浮閥塔盤

浮閥塔板塔板是20世紀中期由美國科學家開發的一種塔內件，它以其特殊的浮動機理和簡單的結構受到了各國工業界的重視。在煉油、化工行業，泡罩塔板一直占據著主要地位，有著操作彈性大、不易堵塞、操作穩定的特點。但它們壓降高、通量小，結構復雜，不便于維修，浮閥塔板改變了這個現狀。浮閥塔板具有較高的操作彈性，尤其在氣液負荷變化較大時，仍然能夠保持較高的傳質效率。浮閥塔板的主要優點：①由于閥片可以隨著氣相流量的大小上下浮動，氣相流動通道可隨氣相流量自動調節，增大了操作彈性；②與篩板相比，浮閥塔板的氣相是沿水平方向吹出，而不是垂直于塔板的流動方向，這樣就有效地減小了霧沫夾帶量和板上液層高度，延長了塔板上氣體和液體的接觸時間，傳質效率大大提高；③相對于泡罩塔板，浮閥塔板的結構簡單，降低了塔板制造成本。

1.1圓形浮閥

1944年，I.E.Nutter設計了最原始的鼓泡閥式塔板，但是由于壓降大，結構不合理而一直沒有實際應用。1953年，Koch Engineering公司推出了盤式浮閥塔板。圓盤形浮閥塔板是國內外應用非常普遍的一種塔板，出現的是V1型浮閥塔板，我國也叫做F1型浮閥塔板，其結構如圖1所示。隨后又開發出V4型浮閥塔板，它是在V1型浮閥塔板的基礎上進行了結構改進，其閥孔采用文丘里結構，有利于降低塔板阻力。

圓盤形浮閥塔板也有其自身的缺點：①相鄰浮閥之間，水平吹出的氣體相互沖撞，導致霧沫夾帶增加，且容易導致塔板上的液體返混；②當氣速比較大時，圓形浮閥容易在閥孔中轉動，與塔板之間造成摩擦，使浮閥容易磨損、脫落；③由于塔板邊緣不能安裝浮閥，所以塔板邊緣容易產生傳質死區；④塔板上密布著凸起的浮閥，當物料黏性較大時，會阻礙物料在塔板上的流動；⑤閥蓋的上方沒有鼓泡區，上方氣液接觸狀況較差，造成塔板的傳質效率降低。

1.2條形浮閥

1944年，國外就已經開發了條形浮閥，但是當時由于結構不合理且壓降過高，一直都沒有工業化。1951年，Nutter推出了依靠自身質量來控制閥片開度的條形浮閥塔板。主要有P型條形浮閥（圖2）和BDP型條形浮閥兩種。條形浮閥克服了圓盤形浮閥容易轉動、易磨損的缺點，但是條形浮閥相鄰兩個閥體之間氣液沖撞更加嚴重，液面落差大，影響了塔板的處理能力。

從20世紀80年代中期以來，國內對條形浮閥塔板的研究比較活躍，基于P型條形浮閥和BDP型條形浮閥的缺陷，開發了很多種新型浮閥塔板，例如L1條形浮閥塔板、T形排列條閥塔板、HTⅤ船型浮閥塔板、BTⅤ浮閥塔板、導向浮閥塔板、組合導向浮閥塔板、高彈性浮閥塔板等等。


1.3 HTV船形浮閥塔板

為了提高條形浮閥升起的穩定性和流體力學性能，人們開發了HTV（Half Tube Valve Tray）船形浮閥，其閥件和塔板結構如圖3所示。從圖3中可以看出，HTV船形浮閥將普通條形浮閥的平頂閥件改為具有下凹半圓形并在兩側均勻流線化的長條形閥件，這樣的設置保證了氣體流道的順暢，減少了平頂浮閥產生的渦流，克服了普通浮閥的不穩定狀態。HTV閥件在塔板上以長軸與液流平行的方式進行排列，減少了軸向的返混，有利于傳質的進行。中國石油大學在HTV閥件的基礎上開發了BTV浮閥，并在化工、煉油行業應用中取得了良好的效果。

1.4導向梯形浮閥

為了加強導向條形浮閥的推流的作用，20世紀90年代，天津大學將條形浮閥改進為梯形浮閥，并因此開發了新型的導向梯形浮閥，其結構如圖4所示。梯形的結構大大改善了原有條形浮閥的推液作用，將原來吹向兩側的氣體，改為朝液流方向有一個夾角，這樣從閥兩側和導向孔出來的氣體共同對液流產生了向前的推液作用。

圖4導向梯形浮閥結構示意

導向梯形浮閥與F1型浮閥塔板的性能對比具有如下優點：①塔板結構簡單；②塔板壓降可降低15%~20%，氣相負荷下限可降低1/3左右，氣相負荷上限可提高10%~20%，操作彈性大大提高。導向浮閥塔板已代替F1型浮閥塔板在煉油廠常減壓塔、煤氣廠脫苯塔、乙醇裝置中得到應用，均獲得顯著效果。

1.5 ADV微分浮閥

清華澤華公司和美國AMT公司合作，對F1浮閥塔板進行了改進，開發出了ADV微分浮閥塔板，其結構如圖5所示。ADV浮閥塔板在原來的F1浮閥塔板上做了些創新，主要創新有：①在浮閥的閥頂上開設小閥孔，以促進浮閥上方液體鼓泡，增加浮閥上方的氣液接觸；②部分ADV微分浮閥具有一定的導向功能，能夠消除塔板上的液位差；③在降液管區域設有向上突起的鼓泡促進器；④對降液管和浮閥閥腿進行改進。ADV浮閥塔板具有傳質效率高，漏液小等優點，目前已在工業上得到應用。

1.6固閥型塔板

固閥型塔板，是將全開浮閥的形式固定在塔板上，而其制作方式又類似于沖孔的方式，故其結構介于浮閥和篩板之間。固閥和塔板是一個整體，其形狀可以被制作成方形、圓形或者其他成熟浮閥的結構。這種方式便于加工，降低了制作成本，且性能處于浮閥和篩板之間。閥蓋和閥腿之間的空隙為氣體流動通道，相對于浮閥塔板來講，氣體流動不需要支撐浮動的閥蓋，其壓降要低于浮閥塔板。相對于篩板來講，氣體流動是從閥孔水平流出，降低了霧沫夾帶，因此，在同等開孔率下處理能力比篩板塔大。V-Grid固閥塔板是Nutter公司20世紀70年代開發的，其結構如圖6所示。其主要特點為：浮閥表面為梯形，氣體流出方向和液流方向有一個向前的角度。中國石油大學的孫蘭義等開發出了半橢圓固定閥塔板，使得氣體從側面吹出并帶有一定推動液流的作用。天津大學為了增大固定閥吹動面積和提高其導流作用，設計了三角固定閥和十字交叉型固定閥。

有一類固定閥塔板是從浮閥塔板改造過來的，它們并不是單獨設計開發，而是在將工程上得到良好驗證的浮閥改造成固定閥塔板?；诠潭ㄩy壓降低、造價低、不出現卡死等優點，這類固定閥也得到了良好的應用。