【板式塔难题】目前，在板式塔研究开发领域中仍长期存在阻力偏高、液面梯度导致的气体分布不均、液体流动和传质过程中存在的返混、处理易发泡物系工况下设备无法长期稳定运行等问题；上述问题在过去的长期研究过程中基本上没有突破性进展，导致塔板效率和塔盘适用范围无法在工业应用实践中得到大幅度提高，同时也成为板式塔技术创新的焦点问题。
板式塔中，拦液又称为带液或液泛，在气液接触过程中产生大量的气泡，这些气泡的稳定存在使得气液混合物体积成倍增加，液体流动严重受阻，导致塔板和降液系统液体大量累积，塔压降大幅提高、雾沫夹带严重。
但你知道“全逆流PFST塔板”吗？
图1 全逆流PFST塔板图
全逆流无返混喷射塔板，简称全逆流PFST塔板（发明专利号：201210513678.0），以全逆流和持液降泡两个新概念为指导思想，从理论计算到化工过程模拟计算，从实验数据的测量到塔板结构的优化，针对不同的问题提出了不同的结构改进。
塔板上存在液面梯度和液相返混等问题：
改进方式-----采用分隔流板（即导液槽）结构；
雾沫夹带问题及阻力问题：
改进方式-----采用立体喷射全逆流传质单元；
处理易发泡物系：
改进方式-----采用多个长窄条形大体积的降液槽，每个降液槽底部设有多个降液管。
一、全逆流无返混喷射塔板结构的论证
传统的塔板均为鼓泡态传质塔板，如F1浮阀或其衍生型式。这类塔板不能很好地解决大液量、易发泡、难分离物系的传质分离问题，原因在于：
现有塔板气液错流接触，液相在塔中径向流动过程中，存在浓度梯度，传质推动力降低，板效率下降；
大液量导致板上液面梯度增大，气体分布不均状况加剧；
易发泡物系，鼓泡态传质，无消泡能力，极易造成液泛；
现有塔板在塔壁附近存在滞流、偏流及环流，形成传质“死区”，板效率下降。
而全逆流PFST塔板是一种大液量多降液喷射塔盘。该塔盘降液系统采用多降液槽淋降的降液方式，气相采用喷射型传质单元，能够很好地解决大液气比造成传质效率下降、发泡等问题。
1、多降液
1.1、使得塔板上的各点的液相都处在一个初始浓度下(上层塔板下来的液体)，与气相的接触都处在一个较高的传质推动力下。塔板上的液体流动路程越长，传质推动力损失也大。
1.2、减小液面梯度，使得气体分布均匀。
1.3、在大液气比操作状况下，多降液能有效控制塔板上液层厚度，使得液层能控制在合理的范围。
2、喷射态传质效率高
2.1、喷射态塔板具有气液接触表面积大，因为液相被液体提升喷射形成了大量的液滴，分散态的液滴为气液接触提供了很高的表面积，这是与鼓泡态相比传质效率高的主要原因。
2.2、喷射态液相为分散相，液体被分散成为液滴，使得液相相内的分子传递路程与连续相的鼓泡态相比大为缩短，从而提升了传递速度。
3、具有消泡作用
喷射型塔板本身具有自消泡作用，特别适用于易发泡物系。气体携带液体并流进入帽罩，而不是像浮阀等塔板气体穿过板上液层，因而使塔板流动的液体基本上为不含气体的清液，故降液管液泛的可能性大为降低。
4、无返混
通过导液槽将塔盘上未接触液体(初始液)与接触后液体(尾端液)进行分隔，完全实现液相无返混，让汽液达到全逆流接触。该塔板还可做到横向上无液面梯度、浓度梯度、温度梯度。
5、阻力降低
喷射型塔板气体并不穿过板上液层，只需克服被气体提升的那部分液体的重力，所以造成的压降要小，塔板压降在低负荷时与F1型浮阀相当，高负荷时比F1浮阀低20%～30%，且负荷愈大，压降低的愈多。
6、处理能力大
喷射型塔板，由于帽罩的特殊结构,气体离开帽罩呈水平或向下方向喷出，这拉大了气液分离空间和时间，使气体雾沫夹带的可能性大为降低,这使塔板气体通道的板孔开孔率可大幅提高，一般可达20%～30%。而在开孔率相同时可允许操作气速比一般塔板高出1.5-2.0倍。
图2和图3分别为鼓泡态塔板和喷射式塔板的传质示意图和用高速相机拍摄的瞬间传质形态，从图例中可以看出，鼓泡态塔板气体进入塔板液层被分散气泡向上运动，液体随气泡做上下翻滚运动，这时气体为分散相，液体为连续相，而喷射式塔板（如全逆流PFST塔板），气体通过板孔向上将液体提拉、破碎、向罩顶撞击、折流侧孔喷射，这时气体为连续相，液体为分散相。
各种实验结果表明，与传统的浮阀塔板相比，全逆流PFST塔板具有传质效率高、雾沫夹带少，夹带返混低等特点。它实现了气液相在塔板的浓度均一，对气液相偏流具有很好的改善作用；降液区所占塔截面积很小，提高了塔截面的利用率，处理能力比传统的浮阀塔板提高至少20%以上；由于液体在塔板上的流动路程变短液位会相应的降低，降低了液面梯度，避免了液相在塔板上的返混现象，同时还能降低发泡，拦液、液泛问题得到有效解决；它具有传质分离设备所要求的压降小的特点。
几种塔板的优缺点对比
二、全逆流塔板的技术创新点
1、理论与技术创新
1.1、首次提出分隔流新概念并得以实现。分隔流即对塔盘上液体（初始液体与传质完成液体）进行分隔，依靠分隔流板（即导液槽）的设置，将塔盘上液相分隔，形成了未传质和完成传质两部分。实现了塔板无返混、无滞留、无偏流；同时保持每一个传质单元均在高推动力下进行传质，确保单体高效匀效与整体高效。这些特点是传统塔板不能做到的。
1.2、首次提出持液降泡概念。板式塔的降液管设计，尤其对于易发泡物系的分离，主要是从降液管的液泛考虑，以避免工业生产中出现液泛淹塔。
对于发泡物系降液管的设计，我们从减少气相返混的角度出发，采用加大降液槽的体积并控制液体流速来延长液体的停留时间，以便让更多的气泡从液体中溢出破碎，减少液体对气泡的夹带，实现降低气相返混的目的。
通过分流板将塔盘上未接触液体(初始液)与接触后液体(尾端液)进行分隔，完全实现液相无返混，让汽液达到全逆流接触。
该塔板还可做到横向上无液面梯度、浓度梯度、温度梯度。
2、结构创新
2.1、设置多个长窄条形降液槽、多个长窄条形受液槽均布在塔盘上，每个降液槽底部设有多个降液管，降液管上开有导液孔，降液管通过降液口伸入到降液槽内。
降液槽、受液槽设计为窄条状，所占塔截面积较小，特别适用于大液量的工况，与同等工况下的传统多降液管塔盘及淋降塔板相比，液位低，压降小，消除了气液鼓泡传质机制；
多个降液管的设计，实现液体分流，抗堵性强；通过调整降液槽的深度、降液管管径、降液管伸入降液槽的深度可以自由调整塔板上液层的厚度，即可调节液体停留时间，降低发泡，提高气液分离效率；
降液管上开的导液孔，是增加气液在降液管中的分离时间，增加降液管的操作弹性，降低雾沫夹带。
2.2、导液槽的设置，将已传质和未传质的液体进行隔离，使发生气液传质的液体可以直接从导液槽通过降液槽流到下一层塔盘，避免了与塔盘上的未发生气液接触的液体返混，使液体组分浓度与气体组分浓度之间形成最大差值，从而大幅提高了传质推动力和塔板效率。
2.3、传质单元采用立体喷射传质单元，发挥其气液喷射传质的高效率特性，重视气液接触时间和空间的提升，降低雾沫夹带，使之在整个塔板传质区的气液接触成为均布的、无错流的、喷射传质为主的过程，通过分流板将塔盘上未接触液体(初始液)与接触后液体(尾端液)进行分隔,完全实现液相无返混，让汽液达到全逆流接触。
该塔板还可做到横向上无液面梯度、浓度梯度、温度梯度。同时消除偏流、滞流和液面梯度的影响，使塔板效率得到全面提升。图4为全逆流PFST塔板的立体喷射过程示意图：
三、在碳四萃取工业领域的成功应用案例
1、C4分离萃取精馏改造
异丁烯装置由C4分离单元、丁烯异构单元、MTBE合成单元及MTBE裂解单元组成。其中C4分离单元处理能力为12万吨/年(不含醚后碳四)，选用MEK和NFM作为萃取剂，该物系的特点为液气比较大、易发泡且分离难度高。其核心设备为萃取精馏塔A、萃取精馏塔B、汽提塔，见图5。
2、C4萃取精馏塔、汽提塔、溶剂再生塔
该装置主体设备包括萃取精馏塔、汽提塔、溶剂再生塔。
该装置开车65小时后处理能力及产品指标即达到或优于设计值：异丁烷产品浓度98%（设计值≧96%），烯烃产品浓度66%（设计值≧60%），且装置运行平稳。萃取塔稳定运行时温度118.8℃，设计温度约为132℃，汽提塔稳定操作时温度165℃，设计温度172.9℃，两塔的蒸汽耗量明显低于设计值，节能效果显着。该技术体现出生产建立平衡快，运行稳，溶剂用量少（仅为设计值的60%），能耗低。
四、结论
综上所述，全逆流PFST塔板应用于C4萃取精馏各塔内件的改造，通过生产实践证明是成功且有效的：
1、全逆流PFST塔板非常适用于大塔径、液汽比大、易发泡难分离的物系，已成功应用在碳四深加工萃取精馏上。这项技术的成功应用为国内外的大液气比、易发泡物系分离塔的设计提供了新的工程范例。
2、全逆流PFST塔板技术，在提高板式塔性能方面实现了质的突破，增大了处理能力、提高了操作指标、降低了蒸汽消耗，同时降低了萃取剂的损失，而且在投资、增收、节能、环保的方面效益明显。
3、推广前景广阔：全逆流PFST塔板技术在国内化肥、炼油、石化、焦化、生化、制药、化纤等行业相似工况的项目有很好的推广价值，是一项投资少、见效快的新技术，具有显着的经济及社会综合效益。
在我国应用化工分离的塔器数以万计，该塔板技术具有广泛的适用性，随着技术的完善和推广应用，必将给行业带来巨大的经济效益和社会效益，预计达到50%市场占有率，将会在节能增收方面带来数百亿元的社会效益。随着产品推广深入，必将受到国内乃至国际市场的青睐。
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