J].Cheng Eng,1998,105（2）;76～83. [12] Breavo.J.L.Kuster.K.A.Tray Technology for the New Millennium.[J].C.E.P,2000,96(11):33～37.