Hiểu bố cục tháp
Nội bộ tháp là gì?
Cách chọn các bộ phận bên trong tháp dựa trên áp suất và ứng dụng
Các bộ phận bên trong tác động trực tiếp đến hiệu suất của tháp và các ứng dụng khác nhau đòi hỏi các bộ phận bên trong chuyên dụng. Sử dụng hướng dẫn lựa chọn nội bộ tháp này để tìm hiểu thêm về các thành phần trong tháp và cách chọn những thành phần tốt nhất cho các ứng dụng cụ thể.
Hiểu bố cục tháp
Mặc dù biết những gì bên trong tháp làm là quan trọng để hiểu hoạt động của tháp nhưng chúng chỉ chiếm một phần nhỏ của tháp. Xem cách các bộ phận bên trong phù hợp với bố cục tổng thể của tháp có thể giúp bạn hiểu hệ thống dễ dàng hơn.
Đầu tiên, hoạt động của tháp là trộn lẫn chất lỏng và khí. Bằng cách tối đa hóa diện tích bề mặt thông qua nhiều phương tiện đóng gói và kênh phân phối khác nhau, tháp có thể tăng diện tích bề mặt của chất lỏng tiếp xúc với khí. Trong khi các bộ phận bên trong đóng vai trò quan trọng trong việc phân tán đồng đều chất lỏng trong khí, thì phương pháp thêm chất lỏng lên trên cũng đóng một vai trò quan trọng không kém trong quá trình này cũng như việc lựa chọn lớp đóng gói bên trong.
Bên trong tháp, các thùng chứa hoặc khay, giá đỡ và bộ phân phối đảm bảo dòng chất lỏng và khí đồng đều. Thông qua sự chuyển khối lượng giữa chất lỏng và chất khí, tháp có thể thực hiện các nhiệm vụ hấp thụ hoặc chưng cất. Nhiều ngành công nghiệp sử dụng các cấu trúc này, chẳng hạn như xử lý nước, xử lý nước thải, xử lý hóa chất và loại bỏ ô nhiễm từ khí thải từ nhà máy.
Bố cục chung của tháp bao gồm một cửa vào ở phía trên dành cho chất lỏng và một cửa vào ở phía dưới dành cho khí. Khí di chuyển lên qua bộ phận phân phối và vật liệu đóng gói để trộn lẫn với chất lỏng. Chất lỏng phun xuống từ bộ phân phối ở phía trên vật liệu đóng gói. Hỗ trợ giữ từng lớp phương tiện đóng gói. Một bộ phân phối lại chất lỏng ở giữa ngăn không cho chất lỏng tích tụ dọc theo thành tháp.
Sự phân bố khối lượng này đảm bảo hiệu quả của tháp. Chất lỏng đã qua xử lý chảy ra khỏi đáy tháp và khí đã hấp thụ các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) từ nước thải ra từ đỉnh tháp.
Một số yếu tố ảnh hưởng đến thiết kế tháp, chẳng hạn như:
Loại, độ sâu và kích thước của phương tiện đóng gói
Tốc độ tải bề mặt
Tỷ lệ thể tích của không khí và nước
Bản thân tòa tháp phải có cấu trúc không phản ứng với các vật liệu bên trong. Do đó, các vật liệu phổ biến bao gồm nhựa có gia cố bằng thủy tinh, thép có lớp lót cao su hoặc polyetylen. Tháp có dạng hình trụ để cho phép phân phối chất lỏng đồng đều từ trên xuống.
Nội bộ tháp là gì?
Mỗi bộ phận bên trong của tháp đều có tác dụng hỗ trợ phân phối đồng đều chất lỏng và khí để cho phép truyền khối lượng tối đa. Mỗi thành phần đóng một vai trò quan trọng và phải phù hợp với nhu cầu về áp suất, chất lỏng và khí mà nó hoạt động. Các bộ phận không phù hợp có thể góp phần gây ra các vấn đề về tháp, chẳng hạn như tạo bọt và bám bẩn. Sau đây là các phần bên trong tháp phổ biến cần thiết để hoạt động hiệu quả:
1. Nhà phân phối chất lỏng
Nhà phân phối chất lỏng quan trọng phải rải đều một lớp chất lỏng lên vật liệu đóng gói. Tắc nghẽn, áp suất không đồng đều và các vấn đề khác ngăn cản sự phân tán chất lỏng trên diện rộng nhất sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả của toàn bộ tháp. Nhà phân phối chất lỏng có hai dạng chính được vận hành bằng trọng lực hoặc áp suất. Lực đằng sau chất lỏng cho biết nhà phân phối thuộc loại nào.
Nhà phân phối trọng lực sử dụng lực hấp dẫn để truyền một lớp chất lỏng đồng nhất vào tháp. Mặc dù những loại này có thể xử lý lượng chất lỏng lớn hơn loại áp suất nhưng chúng không có nhiều điểm thoát như các nhà phân phối chất lỏng áp suất.
Các loại thiết bị phân phối trọng lực bao gồm máng, ống nhỏ giọt và chảo. Để sử dụng bộ phân phối dạng máng, trước tiên, hãy đổ chất lỏng vào hộp chia tay. Từ hộp này, chất lỏng sẽ chảy đều vào máng và ra khỏi đáy bình phân phối. Mô hình này hoạt động tốt với các ứng dụng có khối lượng lớn hoặc những ứng dụng yêu cầu ngăn ngừa tắc nghẽn.
Ống nhỏ giọt và chảo nhỏ giọt đều là những loại thiết bị phân phối trọng lực có liên quan chặt chẽ với nhau. Cả hai đều có thiết kế cho phép khí di chuyển lên qua bộ phân phối thông qua các lỗ có bậc có độ cao khác nhau. Các lỗ hoặc ống nhỏ giọt cho phép chất lỏng đi qua. Đối với các ứng dụng gây tắc nghẽn, thiết kế ống nhỏ giọt hoạt động tốt hơn so với thiết kế dạng chảo.
Các nhà phân phối chất lỏng áp suất tiết kiệm chi phí hơn so với các mô hình trọng lực và sử dụng áp suất để ép chất lỏng qua các lỗ. Những thứ này cho phép nhiều hơi hơn chảy vào bộ phân phối. Tuy nhiên, chúng có thể bị ăn mòn nhiều hơn so với mô hình trọng lực.
Bộ phân phối chất lỏng áp suất bao gồm loại thang và vòi phun. Nhà phân phối kiểu thang có các ống phân nhánh được bố trí ở các góc 90-độ so với nguồn. Các lỗ trên cành cho phép chất lỏng chảy ra ngoài. Trong khi các đường ống dạng thang chứa được lượng chất lỏng lớn hoặc trung bình, các lỗ của chúng có thể bị tắc trong hệ thống gây tắc nghẽn hoặc khi chất lỏng có chất rắn hòa tan trong đó. Các nhà phân phối vòi phun phun tốt nhất nên gửi khối lượng chất lỏng nhỏ hơn qua các giường ngắn để truyền nhiệt hoặc nhà máy lọc dầu. Những nhà phân phối này không hoạt động tốt cho việc sử dụng chưng cất.
2. Lưới hỗ trợ
Lưới hỗ trợ có thể xử lý các vật liệu đóng gói ngẫu nhiên hoặc có cấu trúc. Các lưới này phải giữ các bộ phận đóng gói mà không để bất kỳ vật nào lọt qua trong khi vẫn cho phép đủ khí và chất lỏng chảy qua chúng. Khi sử dụng lưới đỡ với cách đóng gói ngẫu nhiên, lưới cần có các thanh trên đó để gắn vào các vòng đỡ.
Các lưới hỗ trợ được làm tốt sẽ đảm bảo diện tích mở tối đa, cung cấp hỗ trợ đầy đủ cho các giường đóng gói ở mọi chiều cao và đảm bảo hiệu suất cao của tòa tháp. Lưới hỗ trợ có nhiều loại vật liệu xây dựng, bao gồm nhựa gia cố bằng sợi thủy tinh (FRP), kim loại hoặc nhựa.
Trong các ứng dụng có lưu lượng khí thấp hoặc trung bình, lưới hỗ trợ đóng gói cũng có thể tăng gấp đôi như lưới giữ.
3. Lưới giữ xuống
Một lưới giữ, còn được gọi là bộ giới hạn giường, nằm trên vật liệu đóng gói để giữ cho vật liệu ở đúng vị trí. Đối với việc đóng gói có cấu trúc, sự dịch chuyển của tháp hoặc lũ lụt có thể làm dịch chuyển việc đóng gói. Tuy nhiên, bộ phận giới hạn lớp đệm phía trên lớp đệm sẽ ngăn cản vật liệu di chuyển.
Đối với việc đóng gói ngẫu nhiên, lưới giữ chặt thực hiện một nhiệm vụ thậm chí còn quan trọng hơn là ngăn chặn sự hóa lỏng của phần trên cùng của giường trong trường hợp có lũ lụt trong tháp. Lưới điện giữ lại đảm bảo khả năng kiểm soát hệ thống tốt hơn, ngay cả khi lũ lụt xảy ra. Lưới này phân phối áp lực đồng đều hơn trên toàn bộ đệm, giảm tác động của lũ lụt đóng gói ngẫu nhiên hoặc các sự cố khác.
Những lưới này sẽ nằm trên vật liệu đóng gói hoặc lắp đặt trên các bức tường của tháp.
4. Nhà phân phối lại chất lỏng
Không phải tất cả các tòa tháp đều yêu cầu sử dụng thiết bị phân phối lại chất lỏng. Tuy nhiên, đối với các ứng dụng có nhiều nguồn cấp chất lỏng, cần hút chất lỏng theo chiều ngang hoặc yêu cầu trộn tốt hơn các chất không giống nhau, bộ phân phối lại chất lỏng sẽ giúp ích. Những thiết bị này đặt dưới gầm giường, thu thập chất lỏng và phân phối lại đều vào phần dưới cùng của tháp. Các loại chính là bộ thu chất lỏng để rút ra và phân phối lại chất lỏng có lỗ.
Bộ thu gom để rút bao gồm ống dẫn hơi và ống dẫn có thể chuyển chất lỏng sang bể chứa. Các nhà phân phối chất lỏng dạng lỗ hứng chất lỏng từ tầng trên, trộn và phân phối lại theo mô hình đồng nhất thông qua các lỗ vào đáy tháp. Để phân phối chất lỏng tối ưu khắp tháp và trộn các chất lỏng khác nhau, bộ phân phối lại chất lỏng nên kết hợp với bộ phân phối. Cặp này cải thiện tính đồng nhất của sự lan truyền chất lỏng và hiệu quả của tháp.
5. Nhà phân phối gas
Thiết bị phân phối khí cung cấp hơi đồng đều vào tháp. Để tối đa hóa chiều cao của tháp, hãy lắp đặt một trong những thứ này ở dưới cùng của tháp. Một lựa chọn khác cho các tháp có nhiều luống là lắp đặt một ống dẫn nước giữa các luống. Do đó, hơi tươi trộn tốt hơn với chất lỏng và hơi từ đáy tháp.
Kích thước bộ phân phối khí phụ thuộc vào áp suất không khí, lưu lượng khí, nhiệt độ, cường độ máy nén và tốc độ thoát hơi.
Cách chọn các bộ phận bên trong tháp dựa trên áp suất và ứng dụng
Phần bên trong của tháp phụ thuộc rất nhiều vào áp suất của hệ thống và các loại vật liệu đóng gói. Tuy nhiên, những yếu tố này chỉ là một số trong rất nhiều yếu tố cần cân nhắc khi mua nội thất tháp. Tốc độ dòng chảy của hơi và chất lỏng cũng đóng vai trò quan trọng trong việc lựa chọn các bộ phận bên trong.
Các loại áp suất bên trong tháp
Sự thay đổi áp suất trong tháp có thể cao, thấp hoặc giảm đáng kể. Các thiết bị bên trong tháp phải đáp ứng nhu cầu áp suất của dòng hơi hoặc chất lỏng để tránh cản trở hiệu suất:
Áp suất thấp:Việc sử dụng chất lỏng ở áp suất thấp thông qua vòi phun có thể hoạt động tốt hơn với các khay vì đây là một trong hai công dụng chính của khay. Đóng gói có cấu trúc hoạt động tốt nhất khi áp suất của hệ thống dưới 2 atm (atm) và ở tốc độ chất lỏng thấp.
Áp suất cao:Trong các ứng dụng chưng cất áp suất cao, tốt nhất nên sử dụng phương tiện hoạt động tốt hơn với dòng chất lỏng cao hơn, chẳng hạn như khay hoặc gói ngẫu nhiên. Áp suất quá cao có thể làm hỏng một số bao bì ngẫu nhiên. Việc tư vấn với kỹ sư thiết kế sử dụng các thông số cụ thể của hệ thống áp suất cao có thể giúp tìm ra vật liệu đóng gói lý tưởng.
Chân không hoặc giảm áp suất:Trong các ứng dụng yêu cầu giảm thiểu sự sụt giảm áp suất, hãy sử dụng bao bì có cấu trúc để giảm tác động. Nếu việc đóng gói có cấu trúc không đủ, hãy sử dụng cách đóng gói ngẫu nhiên, có độ giảm áp suất thấp hơn so với khay.
Các yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn nội bộ tòa tháp
Các loại phương tiện được sử dụng để đóng gói bên trong tòa tháp cũng có vấn đề. Hàm lượng chất lỏng đi qua vật liệu và chiều cao của lớp đều sẽ là yếu tố quyết định lựa chọn cuối cùng:
Chất rắn trong chất lỏng:Đối với bất kỳ tình huống nào liên quan đến chất rắn đi qua tháp trong chất lỏng đã được xử lý, nhà phân phối chất lỏng dạng chảo và máng là lý tưởng. Chúng cho phép chất rắn lắng xuống trong khi cho phép chất lỏng đi qua.
Dòng khí nặng hoặc chất lỏng:Nhà phân phối máng lý tưởng cho các ứng dụng yêu cầu truyền khối lớn với dòng khí hoặc chất lỏng nặng. Nhờ thiết kế dạng rãnh côn nên đặc tính chỉnh âm rất tốt.
Xử lý nước thải:Đối với xử lý nước thải, vật liệu đóng gói giúp tăng cường sự phát triển của vi khuẩn có lợi sẽ cải thiện quá trình xử lý nước thải. Ví dụ: bao bì ngẫu nhiên MACH Engineering Bio-Media có thiết kế và vật liệu khuyến khích động vật nguyên sinh và nấm phân hủy chất hữu cơ trong nước thải. Lớp gói Mach Cascade Bio-Media có hình dạng cho phép chất rắn đi qua, giảm bám bẩn.
Vật liệu ăn mòn:Axit và các vật liệu ăn mòn khác trong chất lỏng hoặc hơi đòi hỏi vật liệu bền và không bị phân hủy. Vật liệu gốm có tính trơ và có thể chống lại tác hại của axit. Tuy nhiên, một số kim loại, chẳng hạn như thép không gỉ, có thể đủ cho một số hoạt động có hàm lượng muối, kiềm hoặc axit cao.
Chiều cao giường:Đối với các tháp đóng gói cần chiều cao đáy thấp hơn để đạt được kết quả tương tự, nhà phân phối đĩa tiết lưu có ống nhỏ giọt có thể cung cấp tỷ lệ quay vòng cao hơn mà không cần tăng chiều cao ống nâng.
Nhiều nguồn cấp dữ liệu và sản phẩm:Bộ phân phối lại chất lỏng có thể đáp ứng các tháp phải xử lý việc trộn các chất lỏng khác nhau hoặc nhiều nguồn cấp dữ liệu. Đối với việc trộn chéo các chất lỏng, sự phân bố vật liệu không đúng cách sẽ tăng lên rất nhiều khi không sử dụng thiết bị phân phối lại chất lỏng.
