化工原理下冊天津大學柴誠敬33－34學時課件

第九章蒸餾9.9板式塔9.9.1塔板的類型及性能評價9.9.2塔板的結構9.9.3板式塔的流體力學性能和操作特性一、板式塔的流體力學性能

塔板上氣液兩相的接觸狀態(tài)是決定板上兩相流流體力學及傳質和傳熱規(guī)律的重要因素。當液體流量一定時，隨著氣速的增加，可以出現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)

1.塔板上氣液兩相的接觸狀態(tài)（1）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，傳質效率很低。一、板式塔的流體力學性能（3）泡沫接觸狀態(tài)泡沫接觸狀態(tài)

當氣速繼續(xù)增加，氣泡數量急劇增加，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，擾動十分劇烈動態(tài)泡沫，由于泡沫接觸狀態(tài)表面積大，并不斷更新，是一種較好的接觸狀態(tài)。一、板式塔的流體力學性能（4）噴射接觸狀態(tài)噴射接觸狀態(tài)

當氣速繼續(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，這種液滴反復形成和聚集，使傳質面積增加，表面不斷更新，是一種較好的接觸狀態(tài)。一、板式塔的流體力學性能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+表面張力壓降干板阻力充氣液層阻力表面張力阻力一、板式塔的流體力學性能2.塔板壓降

當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入板面到離開板面的液面落差。塔板上的液面落差示意圖液面落差一、板式塔的流體力學性能3.液面落差分析～～氣液分布均勻程度塔板效率△△與塔板的結構有關泡罩塔板△大浮閥塔板△中篩孔塔板△小與塔徑、液體流量有關塔徑～△流量△～一、板式塔的流體力學性能（1）漏液

在正常操作塔板上，液體橫向流過塔板，然后經降液管流下。當氣體速度較小時，氣體通過升氣孔道的動壓不足以阻止板上液體經孔道流下時，便會出現漏液現象。為保證塔正常操作，漏液量應不大于液體流量的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。二、板式塔的操作特性

1.塔板上的異常操作現象（3）液泛

塔板正常操作時，在塔板上應維持一定厚度的液層，以和氣體進行接觸傳質。如果由于某種原因導致液體充滿塔板之間的空間，使塔的正常操作受到破壞，這種現象稱為液泛。液泛夾帶液泛降液管液泛√由霧沫夾帶限制二、板式塔的操作特性

對一定分離物系，當設計選定塔板類型后，其操作狀況和分離效果便只與氣液負荷有關。要維持塔板正常操作和塔板效率的基本穩(wěn)定，必須將塔內的氣液負荷限制在一定的范圍內，該范圍即為塔板的負荷性能。塔板的負荷性能用負荷性能圖表示2.塔板負荷性能圖二、板式塔的操作特性

塔板的負荷性能圖液相負荷上限線漏液線霧沫夾帶線液相負荷下限線液泛線操作點操作線(3)

液相負荷下限線

液流量過低，板上液層不均勻，氣體停留時間短，傳質效率低。最小液流量Lmin(4)

液相負荷上限線

液流量過高，液體通過降液管內的停留時間較短，氣泡來不及與液體分離氣泡夾帶。堰上液層高度≥0.006m最大液流量Lmax液體在降液管停留時間≥5s二、板式塔的操作特性

(5)

液泛線

為防止液泛，降液管內的液層高度應不超過某一數值。液泛氣速uF降液管內液層高度安全系數塔板間距溢流堰高度二、板式塔的操作特性

適宜操作區(qū)操作點操作線操作控制操作彈性操作線的調節(jié)3.板式塔的操作分析

二、板式塔的操作特性

一、塔有效高度的計算

1.

基本計算公式

板式塔有效高度是指安裝塔板部分的高度，其計算方法是，先通過板效率將理論板層數換算為實際板層數，再選擇合適的板間距計算板式塔的有效高度。實際塔板層數塔板間距2.

塔板效率

塔板效率反映了實際塔板的汽液兩相傳質的完善程度。(1)全塔效率

全塔效率反映塔中各層塔板的平均效率，它是理論板層數的一個校正系數，其值恒小于100%?？偘逍室弧⑺行Ц叨鹊挠嬎?/p>

(2)單板效率

單板效率又稱默弗里（Murphree）效率，它是以混合物經過實際板的組成變化與經過理論板的組成變化之比來表示的，單板效率即可用汽相組成表示，也可用液相組成表示，分別稱為汽相單板效率和液相單板效率。一、塔有效高度的計算

(3)點效率

點效率是指塔板上各點的局部效率。點效率分析一、塔有效高度的計算

二、板式塔直徑的計算

1.基本計算公式提示

精餾段與提餾段分別計算，相差不大取較大者

作為塔徑，相差較大采用變徑塔。

計算塔徑后應進行圓整。

精餾塔內徑計算式（2）提餾段體積流量的計算

操作壓力較低時，氣相可視為理想氣體混合物二、板式塔直徑的計算

練習題目思考題作業(yè)題:14、15、161.板式塔的流體力學性能包括哪些方面？2.塔板上有哪些異常操作現象，其對精餾操作有何

影響？3.塔板負荷性能圖的構造如何？4.總板效率和單板效率的定義和計算方法如何？學習指導本章重點掌握的內容兩組分理想物系的氣液平衡關系兩組分連續(xù)精餾