化工原理第七章第一节讲稿.doc

化工原理第七章第一节讲稿第七章 气液传质设备第一节 板式塔 一、板式塔的构造 二、板式塔的流体力学性质 三、板式塔的操作特性 四、塔板效率 ____-7-31 填料塔与板式塔是塔设备(即塔器)的两大类型用于吸收及精馏的塔器亦称气液传质设备本章只从气液传 质设备角度介绍塔器 逐级接触式气液传质设备 板式塔 微分接触式 填料塔 ____-7-31 一、板式塔的构造1、板式塔的结构对于板式塔，气液间的相对 流向有两种类型：错流式 和 逆流式 1)塔板的构造 (剖面图) 筛孔 降液管 溢流堰____-7-31 俯视图 安定区 开孔区 受 液 区 降 液 管 溢流堰 ____-7-31 2)塔板类型 a)泡罩塔板泡罩塔是Cellier于18____年提出的最早工业规模应用的板式塔型式 泡罩塔的结构及操作情况如书中图3-2所示液体通过降液管 从一块塔板流至下一块塔板为使液体在塔板上有一定的积液 厚度，塔板上液体流出口处设置有溢流堰在塔板上钻有若干 规则排列的圆孔，每个孔均装有升气管，升气管上又固定有泡 罩泡罩下缘开有齿缝操作时，气体向上流过升气管后遇到 泡罩便转而向下流动，经升气管外侧与泡罩内侧构成的通道后 在泡罩齿缝处分散成许多小气泡进入塔板上液层。

气体以气泡 形式在液相中浮升并与液体进行相际传质当气体跃离液面时 液膜破裂，气体便流至上一层塔板7-31 泡罩塔最大的优点是易于操作，操作弹性大当液体流 量变化时，由于塔板上液层厚度主要由溢流堰高度控制，使 塔板上液层厚度变化很小若气体流量变化，泡罩齿缝开启 度会随气体流量改变自动调节，故气体通过齿缝的流速变化 亦较小于是，塔板操作平稳，气液接触状况不因气液负荷 变化而显著改变，换言之，维持较高传质效率的气液负荷变 化范围很大泡罩塔的弱点是结构复杂，造价高，气体通过每层塔板 的压降大等由于泡罩塔的这些弱点，使之在与当今多种优 良塔板型式的比较中处于劣势，所以现在泡罩塔的应用已较 少了7-31 ____-7-31 b)筛孔塔板 筛板塔约于18____年开始用于工业生产筛板塔与泡罩塔的 相同点是，都有降液管，塔板上都钻有若干小圆孔，但筛板塔没有升气管及泡罩筛板塔操作时液体横过塔板，气 体则自板上小孔(筛孔)鼓泡进入板上液层当气速过低时筛孔会漏液；若气速过高，气体会通过筛孔后排开板上 液体径自向上方冲出，造成过量液沫夹带即严重轴向混合 所以，筛板塔长期以来被认为操作困难、操作弹性小而 受到冷遇。

然而，筛板塔具有结构简单的明显优点7-31 针对筛板塔操作中存在的问题， 美国Celanese公司于1949年 对筛板塔进行了大量研究其中Mayfield等人的研究结论表 明，过去由于对筛板塔操作性能掌握得不充分，设计不佳 ,致使筛板塔不易稳定操作，只要筛板塔设计合理，操作得当，筛板塔不仅可稳定操作，而且操作弹性可达2_3, 能满足生产要求在对筛板塔作出改进后，自廿世纪五十 年代至今，筛板塔一直是世界各国广泛应用的塔型生产 实践说明，筛板塔比起泡罩塔，生产能力可增大10%_15% ,板效率约提高15%,单板压降可降低30%左右，造价可降 低20%_50%7-31 3)浮阀塔板 浮阀塔是廿世纪五十年代初开发的一种新塔型其特点是在筛板塔基础上，在每个筛孔处安置一个可上下移动的阀 片当筛孔气速高时，阀片被顶起、上升，孔速低时，阀片因自重而下降阀片升降位置随气流量大小作自动调节 ,从而使进入液层的气速基本稳定又因气体在阀片下测水平方向进入液层，既减少液沫夹带量，又延长气液接触 时间，故收到很好的传质效果 ____-7-31 浮阀的形状如下图所示浮阀有三条带钩的腿将浮阀放进筛孔后，将其腿上的钩扳转90度，可防止操作时气速过 大将浮阀吹脱。

此外，浮阀边沿冲压出三块向下微弯的“脚”当筛孔气速降低浮阀降至塔板时， 靠这三只“脚”使阀片与塔板间 保持2.5mm左右的间隙；在浮阀再 次升起时，浮阀不会被粘住，可 平稳上升浮阀一般都用不锈钢 制成7-31 浮阀(F1型) 浮阀塔的生产能力比泡罩塔约大20%_40%,操作弹性可达7 _9,板效率比泡罩塔约高15%,制造费用为泡罩塔的60%_80%,为筛板塔的120%_130%国内常用的浮阀有三种，即 前图所示的F1型及下图所示的V-4型与T型V-4型的特点是阀孔被冲压成向下弯的喷咀形，气体通过阀孔时因流道形 状渐变可减小阻力T型阀则借助固定于塔板的支架限制阀 片移动范围三类浮阀中，F1型浮阀最简单，该类型浮阀 已被广泛使用我国已有部颁标准(JB1118—68) ____-7-31 浮阀(a)V-4型，(b)T型 F1型阀又分重阀与轻阀两种，重阀用厚度2mm的钢板冲成 ，阀质量约33克，轻阀用厚度1.5mm的钢板冲成，质量约25 克阀重则阀的惯性大，操作稳定性好，但气体阻力大 一般采用重罚只有要求压降很小的场合，如真空精馏时 才使用轻阀下表是这三种浮阀主要尺寸一览表7-31 三种常用浮阀的主要尺寸表 阀型 主要尺寸 F1型(重阀) V-4型 T型 筛孔直径，mm 阀片直径，mm 阀片厚度，mm 最大开度，mm 静止开度，mm 阀片质量，g 39 48 2 8.5 2.5 32_34 39 48 1.5 8.5 2.5 25_26 39 50 2 8 1.0_2.0 30_32 ____-7-31 3)塔 板的比较塔板性能比较 相 对 生 相 对 操作范围 压强 结构 塔板类型 降 产能力 板效率 泡罩板 筛板 浮阀板 1.0 1.0 10_100 高 复杂 简单 一般 最简单 简单 成本1.0 1.2_1.4 1.1 35_100 低中 低 低 0.4_0.50.7_0.8 1.2_1.3 1.1_1.2 10_100 舌型塔板 1.3_1.5斜孔板 1.5_1.8____-7-31 01.11.1 50_100 30_100 0.5_0.60.5 各种塔板的优点及适用范围 塔板类型 优 适用范围 点 缺 点 泡罩板浮阀板 较成熟，操 结构复杂，阻力 作范围宽 大，生产能力低 某些要求弹性好 的特殊塔 效率高，操 采 用 不 锈 钢 ， 分离要求高,负荷变化 作范围宽 浮阀易脱落 大;原油常压分馏塔 筛板 效率较高， 安装要求水平,易 分离要求高,塔板较 成本低 堵,操作范围窄 多;化工中丙烯塔 舌型板 结 构 简 单 , 操 作 范 围 窄 ， 分离要求较低的闪 生产能力大 效率较低 蒸塔斜孔板 生 产 能 力 操作范围比浮阀 分离要求高 ， 生产 大,效率高 塔和泡罩塔窄 能力大 ____-7-31 二、板式塔的流体力学性质1、塔板上气液两相的接触状态1)鼓泡接触状态两相接触面积为气泡表面 2)泡沫接触状态 传质表面面积很大的液膜 3)喷射接触状态 两相传质面积是液滴的外表面____-7-31 2、气体通过塔板的压降干板压降塔板压降 液层阻力 克服板上泡沫层的静压 形成气液界面的能量消耗 通过液层的摩擦阻力损失 接触时间↑压降增大 塔釜温度↑ 板效率↑ 板数↓ 设备费↓操作费↑ 能耗↑ 保证较高效率的前提下，力求减小塔板压降，以降低能耗 和改善塔的操作。

7-31 3、塔板上的液面落差液面落差△: 塔板进、出口侧的清液高度差 当液体横向流过板面时，为克服阻力和板上部件的局 部阻力，需要一定液位差，则在板面上形成液面落差，以 △ 表示. 液面落差 严重 不均匀 气流的不均匀分布 板效率下降 漏液 与塔板结构、塔径、流量有关7-31 三、板式塔的操作特性1、塔板上的异常操作现象1)漏液 漏液 两相在塔板上的接触时间↓ 板效率↓ 原因： 气速太小、板面上液面落差引起的气流分布不均匀控制：漏液量不大于液体流量的10% 漏液气速： 漏液量达到10%的气体速度 ——板式塔操作的气速下限 安定区____-7-31 2)液沫夹带 现象： 液滴随气体进入上层塔板 后果：过量液沫夹带，造成液相在板间的返混，板效率下降控制： 液沫夹带量e _lt;0.1kg(液)/kg(气) V 影响因素 空塔气速：空塔气速减小，液沫夹带量减小 塔板间距：板间距增大，液沫夹带量减小 ____-7-31。