[工学]化工原理下册_蒸馏与吸收塔设备.ppt

第三章 蒸馏和吸收塔设备• 板式塔，量大 • 传质设备 • 填料塔，量小• 气液两相充分接触，适当湍动， 增 • 大传质面积，提高传质系数 基本原则 • 气液两相接近逆流，提高传质推动 力性能评价指标• 通量——单位塔截面的生产能力，允许空塔气速• 分离效率——板效率，等板高度• 适应能力——操作弹性，物料改变，负荷波动• 气流阻力——压力降第一节 板式塔• 塔板 • 溢流堰 • 降液管3-1-1 塔板类型• 逆流塔板，少用 • 错流塔板，常用• 生产能力小• 气流阻力大一、泡罩塔板 效率低• 操作弹性大• 结构复杂• 生产能力大• 气流阻力小• 效率较高二、筛板液面落差小• 操作弹性小• 结构简单三、浮阀塔板• F1 型，普通系统1.类型 V­4型，减压系统• T型，含颗粒或易聚合的物料2.优点• 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• 气流阻力小，开孔大• 液面落差小，液流阻力小• 造价适中，60~80%泡罩、120~130%筛板四、喷射型塔板上述塔板不同程度地存在雾沫夹现象，为了克 服这一不利因素的影响，人们开发出了斜向喷 射型的舌形塔板、浮舌塔板等。

1.舌形塔板• 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• 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• 气泡夹带严重，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• 高纯度，塔板效率高• 一般 量大，生产能力大• 真空，气流阻力小3-1-2 板式塔的流体力学性能• 生产能力• 塔板效率• 设备性能• 操作弹性• 塔板压力降（气流阻力）• 塔板压力降• 液泛• 流体力学性能 雾沫夹带• 漏液• 液面落差一、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、液泛：气液量大到使全塔液体相连三、雾沫夹带 气流将液体从下层板带入上层板四、漏液：液体从升气孔流下，〈10%• 气速太小，或液面落差引起气流分布不均• 塔板入口处往往漏液，设安定区五、液面落差：液体克服板面阻力形成位差六、负荷性能图：各种极限条件下Vs-Ls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 浮阀塔设计 一、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3-3(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，得得式中 umax—极限空塔气速，m/s；—负荷系数，图中 C20—物系表面张力为20mN/m的负荷系数，m/s；• 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求出塔径后还需圆整，之后还要进行流体力学 核算若精馏段和提馏段上升气量差别较大， 则两段的塔径应分别计算3.溢流装置• 溢流堰溢流装置 园形，小塔• 降液管• 弓形，常用√• U型流，小塔• 单溢流，D2 m• 阶梯流，D3 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，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3­8（P163） 当E=1时，可用列线图3­9求hOWP164）齿形堰：一般齿深hn50mm4.塔板布置• 整块式，D800mm • 塔板布置方式 • 分块式，D≥900mm• 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，• 出口防气泡夹带塔板面积分区 60~75mm，D1.5m• 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阀孔排列的几何关系：• （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、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—干板压力降，Pa； • pl—液层压力降，Pa； • p—克服表面张力的压力降，Pa或 (1)干板阻力• ，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：(2)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 • 0.5， 水 • 0 = 0.2~0.35， 油 • 0.4~0.5， 碳氢化合物(3)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 泛点率—操作空塔气速与液泛空塔气速之比半经验公式)或 式中：ZL—板上液流长度，对单溢流，ZL=D­ 2Wd； • Ab—板上液流面积，对单溢流，Ab=AT­2Af， AT为塔截面积； • CF—泛点负荷系数，见图3­13； • K—物性系数，见表3­4• 80%，大塔 泛点率 75mm的环形填料• 液气比喷淋密度过小 减小塔径 • 液体再循环3-2-3 填料塔的计算 一、塔径然后圆整、检验大于最小喷淋密度。

二、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 填料塔附件 一、填料支承装置 • 栅板式 • 升气管式 二、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、液体再分布装置 • 单独安装 截锥形 • 上设支承板 四、除沫装置：除去出口气流中的液滴 • 折流板 • 旋流板 • 丝网 此外还有填料压板或挡网，气体进口装置填料塔发展简史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、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、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(CMR) • 贝尔鞍形填料(Bell Saddles) • 英特勒鞍形填料(Intalox Saddles) 散装填料 金属环矩鞍填料(IMTP)，1978，第三代 • 塑料诺派克环(Nor­Pak Ring) • 塑料、金属和陶瓷哈佛罗环(Hiflow Ring) • 网环 • 鞍型网环 分离效率 高 • 压延孔环 高效散装填料 • 。