浮閥塔板塔板是20世紀(jì)中期由美國(guó)科學(xué)家開(kāi)發(fā)的一種塔內(nèi)件，它以其特殊的浮動(dòng)機(jī)理和簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)受到了各國(guó)工業(yè)界的重視。在煉油、化工行業(yè)，泡罩塔板一直占據(jù)著主要地位，有著操作彈性大、不易堵塞、操作穩(wěn)定的特點(diǎn)。但它們壓降高、通量小，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不便于維修，浮閥塔板改變了這個(gè)現(xiàn)狀。浮閥塔板具有較高的操作彈性，尤其在氣液負(fù)荷變化較大時(shí)，仍然能夠保持較高的傳質(zhì)效率。浮閥塔板的主要優(yōu)點(diǎn)：①由于閥片可以隨著氣相流量的大小上下浮動(dòng)，氣相流動(dòng)通道可隨氣相流量自動(dòng)調(diào)節(jié)，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(dòng)方向，這樣就**地減小了霧沫夾帶量和板上液層高度，延長(zhǎng)了塔板上氣體和液體的接觸時(shí)間，傳質(zhì)效率大大提高；③相對(duì)于泡罩塔板，浮閥塔板的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，降低了塔板制造成本。

1.1圓形浮閥

1944年，I.E.Nutter設(shè)計(jì)了*原始的鼓泡閥式塔板，但是由于壓降大，結(jié)構(gòu)不合理而一直沒(méi)有實(shí)際應(yīng)用。1953年，Koch Engineering公司推出了盤(pán)式浮閥塔板。圓盤(pán)形浮閥塔板是國(guó)內(nèi)外應(yīng)用非常普遍的一種塔板，*早出現(xiàn)的是V1型浮閥塔板，我國(guó)也叫做F1型浮閥塔板，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。隨后又開(kāi)發(fā)出V4型浮閥塔板，它是在V1型浮閥塔板的基礎(chǔ)上進(jìn)行了結(jié)構(gòu)改進(jìn)，其閥孔采用文丘里結(jié)構(gòu)，有利于降低塔板阻力。

圓盤(pán)形浮閥塔板也有其自身的缺點(diǎn)：①相鄰浮閥之間，水平吹出的氣體相互沖撞，導(dǎo)致霧沫夾帶增加，且容易導(dǎo)致塔板上的液體返混；②當(dāng)氣速比較大時(shí)，圓形浮閥容易在閥孔中轉(zhuǎn)動(dòng)，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(chǎn)生傳質(zhì)死區(qū)；④塔板上密布著凸起的浮閥，當(dāng)物料黏性較大時(shí)，會(huì)阻礙物料在塔板上的流動(dòng)；⑤閥蓋的上方?jīng)]有鼓泡區(qū)，上方氣液接觸狀況較差，造成塔板的傳質(zhì)效率降低。

1.2條形浮閥

1944年，國(guó)外就已經(jīng)開(kāi)發(fā)了條形浮閥，但是當(dāng)時(shí)由于結(jié)構(gòu)不合理且壓降過(guò)高，一直都沒(méi)有工業(yè)化。1951年，Nutter推出了依靠自身質(zhì)量來(lái)控制閥片開(kāi)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(pán)形浮閥容易轉(zhuǎn)動(dòng)、易磨損的缺點(diǎn)，但是條形浮閥相鄰兩個(gè)閥體之間氣液沖撞更加嚴(yán)重，液面落差大，影響了塔板的處理能力。

從20世紀(jì)80年代中期以來(lái)，國(guó)內(nèi)對(duì)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(kāi)發(fā)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(dǎo)向浮閥塔板、組合導(dǎo)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(wěn)定性和流體力學(xué)性能，人們開(kāi)發(fā)了HTV（Half Tube Valve Tray）船形浮閥，其閥件和塔板結(jié)構(gòu)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(cè)均勻流線化的長(zhǎng)條形閥件，這樣的設(shè)置保證了氣體流道的順暢，減少了平頂浮閥產(chǎn)生的渦流，克服了普通浮閥的不穩(wěn)定狀態(tài)。HTV閥件在塔板上以長(zhǎng)軸與液流平行的方式進(jìn)行排列，減少了軸向的返混，有利于傳質(zhì)的進(jìn)行。中國(guó)石油大學(xué)在HTV閥件的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了BTV浮閥，并在化工、煉油行業(yè)應(yīng)用中取得了良好的效果。

1.4導(dǎo)向梯形浮閥

為了加強(qiáng)導(dǎo)向條形浮閥的推流的作用，20世紀(jì)90年代，天津大學(xué)將條形浮閥改進(jìn)為梯形浮閥，并因此開(kāi)發(fā)了新型的導(dǎo)向梯形浮閥，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。梯形的結(jié)構(gòu)大大改善了原有條形浮閥的推液作用，將原來(lái)吹向兩側(cè)的氣體，改為朝液流方向有一個(gè)夾角，這樣從閥兩側(cè)和導(dǎo)向孔出來(lái)的氣體共同對(duì)液流產(chǎn)生了向前的推液作用。

圖4導(dǎo)向梯形浮閥結(jié)構(gòu)示意

導(dǎo)向梯形浮閥與F1型浮閥塔板的性能對(duì)比具有如下優(yōu)點(diǎn)：①塔板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；②塔板壓降可降低15%~20%，氣相負(fù)荷下限可降低1/3左右，氣相負(fù)荷上限可提高10%~20%，操作彈性大大提高。導(dǎo)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(yīng)用，均獲得顯著效果。

1.5 ADV微分浮閥

清華澤華公司和美國(guó)AMT公司合作，對(duì)F1浮閥塔板進(jìn)行了改進(jìn)，開(kāi)發(fā)出了ADV微分浮閥塔板，其結(jié)構(gòu)如圖5所示。ADV浮閥塔板在原來(lái)的F1浮閥塔板上做了些創(chuàng)新，主要?jiǎng)?chuàng)新有：①在浮閥的閥頂上開(kāi)設(shè)小閥孔，以促進(jìn)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(dǎo)向功能，能夠消除塔板上的液位差；③在降液管區(qū)域設(shè)有向上突起的鼓泡促進(jìn)器；④對(duì)降液管和浮閥閥腿進(jìn)行改進(jìn)。ADV浮閥塔板具有傳質(zhì)效率高，漏液小等優(yōu)點(diǎn)，目前已在工業(yè)上得到應(yīng)用。

1.6固閥型塔板

固閥型塔板，是將全開(kāi)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(jié)構(gòu)介于浮閥和篩板之間。固閥和塔板是一個(gè)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(jié)構(gòu)。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(dòng)通道，相對(duì)于浮閥塔板來(lái)講，氣體流動(dòng)不需要支撐浮動(dòng)的閥蓋，其壓降要低于浮閥塔板。相對(duì)于篩板來(lái)講，氣體流動(dòng)是從閥孔水平流出，降低了霧沫夾帶，因此，在同等開(kāi)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(jì)70年代開(kāi)發(fā)的，其結(jié)構(gòu)如圖6所示。其主要特點(diǎn)為：浮閥表面為梯形，氣體流出方向和液流方向有一個(gè)向前的角度。中國(guó)石油大學(xué)的孫蘭義等開(kāi)發(fā)出了半橢圓固定閥塔板，使得氣體從側(cè)面吹出并帶有一定推動(dòng)液流的作用。天津大學(xué)為了增大固定閥吹動(dòng)面積和提高其導(dǎo)流作用，設(shè)計(jì)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(guò)來(lái)的，它們并不是單獨(dú)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，而是在將工程上得到良好驗(yàn)證的浮閥改造成固定閥塔板。基于固定閥壓降低、造價(jià)低、不出現(xiàn)卡死等優(yōu)點(diǎn)，這類固定閥也得到了良好的應(yīng)用。