固體傳質(zhì)分離技術(shù)任務五板式塔的工藝設計41p

1、1. 總體上保證氣液兩相呈逆流流動提供最大的傳質(zhì)推動力2. 每塊板上或填料層內(nèi)保證氣液兩相充分接觸盡可能減小傳質(zhì)阻力3. 提供足夠大的氣液兩相通道保證大通量、低壓降、合適的彈性任務五、板式塔的工藝設計一、塔設備研制開發(fā)思路二、評價塔設備性能的指標1. 生產(chǎn)能力大；2. 分離效率高；3. 阻力小，壓降低；4. 操作彈性大；5. 滿足工業(yè)對生產(chǎn)設備的一般要求：結(jié)構(gòu) 簡單、造價低、安裝維修方便等。三、板式塔 板式塔結(jié)構(gòu)如右圖所示，主要由塔體、塔板、裙座、接口等部分組成。 四、板式塔的設計意圖 1. 在每塊塔板上氣液兩相必須保持密切而充分 的接觸，為傳質(zhì)過程提供足夠大而且不斷更 新的相際接觸表面，以減

2、小傳質(zhì)阻力； 2. 在塔內(nèi)應盡量使氣液兩相呈逆流流動，以提 供較大的傳質(zhì)推動力。板式塔：總體上氣液呈逆流流動； 每塊塔板上呈均勻錯流。五、板式塔的設計（一）板式塔的設計步驟 1、根據(jù)生產(chǎn)任務和分離要求，確定塔徑、塔高等工藝尺寸；2、進行塔板的設計，包括溢流裝置的設計、塔板的布置、閥的設計及排列；3、進行流體力學驗算；4、繪制塔板的負荷性能圖；5、對設計進行分析，對某些參數(shù)進行調(diào)整，重復上述設計，直至滿意。 1、溫度 精餾段:塔頂溫度：t1;加料板的溫度t2;平均溫度t= t1+ t2/2提餾段:塔釜溫度：t1;加料板的溫度t2;平均溫度t= t1+ t2/22、平均摩爾質(zhì)量塔頂液相摩爾質(zhì)量：塔

3、頂氣相摩爾質(zhì)量：精餾段平均摩爾質(zhì)量（二）、工藝參數(shù)的確定進料位置液相摩爾質(zhì)量：進料位置氣相摩爾質(zhì)量：精餾段氣相平均摩爾質(zhì)量精餾段液相平均摩爾質(zhì)量提餾段平均摩爾質(zhì)量塔底液相摩爾質(zhì)量：塔底氣相摩爾質(zhì)量：提餾段氣相平均摩爾質(zhì)量提餾段液相平均摩爾質(zhì)量3、密度 精餾段的氣相密度精餾段的液相密度:塔頂液相平均密度： 進料位置液相平均密度： 提餾段的氣相密度提餾段的液相密度:塔釜液相平均密度：進料位置液相平均密度： 4、體積流量 精餾段：上升蒸汽量精餾段：回流液體量（三）、塔的尺寸的計算Z=（N-S-2）HT+HF+ H底+H頂+SHT塔高的確定：要考慮塔頂、塔底、加料板間距、人孔或手孔等問題1、塔高其中S

4、為人孔或手孔數(shù)：安裝和檢修的需要 開“人孔”，或“手孔”。開人孔的板間距不應小于600 mm，手孔的板間距在450550mm，一般每10塊塔板左右開設一個人孔（手孔）。（一般塔徑在以下開手孔。）塔頂空間，使氣體中的液滴自由沉降，減少塔頂出口處的液體夾帶 H頂進料板的板間距比一般板間距大一些。2、板間距一定的塔徑有一個范圍塔徑0.30.50.30.80.81.61.62.02.02.42.4板間距200300300350350450450600500800600 3、塔徑的選取D 非飽和液體進料的話要分精餾段和提餾段來計算、物性數(shù)據(jù)的選取注意是混合物、注意要取平均溫度下的物性數(shù)據(jù)、注意表面張力

5、，其中C與表面張力有關(guān)，按液體的表面張力為200N/m。氣相密度；C負荷糸數(shù)。最大氣速；液相密度；板上清液層高度；(常壓塔，0.05-0.1m ；減壓塔,0.025-0.03m）4、溢流裝置的設計（1）溢流形式：單溢流、雙溢流、U形流等。單溢流（直徑流）：液體橫過整個塔板，自受液盤流向溢流堰。板效率高，結(jié)構(gòu)簡單。用在塔徑在以下 U形流（回轉(zhuǎn)流）：降液和受液裝置都安排在同一側(cè)的弓形的一半作受液盤，另一半作降液管，沿直徑用以擋板將板面隔成U形通道。液體流經(jīng)最長，利用率也高，用于小塔液體流量小的場合。雙溢流：自上一塔板的液體分別從左右兩側(cè)的降液管進入塔板，橫過半個塔板進入中間的降液管，在下一塔板上的

6、液體則分別流向兩側(cè)的降液管。落差小，面積利用率低，適用于大塔徑。（2）降液管有圓形和弓形兩種。小塔中因焊接不便而用圓形降液管外，生產(chǎn)上都采用弓形降液管。堰長指弓形降液管的弦長，根據(jù)回流比的大小及溢流形式而決定，對于單溢流：對于雙溢流：。降液管 有圓形和弓形兩種。小塔中因焊接不便而用圓形降液管外，生產(chǎn)上都采用弓形降液管。a、b弓形降液管c圓形降液管出口堰高為了保證塔板上有一定高度的液層，降液管上端必須高出塔板板面一定高度。 hW=50100mm.板上液層高度 (常壓塔，0.05-0.1m ；減壓塔,0.025-0.03m）堰上液層高度 超過堰高的那部分液體高度。設計時應注意：以免液體在堰上分布不

7、均勻 溢流管底與塔板之間的距離 設計原則：保證液體流經(jīng)此處時的阻力不太大，同時要有良好的液封 液體通過降液管底隙時的流速。一般可?。?注：降液管底隙高度一般不宜小于20-25mm，否則，易于堵塞或因安裝偏差而使液流不暢，造成液泛。設計時，塔徑較小時，h0可取25-30mm，塔徑較大時， h0可取40mm，最大可達150 mm。（3）塔板布置 塔板有整塊式和分塊式兩種。直徑在800mm以下的小塔采用整塊式塔板，以上的采用分塊式塔板，（通過人孔裝拆塔板）。 塔板塊面可分為四個區(qū)域： 鼓泡區(qū)：為塔板上氣液接觸的有效區(qū)域。 溢流區(qū)：降液管所占的區(qū)域。 破沫區(qū)：鼓泡區(qū)和溢流區(qū)之間的區(qū)域。WS D，WS=

8、6075mm；D ，WS=80110mm； D1m，WS可適當小一些。無效區(qū)：靠近塔壁的留出的一圈邊緣部分區(qū)域，支持塔板的邊梁之用。 WC ：小塔可取 WC=3050mm；大塔可取WC=5075mm；單溢流塔板布置圖（4）浮閥數(shù)目的計算 及浮閥的布置實驗證明，浮閥塔的操作能以浮閥處于全開或接近全開時的狀態(tài)為最好。此時壓強、泄漏都最小，而操作彈性較大。浮閥的開度與氣體通過浮閥孔的動能有一定的關(guān)糸。而動能又取決于氣體的速度與密度，故設計時以“動能因素F”作為衡量氣體動壓大小的指標。F動能因素；U0氣體通過浮閥時的速度；V氣體的密度。通過實驗得到： F=56時，為閥孔的泄漏極限。 F=912時，閥孔

9、剛剛?cè)_。 F=817時，屬正常操作范圍。 F=1820時，達到最大負荷。設計時，取F=912范圍內(nèi)來求取閥孔氣速 則浮閥數(shù)目可利用下式求?。呵笏愠龈￠y數(shù)后，再根據(jù)實際情況作圖計算，加以圓整或調(diào)整為實際浮閥數(shù)。（但要使動能因素在9-12范圍內(nèi)。）一般：常壓塔 加壓塔 減壓塔 浮閥的布置和排列 浮閥在塔板鼓泡區(qū)域內(nèi)的排列有正三角形和等腰三角形兩種排列方式。按照閥孔中心聯(lián)線與液流方向的關(guān)糸，又有順排和叉排之分。叉排時氣、液接觸效果較好，故在一般情況下都采用叉排方式。對于整塊式塔板而言，都采用正三角形叉排，其孔心距t=75125mm。對于分塊式塔板而言，采用等腰三角形叉排較多，同一橫排的閥孔中心距一

10、般為75mm 左右，相鄰兩排間的間距可取締65-100mm左右。開孔率：一般要求在14%左右。 開孔率：閥孔總截面積與塔的截面積之比。浮閥在塔板上的排列方式等腰三角形：行距固定t,列寬h，65、70、80、90、100、110mm等邊三角形:孔間距t,75、100、125、150mm順排叉排5、溢流管中液體的停留時間 為了保證氣相夾帶不致超過允許的程度，降液管內(nèi)液體的停留時間不應小于35s。以防“淹塔”。若不滿足，可調(diào)節(jié)H。（四）、浮閥塔板的流體力學驗算 塔板上的流體力學驗算，目的在于核算上述各項工藝尺寸已經(jīng)確定的塔板，在設計任務規(guī)定的氣、液負荷下能否正常操作。其中包括：塔板壓降、液泛、夾帶、

11、漏液、液面落差等項的驗算。（浮閥塔的液面落差一般較小，可以忽略） 1、塔板壓降通過一層塔板時的壓降hC（干板阻力）克服板上液層所產(chǎn)生的壓降克服液體表面張力的壓力降 h即 = hC+ hL+ h一般都很小，可以忽略。 一般浮閥塔的常壓和加壓塔：減壓塔：水柱。水柱。2、液泛驗算（夾帶液泛和溢流液泛）Hd2112氣體通過塔板時的阻力 板上液層厚度。 液體通過降液管時的阻力損失。（無進口堰）。 （有進口堰）。 降液管底隙高度。實際降液管中或多或少要存在有一些氣泡，由于氣泡的存在，溢流管中有可能液體會滿至上一層塔板，以產(chǎn)生液泛現(xiàn)象。為了防止液泛現(xiàn)象的產(chǎn)生，降液管應有一個足夠的高度。為糸數(shù)。一般發(fā)泡嚴重,

12、不易發(fā)泡。3、霧沫夾帶驗算(液沫夾帶和氣沫夾帶) 由于過多的霧沫夾帶將會導致塔板效率嚴重下降，為了保證塔板能維持正常的操作效果。控制每千克上升蒸汽夾帶到上一層塔板的液體量不超過千克。其主要影響因素為：空塔氣速和板間距。在設計時間接地用“泛點率”來驗算。即操作時的空塔氣速與發(fā)生液泛時的空塔氣速的比值。板上液層流經(jīng)長度 板上液流面積。 塔截面積；降液管的面積（溢流面積）。泛點負荷糸數(shù)?？筛鶕?jù)有關(guān)圖表查取。K物性糸數(shù)。也可根據(jù)有關(guān)圖表查取。常壓塔負壓塔 小塔 4.漏液，F(xiàn)=5時所對應的氣速為漏液點的氣速。校核漏液的穩(wěn)定系數(shù)符合要求。對于浮閥塔，當將F=5代入求出漏液點的氣速.（五）、塔的負荷性能圖1

13、、霧沫夾帶上限線表示出VL的函數(shù)關(guān)糸式，作出曲線“1”。 2、液泛線 表示了降液管內(nèi)泡沫層高度達到最大允許值，即： 繪出VL之間的關(guān)糸。 以無進口堰為例： 換算成VL的關(guān)糸，繪出液泛線“2”。3、液相負荷上限線 表示液體在降液管內(nèi)的仃留時間不小于35（S）時板上最大液體流量，超過此線就會產(chǎn)生液泛現(xiàn)象。板效率就會大大降低。 取5（s）算出L為一條垂直線。 即為液相負荷上限線“3”。 4、液相負荷下限線表示了堰上液層高度時的最小液體流量。 算出即為L=為一條垂直線“5”。即為液相負荷下限線。 5、氣相負荷下限線 表示不發(fā)生嚴重漏液現(xiàn)象時的最低氣體負荷。是一條平行于橫軸的直線。F=56時，泄漏量接近

14、于是10%，作為確定氣相負荷下限線的依據(jù)。=5， 算出 算出V。一條平行線“4”。（六)塔的負荷性能圖1為漏液線,表示塔板嚴重漏液時的最小氣體流量.2為過量液沫夾帶線,表示液沫夾帶量為千克/千克時的氣液流量關(guān)系.3為液相負荷下限線,表示堰上堰高為最小時的液相流量.4為液相負荷上限線，若液量超過此上限，液體在降液管內(nèi)停留時間過短，液流中的氣泡夾帶現(xiàn)象大量發(fā)生，以致出現(xiàn)溢流液泛。5為溢流液泛線，可根據(jù)溢流液泛的產(chǎn)生條件確定，若氣液負荷位于此線上方，塔內(nèi)將出現(xiàn)溢流液泛；1、負荷性能圖操作彈性：上、下限操作極限的氣體流量之比稱為塔板的操作彈性，操作彈性越大的塔越好，一般要求大于34。2、操作彈性 3、幾點說明板型不同，負荷性能圖中所包括的邊界線也有所不同。同一板