南京林業(yè)大學(xué) 蒸餾和吸收塔設(shè)備

第三章蒸餾和吸收塔設(shè)備2/6/20231要求：1.了解板式塔和填料塔的主要結(jié)構(gòu)；2.掌握板式塔和填料塔的流體力學(xué)性能；3.了解評價設(shè)備的基本性能；4.熟悉浮閥塔的工藝設(shè)計。2/6/20232重點(diǎn)：1.板式塔和填料塔的流體力學(xué)性能；2.浮閥塔的工藝設(shè)計。2/6/20233板式塔：塔板類型、操作特點(diǎn)、浮閥塔的設(shè)計填料塔：填料類型、填料塔的流體力學(xué)特性和計算2/6/202342/6/20235第一節(jié)板式塔氣相流動：靠壓強(qiáng)差由下到上。液相流動：靠重力由上至下。2/6/202363-1-1塔板類型錯流塔板：在塔板上氣液兩相呈錯流流動。逆流塔板：氣液兩相以逆流的方式穿過塔板。2/6/20237一、泡罩塔板應(yīng)用最早的氣液傳質(zhì)設(shè)備。結(jié)構(gòu)：泡罩直徑80-150mm，正三角形排列。優(yōu)點(diǎn)：較大的操作彈性。缺點(diǎn)：塔板結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價高；塔板壓降大；板效率和生產(chǎn)能力低。2/6/202382/6/20239二、篩板結(jié)構(gòu)：孔徑3-8mm，正三角形排列。優(yōu)點(diǎn)：塔板結(jié)構(gòu)簡單，造價低；塔板壓降??；板效率和生產(chǎn)能力較高。缺點(diǎn)：操作彈性小。易堵（改進(jìn)方法，采用大孔徑10-25mm）。2/6/2023102/6/202311三、浮閥塔板應(yīng)用廣泛，兼有泡罩塔板和篩板的優(yōu)點(diǎn)。結(jié)構(gòu)：標(biāo)準(zhǔn)孔徑39mm。優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)能力大；操作彈性大；板效率高；塔板壓降和液面落差??；造價低。缺點(diǎn)：不易處理易結(jié)焦或粘度大的物系。2/6/2023122/6/202313四、噴射塔板1.舌形塔板2.浮動噴射塔板3.浮射塔板2/6/2023142/6/2023152/6/2023163-1-2板式塔的流體力學(xué)性能評價塔設(shè)備性能的主要指標(biāo)：生產(chǎn)能力、塔板效率、操作彈性、塔板壓強(qiáng)降。這些指標(biāo)和塔板結(jié)構(gòu)及塔內(nèi)氣液兩相流體力學(xué)性能密切相關(guān)。流體力學(xué)性能包括：塔板壓降、液泛、霧沫夾帶、漏液、液面落差。2/6/202317一、塔板壓降干板壓降、板上充氣液層的靜壓降、液體表面張力產(chǎn)生的壓降。二、液泛（淹塔）降液管內(nèi)液體不能順利下流，造成板上積液。原因：氣速或液速過大，與流體物性、塔板結(jié)構(gòu)、板間距有關(guān)。2/6/202318三、霧沫夾帶eV=0.1kg液/kg氣體主要影響因素：空塔氣速、塔板間距。四、漏液產(chǎn)生原因：氣速太小，板上液面落差大引起氣流分布不均。漏液量為10%液體流量時的氣流速度為漏液速度。2/6/202319五、液面落差克服板面和板上部件的阻力。影響因素：塔板結(jié)構(gòu)、塔徑、流體流量。六、負(fù)荷性能圖霧沫夾帶線、液泛線、液相負(fù)荷上限線、漏液線、液相負(fù)荷下限線。操作彈性：操作線與負(fù)荷性能圖上曲線的兩個交點(diǎn)的氣體流量之比。2/6/2023201．霧沫夾帶線（氣相上限）2．液泛線（氣液）3．液相負(fù)荷上限線（降液管超負(fù)荷線）4．漏液線（氣相下限）5．液相負(fù)荷下限線2/6/2023213-1-3浮閥塔設(shè)計工藝計算：塔高、塔徑、塔板主要部件工藝尺寸、流體力學(xué)驗(yàn)算、操作負(fù)荷性能圖、操作彈性。2/6/202322一、工藝尺寸的計算1.塔高HT：的確定：與塔徑匹配；與生產(chǎn)能力、操作彈性、板效率有關(guān)；考慮安裝、檢修方便。2/6/2023232.塔徑2/6/2023242/6/202325hL：常壓塔（0.05～0.1m）；減壓塔（0.025～0.03m）D需圓整為標(biāo)準(zhǔn)塔徑：0.6、0.7、0.8、1.0、1.2、1.4、1.6、1.8、2.0、2.2

2/6/2023263.溢流裝置2/6/202327

溢流堰溢流裝置降液管：圓形、弓形

U型流（回轉(zhuǎn)流）單溢流（直徑流）溢流類型雙溢流（半徑流）階梯雙溢流以弓形降液管為例：2/6/2023282/6/202329（1）出口堰（溢流堰）：堰長lW、堰高h(yuǎn)W單溢流：lW

=(0.6~0.8)D雙溢流：lW

=(0.5~0.6)DhL=hW

+hOWhW

=hL-hOWhOW

=60~70mm，小于6mm，采用齒形堰,大于70mm，采用雙溢流。hW=0.03~0.05m2/6/2023302/6/2023312/6/2023322/6/202333（2）弓形降液管的寬度Wd和截面積Af2/6/202334核算：2/6/202335（3）降液管底隙高度h0

原則：局部阻力不太大，防止沉淀物阻塞降液管；良好的液封作用，防止氣體通過降液管造成短路。2/6/202336（4）進(jìn)口堰及受液盤2/6/2023374.塔板布置

整塊式（小塔）、分塊式塔板（大塔）(1)鼓泡區(qū)(2)溢流區(qū)(3)破沫區(qū)（安定區(qū)）

D<1.5m，Ws=60～75mmD>1.5m，Ws=80～110mm2/6/202338(4)無效區(qū)小塔：Wc=30～50mm

大塔：Wc=50～70mm2/6/2023395.浮閥的數(shù)目及排列浮閥的排列：正三角形等腰三角形順排叉排（氣液傳質(zhì)效果較好）2/6/2023402/6/202341整塊塔板：正三角形叉排，t=75~125mm分塊塔板：等腰三角形叉排，t=75mm，

t1=65,80,100mm2/6/202342單溢流塔板：孔距t

排出閥孔總數(shù)

Np

F0=?9～12開孔率

=

閥孔總面積/塔面積10-14%2/6/202343二、浮閥塔板流體力學(xué)驗(yàn)算1.氣體通過浮閥塔板的壓強(qiáng)降2/6/2023442.液泛2/6/2023453.霧沫夾帶泛點(diǎn)率：操作時的空塔氣速與發(fā)生液泛時的空塔氣速之比。大塔：泛點(diǎn)率<80%小塔：泛點(diǎn)率<70%減壓塔：泛點(diǎn)率<75%2/6/202346取大的計算結(jié)果。注意：若泛點(diǎn)率不在規(guī)定的范圍內(nèi)，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整有關(guān)參數(shù)：板間距、塔徑等，再重新計算。2/6/2023472/6/2023484.漏液F0=5～6最后，繪出負(fù)荷性能圖。2/6/2023493-1-4塔板效率一、塔板效率的表示法1.總板效率（全塔效率）ET簡單地反應(yīng)了整個塔內(nèi)的平均傳質(zhì)效果。2/6/2023502.單板效率直接反應(yīng)該層塔板的傳質(zhì)效果；操作線與平衡線平行時，EMV=EMVEM有可能大于零。2/6/2023513.點(diǎn)效率EO板上液體完全混合時，EOV=EMV2/6/202352二、塔板效率的估算1.物系性質(zhì)：粘度、密度、表面張力、擴(kuò)散系數(shù)、相對揮發(fā)度等2.塔板結(jié)構(gòu)：塔徑、板間距、堰高、開孔率等3.操作條件：溫度、壓強(qiáng)、氣體上升速度、氣液流量比等2/6/202353估算方法：1.A.I.CH.E法2.經(jīng)驗(yàn)計算法2/6/202354第二節(jié)填料塔液體分布裝置、填料、液體再分布器、支撐柵板特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、阻力小、使用耐腐蝕材料制造2/6/2023552/6/2023563-2-1填料一、填料特性1.比表面積2.空隙率3.填料因子:干填料因子

/3，濕填料因子

要求：大，大，潤濕性能好，單體體積的填料質(zhì)量小，價格低，機(jī)械強(qiáng)度大。2/6/202357二、填料類型

實(shí)體填料亂堆填料

網(wǎng)體填料整砌填料

1.拉西環(huán)2.鮑爾環(huán)3.階梯環(huán)4.弧鞍和矩鞍5.金屬鞍環(huán)6.波紋板及波紋網(wǎng)7.金屬孔板波紋填料和金屬壓延孔板波紋填料

2/6/2023582/6/2023592/6/2023602/6/2023613-2-2填料塔的流體力學(xué)性能一、氣體通過填料層的壓強(qiáng)降持液量：操作時單位填料層內(nèi)持有的液體體積。恒持液區(qū)載液區(qū)液泛區(qū)載點(diǎn)泛點(diǎn)2/6/202362二、液泛影響因素：

1.填料特性：小，泛點(diǎn)氣速大。

2.流體的物理性質(zhì)

L大，泛點(diǎn)氣速大

V大，泛點(diǎn)氣速小

L大，泛點(diǎn)氣速小2/6/2023633.液氣比WL/WV大，泛點(diǎn)氣速小。4．埃克特通用關(guān)聯(lián)圖2/6/2023642/6/202365三、潤濕性能液體的噴淋密度：單位時間內(nèi)單位塔截面上噴淋的液體體積。潤濕速度LW：塔的截面上，單位長度的填料周邊上液體的體積流量。2/6/2023663-2-3填料塔的計算一、塔徑u=50～80%泛點(diǎn)氣速，0.2～1.0m/s圓整為：400、500、600、700、800、900、1000、1200、1400mm等。2/6/202367二、塔高1.傳質(zhì)單元法：Z=HOG*NOG2.等板高度法：Z=NT*(HETP)2/6/2023683-2-4填料塔附件一、填料支承裝置2/6/2023692/6/202370二、液體分布裝置2/6/202371三、液體再分布裝置2/6/2023723-2-5板式塔與填料塔的比較1.塔徑較大時，宜采用板式塔。造價低、塔效率高、檢修和清理方便2.塔高很高時，宜采用板式塔。填料塔需要多次液體再分布3.有熱量從塔