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1、1/29/2019,1,第三章 蒸馏和吸收塔设备,1/29/2019,2,要求: 1.了解板式塔和填料塔的主要结构; 2.掌握板式塔和填料塔的流体力学性能; 3.了解评价设备的基本性能; 4.熟悉浮阀塔的工艺设计。,1/29/2019,3,重点: 1.板式塔和填料塔的流体力学性能; 2.浮阀塔的工艺设计。,1/29/2019,4,板式塔:塔板类型、操作特点、浮阀塔的设计 填料塔:填料类型、填料塔的流体力学特性和计算,1/29/2019,5,1/29/2019,6,第一节 板式塔,气相流动:靠压强差由下到上。 液相流动:靠重力由上至下。,1/29/2019,7,3-1-1 塔板类型,错流塔板:在
2、塔板上气液两相呈错流流动。 逆流塔板:气液两相以逆流的方式穿过塔板。,1/29/2019,8,一、泡罩塔板 应用最早的气液传质设备。 结构:泡罩直径80-150mm,正三角形排列。 优点:较大的操作弹性。 缺点:塔板结构复杂,造价高;塔板压降大;板效 率和生产能力低。,1/29/2019,9,1/29/2019,10,二、筛板 结构:孔径3-8mm,正三角形排列。 优点:塔板结构简单,造价低;塔板压降小;板效率和生产能力较高。 缺点:操作弹性小。易堵(改进方法,采用大孔径10-25 mm)。,1/29/2019,11,1/29/2019,12,三、浮阀塔板 应用广泛,兼有泡罩塔板和筛板的优点。
3、 结构:标准孔径39mm。 优点:生产能力大;操作弹性大;板效率高;塔板压降和液面落差小;造价低。 缺点:不易处理易结焦或粘度大的物系。,1/29/2019,13,1/29/2019,14,四、噴射塔板 1.舌形塔板 2.浮动喷射塔板 3.浮射塔板,1/29/2019,15,1/29/2019,16,1/29/2019,17,3-1-2 板式塔的流体力学性能,评价塔设备性能的主要指标:生产能力、塔板效率、操作弹性、塔板压强降。 这些指标和塔板结构及塔内气液两相流体力学性能密切相关。 流体力学性能包括:塔板压降、液泛、雾沫夹带、漏液、液面落差。,1/29/2019,18,一、塔板压降 干板压降、
4、板上充气液层的静压降、液体表面张力产生的压降。 二、液泛(淹塔) 降液管内液体不能顺利下流,造成板上积液。 原因:气速或液速过大,与流体物性、塔板结构、板间距有关。,1/29/2019,19,三、雾沫夹带 eV=0.1kg液/kg气体 主要影响因素:空塔气速、塔板间距。 四、漏液 产生原因:气速太小,板上液面落差大引起气流分布不均。 漏液量为10%液体流量时的气流速度为漏液速度。,1/29/2019,20,五、液面落差 克服板面和板上部件的阻力。 影响因素:塔板结构、塔径、流体流量。 六、负荷性能图 雾沫夹带线、液泛线、液相负荷上限线、漏液线、液相负荷下限线。 操作弹性:操作线与负荷性能图上曲
5、线的两个交点的气体流量之比。,1/29/2019,21,1雾沫夹带线(气相上限) 2液泛线(气液) 3液相负荷上限线(降液管超负荷线) 4漏液线(气相下限) 5液相负荷下限线,1/29/2019,22,3-1-3 浮阀塔设计,工艺计算:塔高、塔径、塔板主要部件工艺尺寸、流体力学验算、操作负荷性能图、操作弹性。,1/29/2019,23,一、工艺尺寸的计算 1.塔高,HT:的确定:与塔径匹配;与生产能力、操作弹性、板效率有关;考虑安装、检修方便。,1/29/2019,24,2.塔径,1/29/2019,25,1/29/2019,26,hL:常压塔(0.050.1m); 减压塔(0.0250.03
6、m) D需圆整为标准塔径:0.6、0.7、0.8、1.0、1.2、1.4、1.6、1.8、2.0、2.2,1/29/2019,27,3.溢流装置,1/29/2019,28,溢流堰 溢流装置 降液管:圆形、弓形 U型流(回转流) 单溢流(直径流) 溢流类型 双溢流(半径流) 阶梯双溢流,以弓形降液管为例:,1/29/2019,29,1/29/2019,30,(1)出口堰(溢流堰):堰长 lW、堰高 hW 单溢流: lW = (0.6 0.8) D 双溢流: lW = (0.5 0.6) D hL=hW + hOW hW = hL - hOW hOW = 60 70 mm,小于 6 mm,采用齿形
7、堰,大于 70 mm,采用双溢流。 hW = 0.03 0.05 m,1/29/2019,31,1/29/2019,32,1/29/2019,33,1/29/2019,34,(2)弓形降液管的宽度 Wd和截面积 Af,1/29/2019,35,核算:,1/29/2019,36,(3)降液管底隙高度h0 原则: 局部阻力不太大,防止沉淀物阻塞降液管; 良好的液封作用,防止气体通过降液管造成短路。,1/29/2019,37,(4)进口堰及受液盘,1/29/2019,38,4.塔板布置 整块式(小塔)、分块式塔板(大塔) (1)鼓泡区 (2)溢流区 (3)破沫区(安定区) D1.5 m,Ws=801
8、10 mm,1/29/2019,39,(4)无效区 小塔:Wc=3050 mm 大塔:Wc=5070 mm,1/29/2019,40,5.浮阀的数目及排列,浮阀的排列: 正三角形 等腰三角形 顺排 叉排(气液传质效果较好),1/29/2019,41,1/29/2019,42,整块塔板:正三角形叉排,t =75 125 mm 分块塔板:等腰三角形叉排, t = 75 mm, t1 = 65, 80, 100 mm,1/29/2019,43,单溢流塔板:,孔距 t 排出阀孔总数 Np F0=? 912 开孔率 = 阀孔总面积/塔面积 10-14%,1/29/2019,44,二、浮阀塔板流体力学验算
9、 1.气体通过浮阀塔板的压强降,1/29/2019,45,2.液泛,1/29/2019,46,3.雾沫夹带 泛点率:操作时的空塔气速与发生液泛时的空塔气速之比。 大塔: 泛点率 80% 小塔: 泛点率 70% 减压塔:泛点率 75%,1/29/2019,47,取大的计算结果。 注意:若泛点率不在规定的范围内,应适当调整有关参数:板间距、塔径等,再重新计算。,1/29/2019,48,1/29/2019,49,4.漏液 F0=56 最后,绘出负荷性能图。,1/29/2019,50,3-1-4 塔板效率,一、塔板效率的表示法 1.总板效率(全塔效率)ET,简单地反应了整个塔内的平均传质效果。,1/
10、29/2019,51,2.单板效率,直接反应该层塔板的传质效果; 操作线与平衡线平行时,EMV=EMV EM有可能大于零。,1/29/2019,52,3.点效率EO,板上液体完全混合时,EOV=EMV,1/29/2019,53,二、塔板效率的估算 1.物系性质:粘度、密度、表面张力、扩散系数、相对挥发度等 2.塔板结构:塔径、板间距、堰高、开孔率等 3.操作条件:温度、压强、气体上升速度、气液流量比等,1/29/2019,54,估算方法: 1. A.I.CH.E法 2. 经验计算法,1/29/2019,55,第二节 填料塔,液体分布装置、填料、液体再分布器、支撑栅板 特点:结构简单、阻力小、使
11、用耐腐蚀材料制造,1/29/2019,56,1/29/2019,57,3-2-1 填料,一、填料特性 1.比表面积 2.空隙率 3.填料因子:干填料因子 /3,湿填料因子 要求: 大,大,润湿性能好,单体体积的填料质量小,价格低,机械强度大。,1/29/2019,58,二、填料类型 实体填料 乱堆填料 网体填料 整砌填料 1.拉西环 2.鲍尔环 3.阶梯环 4.弧鞍和矩鞍 5.金属鞍环 6.波纹板及波纹网 7.金属孔板波纹填料和金属压延孔板波纹填料,1/29/2019,59,1/29/2019,60,1/29/2019,61,1/29/2019,62,3-2-2 填料塔的流体力学性能,一、气体
12、通过填料层的压强降 持液量:操作时单位填料层内持有的液体体积。,恒持液区 载液区 液泛区 载点 泛点,1/29/2019,63,二、液泛 影响因素: 1.填料特性:小,泛点气速大。 2.流体的物理性质 L大,泛点气速大 V大,泛点气速小 L大,泛点气速小,1/29/2019,64,3.液气比 WL/WV大,泛点气速小。 4埃克特通用关联图,1/29/2019,65,1/29/2019,66,三、润湿性能 液体的喷淋密度:单位时间内单位塔截面上喷淋的液体体积。 润湿速度LW:塔的截面上,单位长度的填料周边上液体的体积流量。,1/29/2019,67,3-2-3 填料塔的计算,一、塔径,u=508
13、0%泛点气速,0.21.0 m/s 圆整为:400、500、600、700、800、900、1000、1200、1400mm等。,1/29/2019,68,二、塔高 1.传质单元法:Z=HOG*NOG 2.等板高度法:Z=NT*(HETP),1/29/2019,69,3-2-4 填料塔附件,一、填料支承装置,1/29/2019,70,1/29/2019,71,二、液体分布装置,1/29/2019,72,三、液体再分布装置,1/29/2019,73,3-2-5 板式塔与填料塔的比较,1.塔径较大时,宜采用板式塔。 造价低、塔效率高、检修和清理方便 2.塔高很高时,宜采用板式塔。 填料塔需要多次液体再分布 3.有热量从塔内移出时,宜采用板式塔。 塔板上宜于安装冷却器,1/29/2019,74,4.液体流量较小时,宜采用板式塔。 填料塔导致填料润湿不足 5.板式塔适合于处理有悬浮物的液体,填料塔则易堵塞。 6.板式塔便于侧线出料。 7.填料塔适合于处理有腐蚀性的物料。,1/29/2019,75,8.填料塔压降小,真空蒸馏常用填料塔。 9.填料塔内滞留的液体量少,停留时间短,适合于间歇蒸馏和热敏性物料。 10.填料塔适合于处理易发泡的液体。,
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