Để tháp chưng cất có hiệu quả phân tách tối đa thì quá trình tiếp xúc lỏng-hơi trong tháp phải xảy ra đồng đều, triệt để. Vì vậy, người ta phải trang bị các cơ cấu bên trong tháp là đĩa hoặc đệm.
o Đĩa :
Có ba loại đĩa: Đĩa chóp, đĩa đục lỗ và đĩa van * Đĩa chóp
Trong các loại đĩa này, ống hơi được cố định, phía trên mỗi ống hơi được phủ một chóp mà thân chóp chìm trong lỏng. Điều này khiến cho hơi đi qua đĩa phải tiếp xúc với lỏng. Sự tiếp xúc này được đảm bảo bởi chiều cao của ống chảy chuyền so với thân chóp.
Đĩa chóp có độ linh động lớn tuy nhiên giá thành lại rất đắt. Do đó, đĩa chóp chỉ sử dụng cho các khu vực đặc biệt mà luôn luôn phải đảm bảo tính thường xuyên của quá trình tiếp xúc lỏng-hơi.
Hình 1.14: Đĩa chóp
* Đĩa đục lỗ:
Đĩa là tập hợp các lỗ đục, có cấu tạo đơn giản, dễ vệ sinh, có năng suất cao và hiệu quả tốt do bề mặt hoạt động lớn đồng thời cũng là loại rẻ nhất. Tuy nhiên, độ linh động của nó lại rất thấp (dễ bị ngập lụt) do đó rất khó ổn định áp suất trong.
Hình 1.15: Đĩa đục lổ
* Đĩa van:
Đĩa van có được các ưu điểm của đĩa đục lỗ, đặc biệt có năng suất cao và hiệu quả tốt đồng thời khắc phục được tính linh động kém của đĩa đục lỗ. Đĩa có các bộ phận làm bịt kín các lỗ khi lượng hơi không còn đủ để tránh khỏi hiện tượng rò rỉ lỏng qua lỗ ở chế độ thấp.
Người ta chia đĩa van làm hai loại:
Hình 1.16: Đĩa van
- Đĩa van có chân : sự di chuyển của chúng bị khống chế, giới hạn bởi các vấu hay hình dạng móc ở rìa các chân van. Đĩa chỉ có một chi tiết lắp trên mỗi lỗ do đó giá thành giảm (hình 1.17).
- Đĩa van có hộp : nắp lỗ chỉ di chuyển được bên trong một cái hộp được bắt cố định. Loại đĩa này có ưu điểm hơn vì hạn chế được sự ma sát của các chi tiết, nhờ vậy tránh được sự biến dạng của lỗ ( hình 1.18).
Hình 1.17: Đĩa van có chân Hình 1.18: Đĩa van có hộp
o Đệm:
Trong tháp đệm người ta bố trí vách ngăn có chứa đệm hình dạng khác nhau: hoặc là hình vành khuyên, hình trụ có tấm chắn, hình yên ngựa, hình vòng nhẫn, … để tăng diện tích tiếp xúc giữa hai pha. Khác với tháp đĩa, sự tiếp xúc lỏng hơi xảy ra liên tục do đó tăng hiệu quả chuyển khối giữa 2 pha và hiệu quả này càng cao khi diện tích tiếp xúc ngày càng lớn và chế độ thuỷ động giữa hai pha là chảy xoáy. Cấu trúc đĩa gây tổn thất áp suất khá lớn trong khi đệm lại khắc phục được nhược điểm này.
Đệm được phân thành hai loại tuỳ theo cấu tạo của chúng: - Đệm vrac: được sắp xếp ngẫu nhiên trong tháp.
- Đệm cấu trúc (structure): được sắp xếp trật tự theo thiết kế.
* Đệm vrac:
Đệm vrac được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp lọc dầu, phân thành hai nhóm: đệm vòng và đệm yên ngựa.
- Đệm vòng:
Thông thường nhất là đệm Rashing, vật liệu bằng kim loại, không khoét lỗ rãnh, dạng hình trụ có đường kính bằng với chiều cao. Nhược điểm chính của loại đệm này là sự phân bố kém pha lỏng và pha hơi giữa các bề mặt trong và ngoài. Nhược điểm này được khắc phục bởi đệm vòng Pall ( hình 1.19). Bề mặt đệm được khoét các rãnh lõm ở giữa thân đệm tạo sự lưu thông tốt giữa các pha, tăng năng suất và hiệu suất. Các đệm vòng này còn được cải tiến bằng cách giảm tỷ lệ chiều cao và đường kính, đó là đệm CMR của Glitsch, loại đệm này cho phép định hướng ưu tiên trục của đệm theo hướng thẳng đứng, do đó đối với một hiệu suất nhất định, năng suất sẽ tăng lên do các vòng đệm ở vị trí thẳng đứng làm cho lỏng dễ lưu thông hơn .
Hình 1.19: Vòng đệm Pall * Đệm cấu trúc:
Đệm cấu trúc thường được cấu tạo từ các lá kim loại nổi, uốn nếp gợn, bề mặt được xử lý sao cho tăng tính thấm ướt, làm tăng bề mặt tiếp xúc và sự chảy rối của pha lỏng- hơi, cho phép đạt hệ số chuyển khối lớn hơn. Bề dày của đệm rất nhỏ nên dễ bị ăn mòn nếu vật liệu chế tạo không tốt. Nhược điểm chính của đệm cấu trúc là không có khả năng chùi rửa và đặc biệt là không khử cốc được. Khi điều kiện làm việc được khống chế tốt nhằm tránh các nguy cơ đóng cặn hay tạo cốc thì đệm cấu trúc có ưu thế hơn về năng suất và hiệu suất dù giá thành hơi cao (hình 1.20).
Hình 1.20: Đệm cấu trúc kim loại Hình 1.21: Đệm cấu trúc ceramic
- Đệm lưới:
Hình 1.22. Đệm lưới
Đệm lưới là một kiểu đệm cấu trúc đặc biệt làm bằng các thanh kim loại được dập và lắp ráp tạo thành một mạng lưới. Đệm lưới có bề mặt tương đối nhỏ, cho hiệu suất
trung bình, được dùng cho các vùng làm việc dễ đóng cặn, dễ bị mài mòn mà đệm cấu trúc cổ điển không xử lý được (hình 1.22).
Các bộ phận phụ:
+ Bộ phân phối: sự vận hành của đệm phụ thuộc lớn vào quá trình phân bố pha hơi đi từ dưới lên và pha lỏng đi từ trên xuống. Do trở lực giữa các đệm là lớn nhất nên lỏng có xu hướng chảy ra thành tháp còn hơi lại đi lên ở tâm tháp (do sức căng bề mặt tại thành tháp của lỏng lớn hơn của hơi nên lỏng dễ bám vào thành hơn và đẩy hơi vào giữa tháp). Như vậy càng ở dưới thấp hiệu suất tiếp xúc lỏng-hơi càng giảm, do đó cần chia đệm thành nhiều tầng và cuối mỗi tầng cần phải có các thiết bị phân phối lại lỏng và hơi. Bộ phân phối lỏng có hai loại:
Bộ phân phối lỏng trọng lực: chất lỏng chảy tự do qua các lỗ, mỗi lỗ là một điểm phân bố nằm phía trên tầng đệm (hình 1.23).
Bộ phân phối lỏng áp suất: lỏng được phân chia đều trên đệm nhờ các ống phun sương. Thiết bị này ít hiệu quả hơn về tính đều đặn phân bố cũng như về độ linh động (hình 1.24).
Hình 1.23: Bộ phân phối lỏng trọng lực Hình 1.24: Bộ phân phối lỏng áp suất
+ Giá đỡ: đệm được đỡ bằng nhiều cách khác nhau tùy theo chúng là đệm Vrac hay đệm cấu trúc (hình 1.25)
+ Bộ phận tách giọt lỏng kéo theo: có chức năng giảm lượng lỏng cuốn theo trong dòng hơi. Chức năng này rất quan trọng khi cần bảo vệ hệ thống chân không, máy nén hay đơn giản để tránh ô nhiễm, tránh sự pha tạp làm giảm độ tinh khiết của các sản phẩm nhẹ bởi các giọt lỏng nặng bị kéo theo ( hình 1.26).