板式塔設計核心：負荷性能圖（水力學(xué)圖）

在我們對一個(gè)板式塔進(jìn)行設計的時(shí)候，設計的塔結構（塔徑、閥孔數、板間距等）將決定這個(gè)塔的操作性能以及操作彈性是否達標。那我們通過(guò)什么指標來(lái)判斷塔的設計參數是否滿(mǎn)足要求呢？20世紀60年代，沈復教授等人在國內首次推出了浮閥塔板和固舌塔板負荷性能圖分析方法，將塔板自身結構性能所產(chǎn)生的適宜操作范圍與工藝負荷有機結合起來(lái)，成為我國精餾塔設計與操作分析的主流方法。

上圖是板式塔的主要操作結構及狀態(tài)，液體自上而下，水平穿過(guò)塔板；氣體自下而上，通過(guò)泡罩穿過(guò)塔板，氣液在塔板上充分接觸，塔板上方會(huì )有一定的液沫（霧沫）區域（氣體夾帶液滴）。

而一個(gè)塔如果設計不合理，會(huì )出現一些非正常操作工況，負荷性能圖就是針對這些工況來(lái)為塔的適宜操作區域劃定邊界，負荷性能圖以液相負荷和氣相負荷為橫坐標及縱坐標，下面我們就把非正常工況和負荷性能圖二者結合起來(lái)為大家講解。

（1）霧沫夾帶線(xiàn)（2）液泛線(xiàn)（3）漏液線(xiàn)

（4）液相負荷上限線(xiàn)（5）液相負荷下限線(xiàn)

（R）操作線(xiàn)（P）操作點(diǎn)

（1）霧沫夾帶線(xiàn)。在霧沫夾帶線(xiàn)上方，氣相負荷較大，此時(shí)氣速更大，氣體從塔板下方穿過(guò)塔板時(shí)就會(huì )夾帶更多的液滴，且霧沫高度會(huì )更高，當霧沫高度達到上一層塔板時(shí)，少部分液體會(huì )被氣體直接帶到上一層塔板，這樣就造成了液相的返混，塔板效率就會(huì )下降。所以霧沫夾帶線(xiàn)下方為正常操作區域。

（2）液泛線(xiàn)（淹塔線(xiàn)）。由于全塔自上而下壓力上升，液體要從上往下流動(dòng)，同時(shí)克服降液管阻力以及在塔板上橫向流動(dòng)時(shí)的阻力，降液管內的液面一定比塔板液層液面要高，當降液管內液面高到與上一塊板堰口齊平時(shí)，造成降液管液泛（淹塔）現象，塔板效率急劇下降。所以液泛線(xiàn)左下方為正常操作區域。

（3）漏液線(xiàn)。漏液線(xiàn)下方，氣相負荷過(guò)小，氣體通過(guò)塔板的氣速也就小，這樣如果上升的氣體托不住塔板上方的液體，液體就會(huì )由于重力通過(guò)閥孔直接往下漏，形成漏液。這樣部分液體沒(méi)有經(jīng)過(guò)很好的接觸就進(jìn)入下層塔板，傳質(zhì)效果下降。所以漏液線(xiàn)的上方為正常操作區域。

板式塔的一些非正常操作工況

（4）液相負荷上限線(xiàn)（降液管超負荷線(xiàn)）。液相負荷上限線(xiàn)右側，液相負荷過(guò)大，那么液體在降液管的流速就會(huì )變快（停留時(shí)間就會(huì )變短），上層塔板液體在進(jìn)入降液管時(shí)是夾帶有氣泡的狀態(tài)，如果在降液管停留時(shí)間過(guò)短，氣泡沒(méi)法破裂讓氣體往上走，則會(huì )被夾帶到下一層塔板，造成氣相的返混，俗稱(chēng)氣泡夾帶（和霧沫夾帶類(lèi)似），塔板效率也會(huì )下降。所以，液相負荷上限線(xiàn)左側為正常操作區域。

（5）液相負荷下限線(xiàn)。液相負荷下限線(xiàn)左側，液相負荷過(guò)小，液層在塔板上的分布則更容易不均勻，這樣氣體在上升的過(guò)程中更傾向于往阻力小的塔板區域通過(guò)，而阻力大的地方，液層更厚，但是氣速更小，易造成局部漏液。所以液相負荷下限線(xiàn)右側為正常操作區域。

依據以上五條線(xiàn)，圍成的區域就是正常的塔操作區域，但是，為了保證塔擁有更好的操作彈性（可承受進(jìn)料波動(dòng)等），圖中P點(diǎn)為較優(yōu)的操作點(diǎn)，操作線(xiàn)在R₁和R₂之間較優(yōu)。

總而言之，只有明白每一條線(xiàn)的含義，以及精餾塔每一個(gè)結構的調整對塔操作狀態(tài)的影響，才能在水力學(xué)分析出現問(wèn)題時(shí)，準確的調整參數使操作狀態(tài)回到正常區間。如果這個(gè)掌握不了，那么水力學(xué)分析就只能靠運氣了。