蒸馏和吸附塔设备PPT课件.ppt

3-1-1 3-1-1 塔板类型塔板类型                    逆流塔板，少用 错流塔板，常用 错流塔板主要形式有：                                  生产能力小                                  气流阻力大         一、泡罩塔板一、泡罩塔板                                  操作弹性大 结构复杂                                  生产能力大                                 气流阻力小          二、二、  筛板筛板                                 操作弹性小 结构简单 三、三、  浮阀塔板浮阀塔板                       F1 型，适用普通系统1．类型           V­4型，适用减压系统                      T型，适用含颗粒或易聚合的物料                      生产能力大，开孔率大、>泡罩20~40%、筛板塔                     操作弹性大，阀片可以自由升降以适应气量的变化                     塔板效率高，平吹、接触时间长、雾沫夹带少2．优点                    气流阻力小，开孔大                    液面落差小，液流阻力小                    造价适中，约等于60~80%泡罩、120~130%筛板 四、四、  喷射型塔板喷射型塔板                     生产能力大，开孔率大、可用较高的空塔气速                     气流阻力小，液层较薄1．舌形塔板    落差小、无返混、雾沫夹带小，水平分力                     操作弹性小，气流截面积固定                     气相夹带严重，斜吹2．浮舌塔板                       操作弹性大                       气流阻力小                       效率较高，介于浮阀与舌形之间3. 斜孔塔板      结构简单、压降低                       3-1-2 3-1-2 板式塔的流体力学性能板式塔的流体力学性能 评价塔设备的性能指标为：                      生产能力                      塔板效率                      设备性能                      操作弹性                     塔板压力降 塔的操作能否正常进行，与塔内的气液两相的流体力学状况有关：                               塔板压力降                               液泛流体力学性能           雾沫夹带                              漏液                              液面落差一、一、  塔板压降塔板压降总阻力 = 干板阻力 + 液层静压力 + 表面张力            在较高板效率前提下，力求减小塔板压力降 二、二、  液泛：气液量大到使全塔液体相连液泛：气液量大到使全塔液体相连 三、三、  雾沫夹带雾沫夹带  气流将液体从下层板带入上层板气流将液体从下层板带入上层板四、四、  漏液：液体从升气孔流下，要求漏液：液体从升气孔流下，要求〈〈10%         气速太小，或液面落差引起气流分布不均         塔板入口处往往上漏液，设安定区 五、五、  液面落差：液体克服板面阻力形成位差液面落差：液体克服板面阻力形成位差六、六、  负荷性能图：各种极限条件下负荷性能图：各种极限条件下Vs-Ls关系曲线组成的图关系曲线组成的图      1． 雾沫夹带线（气相负荷上限线）      2．液泛线      3．液相负荷上限线        （降液管超负荷线，气泡夹带线）      4．漏液线（气相负荷下限线）      5．液相负荷下限线          操作弹性­——两极限的气量之比3-1-3 3-1-3 浮阀塔设计浮阀塔设计 一、一、  浮阀塔工艺尺寸的计算（工艺设计）浮阀塔工艺尺寸的计算（工艺设计）1．塔高­式中  Z­­—塔高，m；       NT—理论板层数；       ET—总板效率；       HT—塔板间距，m。

                                               取整数      HTD，表3­2（经验数据）                                               易起泡、负荷波动大时，应H­T2．塔径 式中  D—塔径，m；VS—气体流量，m3/s；u—空塔气速，m/s关键在于确定适宜的空塔气速u式中  d­—液滴的直径，m由净重力与摩擦阻力的平衡，得整理，得    式中  umax—极限空塔气速，m/s；     —负荷系数， 图中  Vh、Lh­—气、液两相的体积流量，m3/h；          V、L—气、液两相的密度，kg/m3；            hL—板上液层高度，m；            —液气动能参数校正负荷系数式中  —操作物系的液体表面张力，mN/m求出塔径后还需园整，之后还要进行流体力学核算 3．溢流装置                  溢流堰溢流装置                   园形，一般用于小塔                 降液管                               弓形，常用       　       U型流，一般用于小塔               单溢流，D<2.2m液流型式               双溢流，D>2 m               阶梯流，D>3 m (1)    出口堰（溢流堰）                                         ，单溢流      堰长                                         ，双溢流式中  hL­­—板上液层高度，m；        hw­—堰高，m；       how—堰上液层高度，m。

                            <6mm，采用齿形堰                            >6mm，单溢流                            >60mm，双溢流平直堰：式中  Lh­—塔内液体流量，m3/h          E—液流收缩系数，见图3­11当E=1时，可用列线图3­12求hOW齿形堰：一般齿深hn<15mm当液层高度不超过齿顶时， 当液层高度超过齿顶时（要试差）对常压塔，则          堰高一般：(1)   弓形降液管的宽度和截面积从图3­13据可求出Wd和Af，求出Af之后，应验算停留时间：            (2)    降液管底隙高度既要液体阻力小，又要气体不短路一般  式中          —液体通过降液管底隙时的流速，m/s经验值：或                    25~30mm，小塔                    40mm，大塔        150mm，最大(1)    进口堰及受液盘    进口堰可以保证降液管的液封，并使塔板上液体分布均匀，但占用塔面，易使沉淀物淤积，故多数不采用。

当              时，           ；                           时 ，           ，保证液封，      避免短路进口堰与降液管的水平距离h1≥ho800以上的塔，多采用受液盘，这种结构便于侧线抽液体，低液流时液封良好，具有改变液体流向的缓冲作用，一般深度>50mm 4．塔板布置塔板可分为：      整块式，D800mm                          分块式，D≥900mm塔板面积分区：  鼓泡区，有效传质区                        溢流区，降液管（及受液盘）所占区域 破沫区（安定区），进口防漏液，出口防汽泡夹带                                60~75mm，D<1.5m                                         80~110mm，D>1.5m                     无效区（边缘区），支承塔板                                30~50mm, 小塔                                50~75mm, 大塔5．浮阀的数目与排列     浮阀塔的操作性能可采用由气体通过阀孔时速度与密度组成的“动能因子”来衡量，其定义式为    式中  F0—气体通过阀孔时的动能因数；          u0­—气体通过阀孔时的速度，m/s；          V—气体密度，kg/m3。

对于F1型浮阀，F0=9~12，选定F0，后求uo：            再求阀孔数N            式中  d0—阀孔直径，do=0.039m浮阀在塔板鼓泡区内的排列有正三角形和等腰三角形两种形式，按照阀孔中心联线与液流方向的关系，又有顺排与叉排之分                                                （等边三角形）                               （等腰三角形）式中  t—同一排孔心距，m；            —相邻两排孔心距，m；d0—阀孔直径，m；A0—阀孔总面积，，m2；Aa—鼓泡区面积，m2；N—阀孔总数而           式中                      ，m；                             ，m； —以角度数表示的反三角函数值 二、二、 浮阀塔板的流体力学验算浮阀塔板的流体力学验算1．气体通过浮阀塔板的压力降气体通过一层浮阀塔板时的压力降应为： 式中  pp—塔板压力降，Pa；        pc—平板压力降，Pa；        pl—液层压力降，Pa；        p—克服表面张力的压力降，Pa。

或              (1)    平板阻力                                                 ，阀全开前(u0≤u0c)对F1型阀，                                                 ，阀全开后(u0≥u0c)式中  u0c—临界孔速，即板上所有阀刚好全部开启时的孔速，m/s；  u0—阀孔气速，m/s；  L—液体密度，kg/m3；  V—气体密度，kg/m3先联立求解临界孔速u0c，即令：将g=9.81m/s2代入，解得：(1)    板上充气液层阻力（经验公式）式中  hL—液层高度，m；  0—充气因数                   水                0.5       0 =      油                 0.2~0.35                   碳氢化合物    0.4~0.5(2)    液体表面张力所造成的阻力（很小，可忽略）式中  —液体的表面张力，N/m；h—浮阀的开度，m                            265~530Pa，常压和加压塔一般：pp =                             200Pa，减压塔2．液泛式中  Hd—降液管内的清液层高度，m；         hp—塔板压力降相当的液柱高度，m；         hL—板上液层高度，m；         hd—降液管压力降相当的液柱高度，m。

                                             ，无进口堰                                                 ，有进口堰式中       —液体通过降液管底隙时的流速，m/s必须：                                                 0.3~0.4，一般物系式中  —校正系数 =                                            0.6~0.7，不易发泡物系3．雾沫夹带通常用泛点率—操作空塔气速与液泛空塔气速之比来估算雾沫夹带的大小                      80%，大塔泛点率 <         70%，D<0.9m的塔     时可以保证                      75%，减压塔而      或      式中：ZL—板上液流长度，对单溢流，ZL=D­2Wd；        Ab—板上液流面积，对单溢流，Ab=AT­2Af；       CF—泛点负荷系数，见图3­16；        K—物性系数，见表3­4。

 4．漏液可取动能因数F0=5~6作为控制漏液量的操作下限，此时漏液量接近10%5．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                                 （F1型阀），        (5)    液相负荷下限线         3-1-4 3-1-4 塔板效率塔板效率 一、一、 塔板效率的表示法塔板效率的表示法1．总板效率ET—反应平均传质效果式中：NT—塔内所需理论板的层数；          Np—塔内实际板的层数2．单板效率EM， 又称为默弗里板效率     气相单板效率    液相单板效率由于板上浓度的不均匀性，单板效率有可能超过100%3．点效率EO      是指塔板上各点的局部效率 ， y ­­­ 与x平衡的气相浓度 二、二、 塔板效率的估算塔板效率的估算                                                                粘度                                                                密度                                        物系性质           表面张力                                                                扩散系数                                                                相对探发度                                                             塔径                                                             板间距影响塔板效率的因素        塔板结构                                                             堰高                                                             开孔率                                                             温度                                                             压力                                      操作条件                                                                  气速                                                             气液比                          理论法，(A. I. Ch. E法)，以点效率为基础。

估算方法                              经验法，以实验数据和工业数据为基础 另一类是简化的经验计算法，可采用奥康奈尔关联图或关联式                                          —O’connell关联式式中  —平均温度下的相对挥发度          L—平均温度下的液相粘度，mPas 第二节第二节         填料塔填料塔3-2-1 3-2-1 填填 料料 一、一、 填料特性填料特性表示填料性能的参数有：1．比表面积：单位体积填料层的填料表面积，m2/m32．空隙率：单位体积填料层的空隙体积，m3/m33．填料因子     在选择填料时，一般要求比表面积及空隙率大，填料的润湿性能好，单位体积填料的质量轻，造价低，并有足够的机械强度二、二、 填料类型填料类型1．拉西环：外径与高度相等的园环                 结构简单，研究充分                 沟流、壁流严重、滞留液量大、气流阻力大2．鲍尔环：在拉西环的侧壁上开出方孔                 结构复杂                 效率高、阻力小3．阶梯环：高度为直径的一半，环的一端制成喇叭口。

                  结构复杂                  效率高、阻力小、气量大4．弧鞍与矩鞍弧鞍：       易套叠                                                     强度较差矩鞍：      不套叠、阻力小5．金属环矩鞍环：综合了环形填料和鞍形填料的优点，性能优于鲍尔环和矩鞍填料6．波纹板及波纹网波纹45，反向靠叠，高40~60mm，直径略小于塔径波纹板：陶瓷、塑料、金属材料波纹网：金属丝                       陶瓷，阻力大，耐高温，耐腐                                 不锈钢，成本高材料                金属                                   碳钢，不耐腐 塑料 润湿性差，不耐高温3-2-2 3-2-2 填料塔的流体力学性能填料塔的流体力学性能 一、一、 气体通过填料层的压力降气体通过填料层的压力降     可用填料层的△p/z~u关系图来说明，下转折点称为“载点”，上转折点称为“泛点”，将△p/z~u关系线分为三个区域。

1．恒持液量区     持液量：操作时单位体积填料层内持有的液体体积     气速较低时，液体的流动与气速无关，所以持液量不变2．载液区     气速增大到一定时，气流开始阻碍液体下流，持液量开始增加，出现拦液现象，此点为载点3．液泛区     气速再增大时，液相变为连续相，气相变为分散相，双膜传质变为鼓泡传质，出现液泛现象，此点为泛点 二、液泛：液泛：操作气速以泛点气速为参考（基础），影响泛点气速的因素很多：1．填料的特性：比表面积、空隙率、几何形状对填料特性的影响，集中表现在填料因子上，填料因子越小，泛点气速越高2．流体的物理性质     L，umax（重力）     V，umax（气阻）     L，umax（摩阻）3．液气比               ，持液量，空隙率，umax4．埃克特通用关联图，目前广泛采用埃克特通用关联图来计算填料塔的压强降及泛点气速 三、三、 润湿性能润湿性能      传质效率与填料的润湿性能密切相关实际操作时，采用的喷淋密度应大于最小喷淋密度若喷淋密度过小，可采用增大回流比或采用液体再循环的方法来保证填料的润湿性能。

     喷淋密度：单位时间内单位塔截面上喷淋的液体体积，U，m3/(m2s)          LW­­­­­­润湿速率：单位时间内单位长度填料周边上的液体体积，LW，m3/(ms)                                       0.08m3(mh)，75mm的拉西环及其它填料                                             0.012m3/(mh)，>75mm的环形填料    3-2-3 3-2-3 填料塔的计算填料塔的计算 一、一、 塔径塔径     然后园整、检验大于最小喷淋密度二、二、 塔高塔高1．传质单元法    2．等板高度法等板高度(HETP)：与理论塔板的传质作用相当的填料层高度    式中  G—气相的空塔质量速度，kg/(m2h)；—相对挥发度3-2-4 3-2-4 填料塔附件填料塔附件 一、一、 填料支承装置填料支承装置        栅板式        升气管式 二、二、 液体分布装置液体分布装置              莲蓬式                                溢流管式             盘式                                 筛孔式             齿槽式                           多孔环管式  三、三、 液体再分布装置液体再分布装置         截锥形        支承板截锥形 四、四、 除沫装置：除去出口气流中的液滴。

除沫装置：除去出口气流中的液滴          折流板除沫器           旋流板除沫器          丝网除沫器      此处还有填料压板或挡网，气体进口装置填料塔发展简史填料塔发展简史         1914年拉西环的出现使填料塔进入了科学发展的轨道，至50年代取得了很大的发展，但由于填料塔的“放大效应”，50年代后填料塔进入了缓慢发展时期，而板式塔应运而生70年代由于世界性的能源危机后，为了节能，填料塔得到了蓬勃发展，规整填料的出现和塔内件的改进使“放大效应”问题基本解决            一、一、 填料塔的特点填料塔的特点             1．生产能力大             2．分离效率高             3．压力降小             4．操作弹性大 5 . 持液量小           二、二、 分类分类                                       散装填料                       填料填料塔             塔内件      规整填料                        筒体                                 液体分布装置√                                填料固定装置或填料压紧装置                               填料支承装置    塔内件                                 液体收集再分布装置                                气体分布装置√                               液、气进料装置                             整体式，≥800mm      筒体                            分段式，＜800mm                               瓦砾、卵石、焦炭等，1914以前                               拉西环(Raschig Ring)，1914，第一代                               鲍尔环(Pall Ring)，1948，第二代                               改进型鲍尔环(Hy­Pak)                               阶梯环填料(CMR)                              贝尔鞍形填料(Bell Saddles)                              英特勒鞍形填料(Intalox Saddles)                              散花填料      金属环矩鞍填料(IMTP)，1978，第三代                              塑料诺派克环(Nor­Pak Ring)                              塑料、金属和陶瓷哈佛罗(Hiflow Ring)                              网环                              鞍型网型                                      分离效率高                              压延孔环        高效散装填料                              螺线圈                                          生产能力小                               网带卷斯特曼填料(Stedman)，1937司帕雷派克填料(Spraypak)古德洛卷带型填料(Goodloe)麦特派克填料(Metpak)格里奇栅格型填料(Gritsch)派如纳派克填料(Panapak)颗粒型规则排列填料苏尔寿金属丝网波纹填料(Sulzer Gause Packing)，1960’s板片波纹型填料(Mellapak)，1977RombopakMontz                    Gempak规整填料    ISP(Intalox Structured Packing)Maxpak, Pyrapak, Ralu­PakFlexipac, Mc­pakKATAPAK，双层丝网OPtiflow，多通道格栅FlexigridGlitsch­gridSnap­gridUnapak脉冲规整填料碳钢渗铝板波纹填料压延板波纹填料√板花规整填料LH型规整填料。