蒸餾和吸收塔設(shè)備培訓(xùn)教材

主講：楊虎

Tel-Mail:yanghu67@163.com第七章蒸餾和吸收塔設(shè)備

教學(xué)要求

§7-0概述

§7-1板式塔

§7-2填料塔

復(fù)習(xí)1教學(xué)要求重點：板式塔與填料塔的特點，塔設(shè)備的選用與設(shè)計原則。覆蓋內(nèi)容：塔設(shè)備的性能參數(shù)；典型塔板的結(jié)構(gòu)特點及分類，塔板上的流體力學(xué)特性，正常與非正常操作情況及調(diào)節(jié)；板式塔的設(shè)計原則及步驟；填料及填料塔的結(jié)構(gòu)特點，填料塔的流體力學(xué)特性，填料塔的設(shè)計原則及步驟；板式塔與填料塔的比較，塔的選用原則。四川理工學(xué)院2§7-0概述氣液傳質(zhì)設(shè)備的基本功能

提供氣液傳質(zhì)場所有效分離氣液兩相氣液傳質(zhì)設(shè)備的分類

連續(xù)（微分）接觸式（填料塔）、逐級接觸式（板式塔）性能評價指標(biāo)通量——生產(chǎn)能力分離效率適應(yīng)能力——操作彈性四川理工學(xué)院3§7-1

板式塔一板式塔的結(jié)構(gòu)按塔內(nèi)氣、液流動的方式分類泡罩塔

篩板塔

浮閥塔

噴射塔二性能評價錯流塔板、逆流塔板三按塔板類型分類處理能力板效率塔板壓降§7-1-1塔板類型四川理工學(xué)院4§7-1

板式塔液相降液管堰氣相液相氣相逆流塔板優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，無液面差，充分利用板面，生產(chǎn)能力較大；缺點：板效率及操作彈性不及溢流塔板。應(yīng)用范圍小，常見的板型有篩孔式、柵板式、波紋板式等。錯流式塔板(溢流塔板)液體流動板間板上氣體流動溢流堰進口堰特點：獲得較高的板效率，但降液管將占去塔板的傳質(zhì)有效面積，影響塔的生產(chǎn)能力。四川理工學(xué)院5§7-1

板式塔

泡罩塔的結(jié)構(gòu)主要元件：升氣管、泡罩，泡罩安裝在升氣管頂部，泡罩底緣開有若干齒縫浸入在板上液層中，升氣管頂部應(yīng)高于泡罩齒縫的上沿，以防止液體從中漏下。特點：優(yōu)點：操作穩(wěn)定，不會產(chǎn)生嚴重的漏液現(xiàn)象，故彈性大。缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價高，塔板壓降大，生產(chǎn)強度低。泡罩塔四川理工學(xué)院6§7-1

板式塔浮閥塔

浮閥的結(jié)構(gòu)形式：圓形、方形、條形及傘形F-1型V-4型A型方形浮閥十字架型安裝特點：閥孔浮閥最小開度最大開度閥片開啟高度與操作氣速的關(guān)系四川理工學(xué)院7§7-1

板式塔優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、造價低，生產(chǎn)能力大，操作彈性大，塔板效率較高。

缺點：處理易結(jié)焦、高粘度的物料時，閥片易與塔板粘結(jié)；在操作過程中有時會發(fā)生閥片脫落或卡死等現(xiàn)象，使塔板效率和操作彈性下降。幾種新型浮閥塔板雙流噴射浮閥塔板導(dǎo)向浮閥塔盤

四川理工學(xué)院8§7-1

板式塔篩板塔結(jié)構(gòu)特點：結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，塔板阻力小。垂直篩板結(jié)構(gòu)兩相流動特點：提供更大的不斷更新的接觸表面，強化傳質(zhì)過程；氣液由水平方向噴出，液滴在垂直方向的初速度為零，降低了液沫夾帶量，垂直篩板可獲得較高的塔板效率和較大的生產(chǎn)能力。四川理工學(xué)院9§7-1

板式塔結(jié)構(gòu)噴射型塔板——舌形塔板優(yōu)點：避免返混、液面落差小，塔板壓降較??；氣流方向近于水平；液沫夾帶量較小，可達較高的生產(chǎn)能力。缺點：張角固定，可導(dǎo)致塔板漏液嚴重；操作彈性?。话逍瘦^低。噴射型塔板——浮舌塔板結(jié)構(gòu)特點：處理能力大、壓降低、操作彈性大等優(yōu)點，特別適宜于熱敏性物系的減壓分離過程。

四川理工學(xué)院10§7-1板式塔塔§7-1-2板板式式塔的的流體體力學(xué)學(xué)性能能一塔塔板上上氣液液兩相相的接接觸狀狀態(tài)氣液兩兩相的的接觸觸狀態(tài)態(tài)是決決定板板上兩兩相流流流體體力學(xué)學(xué)及傳傳質(zhì)和和傳熱熱規(guī)律律的重重要因因素。。蜂窩狀狀態(tài)氣泡的的形成成速度度大于于氣泡泡的浮浮升速速度，，氣泡泡在液液層中中累積積。氣氣泡之之間相相互碰碰撞，，形成成各種種多面面體的的大氣氣泡，，板上上是以以氣體體為主主的氣氣液混混合物物。氣氣泡不不易破破裂，，表面面得不不到更更新，，此種種狀態(tài)態(tài)不利利于傳傳熱和和傳質(zhì)質(zhì)。鼓泡狀狀態(tài)氣液兩兩相接接觸的的表面面積不不大，，傳質(zhì)質(zhì)效率率很低低。四川理理工學(xué)學(xué)院11§7-1板式塔塔泡沫狀態(tài)

泡沫接接觸狀狀態(tài)的的表面面積大大，不不斷更更新，，為兩兩相傳傳熱與與傳質(zhì)質(zhì)提供供了良良好的的條件件，是是一種種較好好的接接觸狀狀態(tài)。。噴射狀態(tài)

氣體為為連續(xù)續(xù)相，，液體體為分分散相相，兩兩相傳傳質(zhì)的的面積積是液液滴的的外表表面。。液滴的的反復(fù)復(fù)形成成和聚聚集，，使傳傳質(zhì)面面積增增加，，表面面不斷斷更新新，有有利于于傳質(zhì)質(zhì)與傳傳熱進進行，，是一一種較較好的的接觸觸狀態(tài)態(tài)。二氣氣體通通過塔塔板的的壓降降總壓降降包括干板壓壓降、靜壓強強及液體體表面面張力力引起起的壓壓降影響因因素壓壓降降與效效率四川理理工學(xué)學(xué)院12§7-1板式塔塔三塔塔板上上的液液面落落差流體阻阻力與與液面面落差差塔塔板結(jié)結(jié)構(gòu)與與液面面落差差改善措措施：：單溢溢→雙雙溢流流或階階梯溢溢流四塔塔板上上的異異常操操作現(xiàn)現(xiàn)象漏液、液泛和液沫夾夾帶等，應(yīng)應(yīng)盡量量避免免異常常操作作現(xiàn)象象的出出現(xiàn)。。五塔塔板的的負荷荷性能能圖通常由由五條條線組組成：：漏液線線（1）液沫夾夾帶線線（2）液相負負荷下下限線線（3）液相負負荷上上限線線（4）液液泛泛線（（5））四川理理工學(xué)學(xué)院13§7-1板式塔塔六．板板式塔塔的操操作分分析五條線線所包包圍的的區(qū)域域稱為為塔板的的適宜宜操作作區(qū)。。操作點點———A操作線線———OA操作彈彈性———Vmax/Vmin設(shè)計時時，應(yīng)應(yīng)使操操作點點盡可可能位位于適適宜操操作區(qū)區(qū)的中中央，，若操操作點點緊靠靠某一一條邊邊界線線，則則負荷荷稍有有波動動，塔塔的正正常操操作即即被破破壞。。四川理理工學(xué)學(xué)院14§7-1板式塔塔§7-1-3板板式式塔的的工藝藝設(shè)計計設(shè)計計分分析析根據(jù)設(shè)計任務(wù)和工藝要求，確定設(shè)計方案根據(jù)設(shè)計任務(wù)和工藝要求，選擇塔板類型確定塔高和塔徑塔板的結(jié)構(gòu)設(shè)計：溢流裝置、塔板布置、升氣道設(shè)計及排列流體力學(xué)驗算負荷性能圖四川川理理工工學(xué)學(xué)院院15§7-2填料料塔塔填料料塔塔塔體體填填料料塔塔內(nèi)內(nèi)件件————填填料料支支承承與與壓壓緊緊裝裝置置、、液液體體與與氣氣體體分分布布器器、、液液體體再再分分布布器器以以及及氣氣體體除除沫沫器器操作作原原理理§7-2-1填填料料塔塔的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)與與特特點點§7-2-2填料料一填填料料特特性性：：比表表面面積積σ空隙隙率率填料料因因子子(σ/3)———表表示示填填料料的的流流體體的的流流體體力力學(xué)學(xué)性性能能。。二填填料料類類型型散裝裝填填料料和和規(guī)規(guī)整整填填料料四川川理理工工學(xué)學(xué)院院16§7-2填料料塔塔1散散裝裝填填料料拉西西環(huán)環(huán)填填料料優(yōu)點點：易于于制制造造，，價價格格低低廉廉，，研研究究較較為為充充分分。。缺點點：高徑徑比比大大，，易易形形成成線線接接觸觸，，存存在在嚴嚴重重的的溝溝流流和和壁壁流流現(xiàn)現(xiàn)象象。。且且拉拉西西環(huán)環(huán)填填料料的的內(nèi)內(nèi)表表面面潤潤濕濕率率較較低低，，改進進：衍生生的的θθ環(huán)環(huán)、、十十字字環(huán)環(huán)及及螺螺旋旋環(huán)環(huán)等等。鮑爾爾環(huán)環(huán)（Pallring））填料料金屬鮑爾環(huán)填料塑料鮑爾環(huán)填料改型鮑爾環(huán)填料四川川理理工工學(xué)學(xué)院院17§7-2填料料塔塔階梯梯環(huán)環(huán)填填料料金屬階梯環(huán)填料塑料階梯環(huán)

鞍形形(Berlsaddle)填填料料————矩鞍鞍、弧弧鞍鞍、、金屬屬鞍鞍換換優(yōu)點點：空空隙隙率率高高，，氣氣體體阻阻力力小小，，液液體體分分布布性性能能較較好好。。缺點點：相相鄰鄰填填料料易易套套疊疊。。四川川理理工工學(xué)學(xué)院院18§7-2填料料塔塔2規(guī)規(guī)整整填填料料格柵填料

格柵柵填填料料優(yōu)點點：：格格柵柵填填料料層層整整體體性性好好，，空空隙隙率率高高。。缺點點：：但但比比表表面面積積較較低低。。波紋紋填填料料金屬絲網(wǎng)波紋填料按結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)————網(wǎng)網(wǎng)波波紋紋填填料料和和板板波波紋紋填填料料按材材質(zhì)質(zhì)————金金屬屬、、塑塑料料、、陶陶瓷瓷等等四川川理理工工學(xué)學(xué)院院19§7-2填料料塔塔金屬壓延孔板波紋填料金屬孔板波紋填料各種陶瓷規(guī)整填料脈沖沖填填料料特點點:處理理量量大大，，壓壓降降小小，，是是真真空空精精餾餾的的理理想想填填料料。。因因其其優(yōu)優(yōu)良良的的液液體體分分布布性性能能使使放放大大效效應(yīng)應(yīng)減減少少，，故故特特別別適適用用于于大大塔塔徑徑的的場場合合。。四川川理理工工學(xué)學(xué)院院20§7-2填料料塔塔填料名稱評估值語言值排序絲網(wǎng)波紋填料0.86很好1孔板波紋填料0.61相當(dāng)好2金屬Intalox0.59相當(dāng)好3金屬鞍形環(huán)0.57相當(dāng)好4金屬階梯環(huán)0.53一般好5金屬鮑爾環(huán)0.51一般好6瓷Intalox0.41較好7瓷鞍形環(huán)0.38略好8瓷拉西環(huán)0.36略好9四川川理理工工學(xué)學(xué)院院21§7-2填料料塔塔包括括持持液液量量、、壓壓降降、、液液泛泛、、填填料料表表面面的的潤潤濕濕及及返返混混等等。。一氣氣體體通通過過填填料料層層的的壓壓強強降降壓降降與與氣氣速速的的關(guān)關(guān)系系————L=0、、L≠≠0的的情情況況載點點、、泛泛點點恒持持液液量量區(qū)區(qū)、、載載液液區(qū)區(qū)、、液液泛泛區(qū)區(qū)持液液量量載液區(qū)高液量低液量CC’BB’AA’L=0L1L2lgulgp載點氣速液泛氣速§7-2-3填填料料塔塔的的流流體體力力學(xué)學(xué)性性能能四川川理理工工學(xué)學(xué)院院22§7-2填料料塔塔壓降降：在一一定定的的液液體體噴噴淋淋密密度度下下，，填填料料持持液液量量與與氣氣速速無無關(guān)關(guān)，，氣氣體體壓壓降降與與氣氣速速的的關(guān)關(guān)系系為為直直線線且且基基本本與與L=0的的直直線線平平行行。。載液液和和液液泛泛對對傳傳質(zhì)質(zhì)的的影影響響：：載點點(B)后后，，持持液液量量，氣氣液液相相互互作作用用，相相界界面面積積，湍湍動動增增強強，傳傳質(zhì)質(zhì)過過程程，填填料料效效率率(HETP)；；P點點后后，，液液沫沫夾夾帶帶量量，液液相相返返混混可可導(dǎo)導(dǎo)致致填填料料效效率率，(HETP)。填料料塔塔的的操操作作控控制制在在偏偏離離泛泛點點一一定定距距離離的的載載液液區(qū)區(qū)內(nèi)內(nèi)，，可可得得到到較較高高的的傳傳質(zhì)質(zhì)效效率率，，填填料料層層的的壓壓降降也也不不會會過過大大。。lgu高液量低液量載點線lgLPB泛點C載液區(qū)空塔氣速

u等板高度HETP四川理工工學(xué)院23§7-2填料塔壓降對填填料塔操操作的可可靠性和和經(jīng)濟性性有著決決定性的的影響；；選擇填填料和確確定塔徑徑時，不不同系統(tǒng)統(tǒng)應(yīng)控制制的壓降降范圍不不同。吸收（mmH2O/m）蒸餾（mmH2O/m）系統(tǒng)不起泡系統(tǒng)起泡常壓或加壓真空20~358~2035~658~35壓降———表面摩摩擦阻力力、形體體阻力影響因素素：填料料特性(幾何形形狀、比比表面積積、等)，流流體物性性(、等)、操操作條件件(氣液液流量、、T等)。由各種經(jīng)經(jīng)驗關(guān)聯(lián)聯(lián)式或關(guān)關(guān)聯(lián)圖進進行估算算。二壓降降與氣速速的關(guān)聯(lián)聯(lián)圖四川理工工學(xué)院24§7-2填料塔?？颂?Eckert)壓壓降通通用關(guān)聯(lián)聯(lián)圖GG,GL：kg/(m2.s)；；u：m/s；L：mPa.s；；V,L：kg/m3；WG,WL：kg/s；ф：濕填料料因子(泛點填填料因子子)，1/m；；g：重力加速速度9.81m/s2；Vs,Ls：m3/s；：液體密密度校正正系數(shù)(水與液液相密度度之比=/L)。橫坐標(biāo)：：縱坐標(biāo)：四川理工工學(xué)院25§7-2填料塔適用范圍圍：亂堆堆填料(Randompackings)最上方的的三條線線分別為為弦柵、、整砌拉拉西環(huán)及及亂堆填填料的泛泛點線。。其余為為亂堆填填料的等等壓降線線。四川理工工學(xué)院26§7-2填料塔三、液泛與泛點氣氣速防止液泛泛：u0max<0.95uF，設(shè)計點點時取u0=0.5~0.8uF。故正確確估算泛泛點氣速速對填料料塔的設(shè)設(shè)計和操操作都十十分重要要。填料的種種類，物物系的物物性以及及氣、液液相負荷荷等因素素對泛點點都有一一定的影影響。泛泛點氣速速的估算算式通常常仍是借借助于實實驗數(shù)據(jù)據(jù)所得的的各種經(jīng)經(jīng)驗關(guān)聯(lián)聯(lián)式或關(guān)關(guān)聯(lián)圖。。對于散裝裝填料，，目前廣廣泛采用用?？颂靥?Eckert)壓壓降和氣氣速通用用關(guān)聯(lián)圖圖中的泛泛點曲線線。規(guī)整填料料有類似似的泛點點實驗關(guān)關(guān)聯(lián)圖，，可參考考有關(guān)文文獻。根據(jù)兩相相流動參參數(shù)即可可由埃克克特(Eckert)關(guān)聯(lián)圖圖中的泛泛點線查查縱坐標(biāo)標(biāo)值，若若填料因因子已知知，即可可求得泛泛點氣速速。四川理工工學(xué)院27§7-2填料塔§7-2-4填填料塔的的內(nèi)件填料支承承裝置、、填料壓壓緊裝置置、液體體分布裝裝置、液液體收集集再分布布裝置等等。一填料料支承裝置置作用：支支承填料料要求：機機械強度度、自由由面積四川理工工學(xué)院28§7-2填料塔二填料料壓緊裝裝置作用：防止填料料層的松松動和跳跳動。分類：填料壓板板和床層層限制板板填料壓板板：自由放置置于填料料層上端端，靠自自身重量量將填料料壓緊。。它適用用于陶瓷瓷、石墨墨等制成成的易發(fā)生破碎碎的散裝裝填料。。床層限制制板：用于金金屬、塑塑料等制制成的不不易發(fā)生生破碎的的散裝填填料及所所有規(guī)整整填料。。床層限限制板要要固定在在塔壁上上，為不不影響液液體分布布器的安安裝和使使用，不不能采用用連續(xù)的的塔圈固固定，對對于小塔塔可用螺螺釘固定定于塔壁壁，而大大塔則用用支耳固固定。四川理工工學(xué)院29§7-2填料塔三液體體分布裝裝置液體分布布裝置的的種類多多樣，有有噴頭式式、盤式、管式、槽式及槽槽盤式等。噴頭式分分布器：：液體由由半球形形噴頭的的小孔噴噴出，小小孔直徑徑為3～～10mm，作作同心圈圈排列，，噴灑角角≤80°，，直徑為為(1/3~1/5)D。這種分分布器結(jié)結(jié)構(gòu)簡單單，只適適用于直直徑小于于600mm的的塔中。。因小孔孔容易堵堵塞，一一般應(yīng)用用較少。。四川理工工學(xué)院30§7-2填料塔盤式分布布器———篩孔型分分布器、、盤式溢溢流管式式分布器器等。分分布盤直直徑為塔塔徑的0.6～～0.8倍，適用用于D<800mm的塔。四川理工工學(xué)院31§7-2填料塔管式分布布器:由不同同結(jié)構(gòu)形形式的開開孔管制制成，有有排管式式、環(huán)管管式等不不同形狀狀。。。特點：結(jié)結(jié)構(gòu)簡單單，供氣氣體流過過的自由由截面大大，阻力力小。缺點：小小孔易堵堵塞，彈彈性一般般較小。。應(yīng)用：由由于液體體分布性性能優(yōu)越越，適合合于較多多噴淋點點和較低低液體負負荷的場場合；要要求物料料中無固固體顆粒粒，在立立管進料料口應(yīng)設(shè)設(shè)有過濾濾網(wǎng)；列列管式液液體分布布器操作作彈性好好；在高高操作彈彈性的場場合，可可采用雙雙排管式式液體分分布器；；適合大大、中、、小型塔塔中采用用。四川理工工學(xué)院32§7-2填料塔槽式液體體分布器器:通常由由分流槽槽（主槽槽或一級級槽）、、分布槽槽（副槽槽或二級級槽）構(gòu)構(gòu)成的。。分布槽槽的槽底底（或槽槽壁）上上設(shè)有孔孔道（或或?qū)Ч埽?，將液液體均勻勻分布于于填料層層上。具具有較大大的操作作彈性和和極好的的抗污堵堵性，適適合于大大氣液負負荷及含含有固體體懸浮物物、粘度度大的液液體的分分離場合合。由