化工原理(下册)教学课件.ppt

化工原理(下册)图解法求理论板数芬斯克方程若待分离的混合液为水溶液，且水是难挥发组分，即馏出液中主要为非水组分，釜液为近于纯水，可采用蒸汽直接加热塔高和塔径的计算热量衡算2.再沸器的热负荷精馏过程的节能：热泵精馏多效精馏间歇精馏特点：非稳态过程釜液随时间变化，塔内操作参数也随位置和时间变化只有精馏段基本操作方式：馏出液组成恒定，回流比不断加大回流比恒定，馏出液浓度不断变小回流比恒定时的间歇精馏计算1.理论板层数先计算最小回流比，最确定R图解理论板层数2.操作每一瞬间如下图所示3.各参数关系式馏出液组成恒定时的间歇精馏计算1.理论板层数先计算最小回流比，最确定R图解理论板层数2.确定xW和R的关系3.计算一批操作的汽化量化工原理(下册)第二章吸收相平衡理论享利定律： 扩散原理菲克定律：等分子扩散：非等分子扩散：单相内的对流传质涡流扩散对流传质双膜理论当气液两相接触时，两相之间存着稳定的相界面，界面两侧各有一个很薄的停滞膜，吸收质以分子扩散方式通过此二膜层由气相主体进入液相主体在相界面处，气液两相达到平衡在两个停滞膜以外的气液两相主体中，由于流体充分湍动，物质浓度均匀板式塔中的理论板概念与精馏塔中相同。

一、理论板层数的计算 1.梯级求解法下图表示一逆流操作的板式吸收塔BT为操作线OE为平衡线2.3.5 板式塔 2.解析法求理论板层数对于低浓度气体吸收操作：在两板间A组分物料衡算：Y= (X-X0)+Y 平衡关系：X=(Y-b)/m，X0=(Y0-b)/m Y= (X-X0)+Y= (Y-Y*0)+Y 令： ，则有 Y=A(Y-Y*0)+Y=(A+1)Y-AY*0 同理：Y=(X-X0)+Y= A(Y-Y*0)+Y=A(A+1)Y-AY*0 - Y*0 + Y=(A2 +A+1)Y-(A2+A)Y*0 YN+1=(AN+AN-1+A2 +A+1)Y-( AN+AN-1+A2+A)Y*0YN+1 -Y*0=(AN+AN-1+A2 +A+1)Y-( AN+AN-1+A2+A+1)Y*0=(AN+AN-1+A2 +A+1)( Y+ Y*0) 或 克列姆塞尔方程 已知：YN+1=Y 1，YI =Y 2及则： 式左端表示吸收塔的吸收率与理论吸收率的比值，称相对吸收率 ，或 克列姆塞尔算图的两种形式(其中S=1/A) 2.4吸收系数的准数关联式 传质过程常用准数 施伍德（Sherwood）准数：包含待求的吸收膜系数气相： 液相： 式中：l_特征尺寸，填料塔的直径 施密特（Schmidt）准数：反映物性影响的准数 雷诺准数：反映流动状况的影响 式中：de为填料层的当量直径； G气体空塔质量速率kg/(m2s) W液体空塔质量速率kg/(m2s) 伽利略（Gallio）准数：反映液体所受重力与粘滞力的相对关系 计算气膜吸收系数的准数关联式 或 适用于ReG=2103-3.5104、ScG=0.6-2.5、P=10.1-303kPa(绝压) 的范围内式中：=0.023、=0.83、=0.44，特征尺寸l为湿壁塔塔径,m。

对于拉西环：=0.066、=0.8、=0.33，特征尺寸l为单个拉西环填料的外径,m 计算液膜吸收系数的准数关联式或 式中：特征尺寸l为填料直径m 经验公式 用水吸收氨：主要阻力在气膜，气膜吸收经验式为： ( )式中：G_气相空塔质量速度， W_液相空塔质量速度，适用条件：在填料塔中用水吸收氨；直径为12.5mm的陶瓷环形填料 常压下用水吸收CO2：主要阻力在液膜中 或 式中：U_喷淋密度，即单位时间内喷淋在单位塔截面积上的液体体积， 或 适用条件：常压下填料塔中用水吸收二氧化碳；直径为1032mm的陶瓷环；喷淋密度U=320m/h；气体空塔质量速度130580kg/(m.h)；温度为2127 用水吸收二氧化硫：气膜、液膜都占一定比例 式中：c为常数，适用条伴：气体的空塔质量速率G为320-4150kg/(m2.h) ，液体的空塔质量速率W为4400-58500kg/(m2.h) ；直径为25mm的环形填料温度1015202530c0.00930.01020.01160.01280.0143第三章蒸馏与吸收设备高径比很大的设备称为塔蒸馏塔和吸收塔为获得最大的传质速率，塔设备应该满足两条基本原则；使气、液两相充分接触，适当湍动，以提供尽可能大的传质面积和传质系数，接触后两相又能及时完善分离；在塔内使气、液两相具有最大限度的接近逆流，以提供最大的传质推动力。

塔设备性能评价指标：通量：单位塔截面的生产能力分离效率：单位压降塔的分离效果板式塔以板效率表示，填料塔以等板高度表示)适应能力(操作弹性)：表现为对物料的适应性及对负荷的适应性板式塔：适用于大装置、干净、不起泡的溶液，低和中等的液体流量条件优点是结构简单，金属耗量少，投资低，板效率高缺点是必须维持恒定的操作条件，负荷范围比较窄另外小孔径筛孔容易堵塞填料塔：使用最广泛的吸收设备适用于有腐蚀、容易起泡、高的液气比和要求压降小的条件下优点是结构简单，气液接触效果好，压降小，操作稳定、操作弹性大缺点是当烟气中含有悬浮颗粒时，填料容易堵塞，清理检修时填料损耗大喷洒塔：适用于要求压力降小、气体中有固体颗粒的条件下吸收剂一般都循环使用优点是结构简单，造价低廉，能用于吸收沾污严重的气体缺点是效率低，这是田于气体返混及喷淋密度较低所致板式塔一、塔板类型1.筛板塔板优点：结构简单，造价低廉，气体压降小，板上液面落差也较小，生产能力及板效率均较高缺点：操作弹性小，筛孔小时容易堵塞2.泡罩塔板优点：因升气管高于液面，不易发生漏液现象，有较好的操作弹性，不易堵塞缺点：塔板结构复杂，金属耗量大，造价高，塔板压降大，雾沫夹带严重，限制了气速提高，生产能力及效率均较低。

3.浮阀塔板 兼有筛板塔和泡罩塔的优点类型：F1型浮阀(国外称V-1型)、V-4型浮阀(适用于减压) 以及T型浮阀(适用于含颗粒状或易聚合物料) 优点：生产能力大、操作弹性大、塔板效率高、气体压降及液面落差较小、造价低（分别为泡罩塔的60-80%，为筛板塔的120-130%）4.喷射型塔板 舌形塔板、斜孔塔板二、塔板的流体力学性能评价塔设备性能的主要指标：生产能力、操作弹性、塔板效率、塔板压强降等塔板的流体力学性能：塔板压降、液泛、雾沫夹带、漏液、液面落差等塔板压降：上升气流通过塔板时要克服的阻力有：塔板本身的干板阻力、板上充气液层的静压强、和液体的表面张力气体通过塔板时克服这三部分阻力就形成了该板的总压强降 Pa or m液柱 液泛：液体不能顺利排出塔外而导致液体在塔内积累并依次上升的现象称为液泛，亦称淹塔气速过大或液体流量过大会发生该现象雾沫夹带：上升气流穿过塔板上层液时，将板上液体带入上层塔板的现象称为雾沫夹带空塔气速雾沫夹带；塔板间距雾沫夹带规定：每kg上升气体夹带液体到上层塔板的量不超过0.1kg漏液：上一板液体经孔道漏到下一板的现象主要原因：气速过小或板上液体分布不均漏液量达10%的气流速度为漏液速度，是塔操作的下限气速。

液面落差：当液体横过板面时，克服流动阻力所需的液面落差板结构越复杂液体流动阻力越大负荷性能图：1-雾沫夹带线2-液泛线 3-液相负荷上限线 4-漏液线5-液相负荷下限线操作弹性三、板式塔的工艺设计工艺设计步骤：根据设计任务和工艺要求确定设计方案；根据设计任务和工艺要求选择塔板类型；确定塔高和塔径等工艺尺寸；进行塔板的结构设计，包括：溢流装置的设计、塔板的布置、升气道 (泡罩、筛孔或浮阀等)的设计和排列；进行流体力学验算；绘制塔板的负荷性能图；根据负荷性能图，对设计进行分析，若设计不够理想，可对某些参数进行调整，重复上述设计过程，直到满意为止1、浮阀塔工艺尺寸的计算 塔高： 塔径u：空塔气速m/s； umax：最大允许气速m/s；C：负荷系数m/s； ：表面张力；常用标准塔径(mm)；600，700，800，1000，1200，1400，1600，1800，2000，2200，4200溢流装置的设计板式塔的溢流装置包括：降液管、溢流堰和受液盘等降液管的类型与溢流方式 降液管是塔板间流体的通道，也是溢流液中所夹带气体得以分离的场所降液管类型：圆形和弓形降液管溢流方式：U形流、单溢流、双溢流、阶梯式双溢流。

凡直径小于2.2m的浮阀塔一般采用单溢流，大万2.2m的浮阀塔可采用双溢流或阶梯式双溢流溢流堰的设计计算 溢流堰的设计计算 出口堰(溢流堰)：a：堰长lw 单溢流：lW=(0.60.8)D；双溢流： lW=(0.50.6)Db：堰高hW 板上液层高度为堰高与堰上液层高度之和，即： 板上液层大于6mm时采用平直堰，小于6mm采用齿形堰，当超过6070mm时应采用双溢流 平直堰： 塔内液体流量 E 液体收缩系数 齿形堰：一般齿深 宜在15mm以下： 当液层不超过齿高时： 当液层不超过齿顶时： 为由齿根算起的堰上液层高度 堰高 一般在0.030.05m范围内，减压塔的 值相对较依 弓形降液管的宽度和截面积 降液管的截面积应保证液体在降液管内有足够的停留时间，使溢流液内的气泡能分离出来一般不应小于35秒，高压操作及易起泡液体应更长 降液管的宽度 Wd 及截面积Af可根据堰长与塔径之比查图3-10求解 求得降液管截面积后应验算停留时间：降液管底隙高度h0确定原则：保证液体流经此处时的局部阻力不太大，以防沉淀物在此堆积而堵塞降液管；同时又要有良好的液封，以防气体通过降液管造成短路 液体通过降液管的流速简便计算： 设计时小塔为2530mm，大塔取40mm左右。

进口堰及受液盘在较大的塔中，有时在液体进入塔板处设有进口堰，以保证降液管的液封，并使液体在塔板上分布均匀但进口堰要占用较多塔面，易使沉淀物淤积，故多又采用受液盘有平受液盘和凹受液盘两积，多采用后者进口堰塔板的布置 塔板有整块式与分块式两种直径800mm以内的塔采用整块式；大于1200mm采用分块式；8001200mm可灵活选择塔板面积分四个区域： 鼓泡区：气、液传质的有效区域 溢流区：降液管及受液盘所的区域 破沫区：鼓泡区与溢流区之间的区域也叫安定区当D1.5m WS=80110mm当D1m WS可适当减小 无效区：也称边缘区，供支承塔板的边梁之用WC：小塔3050mm，大塔5075mm浮阀的数目及排列 浮阀塔的操作性能以板上所有浮阀处于刚刚全开时的情况最好，此时塔板的压强降及板上漏液量都比较小而操作弹性较大浮阀的开度与气相的动压有关，用动能因数F表示：设计时选择合适的F值：浮阀排列： 正三角形和等腰三角形开孔率： 常压及减压塔：1014% 加压塔常小于10%2、浮阀塔的流体力学验算目的：检验初步设计的塔板能否在较高效率下正常操作内容：压强降、液泛、雾沫夹带、漏液等气体通过浮阀塔的压强降 干板阻力板上所有浮阀刚好全部开启时气体通过阀孔的速度称为临界气速，以u0C表示。

阀全开前（u0u0C） 阀全开后（u0u0C） 板上充气液层压力 充气因数：液相水 ；油 ；碳氢化合物 液体表面张力所造成的压降液泛降液管内清液层高度： 液体流过降液管的压强降塔板上不设进口堰塔板上设有进口堰为防止液泛，应保证： 校正系数，一般液体取0.30.4， 对不易发泡液体，取0.60.7雾沫夹带 通常用操作时的空塔气速与发生液泛时的空塔气速的比值作为估算雾沫夹带量的指标此比值称为泛点百分数，或称泛点率为保证雾沫夹带量小于10%，通常泛点率的取值范围： 大塔： 泛点率80% 直径小于0.9m的塔 泛点率70% 减压塔 泛点率75%泛点率可按经验公式计算：或漏液 取阀孔动能因数F0=56作为控制漏液量的操作下限，此时，漏液量接近10%流体力学验算结束后，还应绘出负荷性能图，计算塔板操作弹性填料塔填料性能比较： 通量、压降、效率填料性能的几何参数： 比表面积； 空隙率； 填料因子值小，表明流动阻力小，液泛速度可以提高要求：填料比表面积大、空隙率大、润湿。