化工原理下3-1蒸餾與吸收塔設(shè)備

1、1第第3 3章章 蒸餾和吸收塔設(shè)備蒸餾和吸收塔設(shè)備 通過本章學(xué)習(xí)，應(yīng)掌握板式塔的結(jié)構(gòu)、塔板的類型、板式塔的流體力學(xué)性能與操作特性；掌握填料塔的結(jié)構(gòu)、填料的類型、填料塔的流體力學(xué)性能；了解填料塔的設(shè)計原則。學(xué)習(xí)目的與要求2塔設(shè)備的性能評價指標(biāo)塔設(shè)備的性能評價指標(biāo) 通量通量單位塔截面的單位塔截面的生產(chǎn)能力生產(chǎn)能力 分離效率分離效率對板式塔以對板式塔以板效率板效率表示，對填料塔以表示，對填料塔以等板高度等板高度表示。表示。 適應(yīng)能力適應(yīng)能力操作彈性操作彈性，表現(xiàn)為對物料的適應(yīng)性及對負(fù)荷波，表現(xiàn)為對物料的適應(yīng)性及對負(fù)荷波動的適應(yīng)性。動的適應(yīng)性。 其他：其他：流動流動阻力阻力小，小，結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、易于簡

2、單、易于操作操作控制、控制、造價造價低。低。3 板 式 塔 為逐級接觸式的氣液傳質(zhì)設(shè)備，它主要由圓柱形殼體、塔板、溢流堰以及降液管和受液盤等部件構(gòu)成。 板式塔的結(jié)構(gòu) 1-殼體2-塔板3-溢流堰4-受液盤5-降液管3.1 板式塔3.1.1 板式塔的結(jié)構(gòu)與塔板類型5 |總體上使兩相呈總體上使兩相呈逆逆流流流動流動 |每一塊塔板上呈均每一塊塔板上呈均勻的勻的錯流錯流(或逆流）或逆流）接觸接觸|氣液兩相能充分氣液兩相能充分接接觸觸|接觸后氣液兩相能接觸后氣液兩相能及時及時分離分離 6塔板 有降液管式塔板 無降液管式塔板 塔板的分類(a)有降液管式塔板(b)無降液管式塔板錯流式逆流式1. 塔板分類v板式

3、塔的塔板基本結(jié)構(gòu)板式塔的塔板基本結(jié)構(gòu)液體流動方向液體流動方向1234 561、降液管的受液區(qū)、降液管的受液區(qū)2、進(jìn)口安定區(qū)、進(jìn)口安定區(qū)3、鼓泡區(qū)、鼓泡區(qū)4、出口安定區(qū)（破沫區(qū)）、出口安定區(qū)（破沫區(qū)）5、降液管的溢流區(qū)、降液管的溢流區(qū)6、無效區(qū)、無效區(qū)氣體通道氣體通道 形式很多，如篩板、浮閥、泡罩等，對塔形式很多，如篩板、浮閥、泡罩等，對塔板性能影響很大。板性能影響很大。 降液管（降液管（液體通道液體通道） 液體流通通道，多為弓形液體流通通道，多為弓形 受液盤受液盤 塔板上接受液體的部分塔板上接受液體的部分 溢流堰溢流堰 使塔板上維持一定高度的液層，保證兩相使塔板上維持一定高度的液層，保證兩相充

4、分接觸。充分接觸。10(1)(1)泡罩塔板泡罩塔板 泡罩塔板是工業(yè)上應(yīng)用最早的塔板，它由升氣管及泡罩構(gòu)成。泡罩安裝在升氣管的頂部，分圓形和條形兩種，以前者使用較廣。泡罩有80m m 、100 m m 和150mm三種尺寸，可根據(jù)塔徑大小選擇。泡罩下部周邊開有很多齒縫，齒縫一般為三角形、矩形或梯形。泡罩在塔板上為正三角形排列。2. 塔板的結(jié)構(gòu)形式 11操作彈性適中；塔板不易堵塞。生產(chǎn)能力及板效率較低；結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價高。優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：泡罩塔板的優(yōu)缺點(diǎn)12(2)(2)篩孔塔板篩孔塔板 篩孔塔板簡稱篩板，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在塔板上開有許多均勻小孔，孔徑一般為38mm。篩孔在塔板上為正三角形排列。塔板上設(shè)置溢流

5、堰，使板上能保持一定厚度的液層。13板上液面落差小，氣體壓降低；生產(chǎn)能力大；操作彈性??；結(jié)構(gòu)簡單、造價低；塔板效率較高。優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：篩孔易堵塞，不宜處理易結(jié)焦、黏度大的物料。篩孔塔板的優(yōu)缺點(diǎn)14(3)(3)浮閥塔板浮閥塔板 F-1型型V-4型型 浮閥塔板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在塔板上開有若干個閥孔，每個閥孔裝有一個可上下浮動的閥片，閥片本身連有幾個閥腿，插入閥孔后將閥腿底腳撥轉(zhuǎn)90，以限制閥片升起的最大高度，并防止閥片被氣體吹走。閥片周邊沖出幾個略向下彎的定距片，當(dāng)氣速很低時，由于定距片的作用，閥片與塔板呈點(diǎn)接觸而坐落在閥孔上，可防止閥片與板面的黏結(jié)。 15(3)浮閥塔板 16 操作彈性大； 生產(chǎn)能力大

6、； 處理易結(jié)焦、高黏度物料閥片易與塔板黏結(jié)； 操作時閥片易脫落或卡死。 結(jié)構(gòu)簡單、造價低； 塔板效率較高。優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：浮閥塔板的優(yōu)缺點(diǎn)17(4)(4)噴射型塔板噴射型塔板 1） 舌形塔板 舌形塔板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，在塔板上沖出許多舌孔，方向朝塔板液體流出口一側(cè)張開。舌片與板面成一定的角度，有18、20、25三種（一般為20），舌片尺寸有50mm50mm和25mm25mm兩種。舌孔按正三角形排列，塔板的液體流出口一側(cè)不設(shè)溢流堰，只保留降液管。18舌形塔板示意圖192）浮舌塔板 浮舌塔板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，其舌片可上下浮動。因此，浮舌塔板兼有浮閥板和固定舌形板的特點(diǎn)，處理能力大、壓降低、操作彈性大。浮舌塔板

7、示意圖20塔板的性能評價指標(biāo)： 生產(chǎn)能力大；塔板效率高；塔板壓降低；操作彈性大；結(jié)構(gòu)簡單，制造維修方便，造價低。3. 塔板的性能評價21 常見塔板的性能比較 塔板類型 相對生 相對塔 操作 壓力降 結(jié)構(gòu) 成本 產(chǎn)能力 板效率 彈性 泡罩塔板 1.0 1.0 中 高 復(fù)雜 1.0 篩孔塔板 1.2 1.4 1.1 低 低 簡單 0.4 0.5 浮閥塔板 1.2 1.3 1.1 1.2 大 中 一般 0.4 0.5 舌形塔板 1.3 1.5 1.1 小 低 簡單 0.4 0.5 斜孔塔板 1.5 1.8 1.1 中 低 簡單 0.4 0.5 22一、塔板上氣液兩相的接觸狀態(tài) 塔板上氣液兩相的接觸狀

8、態(tài)是決定板上兩相流體力學(xué)及傳質(zhì)和傳熱規(guī)律的重要因素。當(dāng)液體流量一定時，隨著氣速的增加，可以出現(xiàn)四種不同的接觸狀態(tài)： 鼓泡接觸狀態(tài)； 蜂窩接觸狀態(tài)；泡沫接觸狀態(tài)； 噴射接觸狀態(tài)。 3.1.2 板式塔的流體力學(xué)性能231. 鼓泡接觸狀態(tài)鼓泡接觸狀態(tài) 氣速較低時，氣體以鼓泡形式通過液層。由于氣泡的數(shù)量不多，形成的氣液混合物基本上以液體為主，氣液兩相接觸的表面積不大，傳質(zhì)效率很低。 242. 蜂窩狀接觸狀態(tài)蜂窩狀接觸狀態(tài) 隨著氣速增加，氣泡數(shù)量不斷增加。當(dāng)氣泡形成速度大于氣泡浮升速度時，氣泡在液層中累積。氣泡間相互碰撞，形成各種多面體的大氣泡。由于氣泡不易破裂，表面得不到更新，所以此種狀態(tài)不利于傳熱和

9、傳質(zhì)。 253. 泡沫接觸狀態(tài)泡沫接觸狀態(tài) 當(dāng)氣速繼續(xù)增加，氣泡數(shù)量急劇增加，氣泡不斷發(fā)生碰撞和破裂，此時板上液體大部分以液膜的形式存在于氣泡之間，形成一些直徑較小、擾動十分劇烈的動態(tài)泡沫，由于泡沫接觸狀態(tài)表面積大，并不斷更新，所以是一種較好的接觸狀態(tài)。 264. 噴射接觸狀態(tài)噴射接觸狀態(tài) 當(dāng)氣速繼續(xù)增加，把板上液體向上噴成大小不等的液滴，直徑較大的液滴受重力作用落回到塔板上，直徑較小的液滴被氣體帶走，形成液沫夾帶。液滴回到塔板上又被分散，這種液滴反復(fù)形成和聚集，使傳質(zhì)面積增加，表面不斷更新，是一種較好的接觸狀態(tài)。27氣體通過塔板需克服一定的阻力塔板壓降。塔板阻力板上各部件所造成的局部阻力。板

10、上充氣液層的靜壓力形成的阻力。液體表面張力形成的阻力。塔板壓降 = 干板壓降+充氣液層壓降+表面張力壓降二、氣體通過塔板的壓降 干板阻力充氣液層阻力表面張力阻力28氣液接觸時間塔板效率塔釜溫度氣體阻力塔板壓降塔板壓降能量消耗對熱敏性物系的分離，應(yīng)采用較低的塔板壓降。二、氣體通過塔板的壓降 分析29 當(dāng)液體橫向流過塔板時，為克服板上的摩擦阻力和板上部件（如泡罩、浮閥等）的局部阻力，需要一定的液位差，則在板上形成由液體進(jìn)入板面到離開板面的液面落差。塔板上的液面落差示意圖三、塔板上的液面落差 液面落差30氣液分布均勻程度塔板效率與塔板的結(jié)構(gòu)有關(guān)泡罩塔板大浮閥塔板中篩孔塔板小與塔徑、液體流量有關(guān)塔徑流

11、量三、塔板上的液面落差 分析（a）單流型（）單流型（b）雙流型）雙流型 （c）四程流型）四程流型(d）階梯流型）階梯流型（e）U型流型型流型塔板溢流類型塔板溢流類型流徑長度與液面落差關(guān)系？流徑長度與液面落差關(guān)系？321.漏液 在正常操作塔板上，液體橫向流過塔板，然后經(jīng)降液管流下。當(dāng)氣體速度較小時，氣體通過升氣孔道的動壓不足以阻止板上液體經(jīng)孔道流下時，便會出現(xiàn)漏液現(xiàn)象。 為保證塔正常操作，漏液量應(yīng)不大于液體流量的10%。漏液量為10%的氣體速度稱為漏液速度，它是板式塔操作氣速的下限。 一、板式塔的異常操作現(xiàn)象 3.1.3 板式塔的操作特性33 上升氣流穿過塔板上液層時，必然將部分液體分散成微小液滴，氣體夾帶著這些液滴在板間的空間上升，如液滴來不及沉降分離，則將隨氣體進(jìn)入上層塔板，這種現(xiàn)象稱為霧沫夾帶。 為維持正常操作，需將霧沫夾帶限制在一定范圍，一般為 eV 0.1kg(液)/ kg(氣)。 2.霧沫夾帶 霧沫夾帶量一、板式塔的異常操作現(xiàn)象 343.液泛 塔板正常操作時，在塔板上應(yīng)維持一定厚度的液層，以和氣體進(jìn)行接