板式塔與填料塔演示文稿

板式塔與填料塔演示文稿當(dāng)前第1頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)第八章氣液傳質(zhì)設(shè)備

Chapter8

MassTransferEquipments當(dāng)前第2頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)概述（Introduction）

氣液傳質(zhì)設(shè)備的基本功能：形成氣液兩相充分接觸的相界面，使質(zhì)、熱的傳遞快速有效地進(jìn)行，接觸混合與傳質(zhì)后的氣、液兩相能及時(shí)分開，互不夾帶等。氣液傳質(zhì)設(shè)備的分類：氣液傳質(zhì)設(shè)備的種類很多，按接觸方式可分為連續(xù)（微分）接觸式（填料塔）和逐級接觸式（板式塔）兩大類，在吸收和蒸餾操作中應(yīng)用極廣。當(dāng)前第3頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)填料塔在圓柱形殼體內(nèi)裝填一定高度的填料，液體經(jīng)塔頂噴淋裝置均勻分布于填料層頂部上，依靠重力作用沿填料表面自上而下流經(jīng)填料層后自塔底排出；氣體則在壓強(qiáng)差推動下穿過填料層的空隙，由塔的一端流向另一端。氣液在填料表面接觸進(jìn)行質(zhì)、熱交換，兩相的組成沿塔高連續(xù)變化。溶劑填料塔氣體散裝填料塑料鮑爾環(huán)填料規(guī)整填料塑料絲網(wǎng)波紋填料

當(dāng)前第4頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)板式塔在圓柱形殼體內(nèi)按一定間距水平設(shè)置若干層塔板，液體靠重力作用自上而下流經(jīng)各層板后從塔底排出，各層塔板上保持有一定厚度的流動液層；氣體則在壓強(qiáng)差的推動下，自塔底向上依次穿過各塔板上的液層上升至塔頂排出。氣、液在塔內(nèi)逐板接觸進(jìn)行質(zhì)、熱交換，故兩相的組成沿塔高呈階躍式變化。板式塔溶劑氣體DJ塔盤新型塔板、填料當(dāng)前第5頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)填料塔和板式塔的主要對比板式塔填料塔壓降較大小尺寸填料較大；大尺寸填料及規(guī)整填料較小空塔氣速較大小尺寸填料較小；大尺寸填料及規(guī)整填料較大塔效率較穩(wěn)定，效率較高傳統(tǒng)填料低；新型亂堆及規(guī)整填料高持液量較大較小液氣比適應(yīng)范圍較大對液量有一定要求安裝檢修較易較難材質(zhì)常用金屬材料金屬及非金屬材料均可造價(jià)大直徑時(shí)較低新型填料投資較大填料塔和板式塔都可用于吸收或蒸餾操作。新型填料及規(guī)整填料塔競爭力較強(qiáng)。當(dāng)前第6頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)塔型選擇塔徑在0.6~0.7米以上的塔，過去一般優(yōu)先選用板式塔。隨著低壓降高效率輕材質(zhì)填料的開發(fā)，大塔也開始采用各種新型填料作為傳質(zhì)構(gòu)件，顯示了明顯的優(yōu)越性。塔型選擇主要需考慮以下幾個方面的基本性能指標(biāo)：(1)生產(chǎn)能力即為單位時(shí)間單位塔截面上的處理量；(2)分離效率對板式塔指每層塔板的分離程度；對填料塔指單位高度填料層所達(dá)到的分離程度；(3)操作彈性指在負(fù)荷波動時(shí)維持操作穩(wěn)定且保持較高分離效率的能力，通常以最大氣速負(fù)荷與最小氣速負(fù)荷之比表示；(4)壓強(qiáng)降指氣相通過每層塔板或單位高度填料的壓強(qiáng)降；(5)結(jié)構(gòu)繁簡及制造成本。當(dāng)前第7頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)板式塔

Plate(tray)tower

塔板類型塔板是板式塔的基本構(gòu)件，決定塔的性能。液相降液管堰氣相溢流塔板(錯流式塔板)：塔板間有專供液體溢流的降液管(溢流管)，橫向流過塔板的流體與由下而上穿過塔板的氣體呈錯流或并流流動。板上液體的流徑與液層的高度可通過適當(dāng)安排降液管的位置及堰的高度給予控制，從而可獲得較高的板效率，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。溢流式塔板應(yīng)用很廣，按塔板的具體結(jié)構(gòu)形式可分為：泡罩塔板、篩孔塔板、浮閥塔板、網(wǎng)孔塔板、舌形塔板等。當(dāng)前第8頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)塔板類型逆流塔板（穿流式塔板）：塔板間沒有降液管，氣、液兩相同時(shí)由塔板上的孔道或縫隙逆向穿流而過，板上液層高度靠氣體速度維持。優(yōu)點(diǎn)：塔板結(jié)構(gòu)簡單，板上無液面差，板面充分利用，生產(chǎn)能力較大；缺點(diǎn)：板效率及操作彈性不及溢流塔板。與溢流式塔板相比，逆流式塔板應(yīng)用范圍小得多，常見的板型有篩孔式、柵板式、波紋板式等。液相氣相當(dāng)前第9頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)泡罩塔板（Bubble-capTray）在工業(yè)上最早（1813年）應(yīng)用的一種塔板，其主要元件由升氣管和泡罩構(gòu)成，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。液體橫向通過塔板經(jīng)溢流堰流入降液管，氣體沿升氣管上升折流經(jīng)泡罩齒縫分散進(jìn)入液層，形成兩相混合的鼓泡區(qū)。優(yōu)點(diǎn)：操作穩(wěn)定，升氣管使泡罩塔板低氣速下也不致產(chǎn)生嚴(yán)重的漏液現(xiàn)象，故彈性大。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高，塔板壓降大，生產(chǎn)強(qiáng)度低。當(dāng)前第10頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)篩孔塔板（SieveTray）篩孔塔板即篩板出現(xiàn)也較早（1830年），是結(jié)構(gòu)最簡單的一種板型。但由于早期對其性能認(rèn)識不足，為易漏液、操作彈性小、難以穩(wěn)定操作等問題所困，使用受到極大限制。1950年后開始對篩孔塔板進(jìn)行較系統(tǒng)全面的研究，從理論和實(shí)踐上較好地解決了有關(guān)篩板效率，流體力學(xué)性能以及塔板漏液等問題，獲得了成熟的使用經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)方法，使之逐漸成為應(yīng)用最廣的塔板類型之一。當(dāng)前第11頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)浮閥塔板（ValveTray）自1950年代問世后，很快在石油、化工行業(yè)得到推廣，至今仍為應(yīng)用最廣的一種塔板。結(jié)構(gòu)：以泡罩塔板和篩孔塔板為基礎(chǔ)基礎(chǔ)。有多種浮閥形式，但基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)相似，即在塔板上按一定的排列開若干孔，孔的上方安置可以在孔軸線方向上下浮動的閥片。閥片可隨上升氣量的變化而自動調(diào)節(jié)開啟度。在低氣量時(shí)，開度??；氣量大時(shí)，閥片自動上升，開度增大。因此，氣量變化時(shí)，通過閥片周邊流道進(jìn)入液體層的氣速較穩(wěn)定。同時(shí)，氣體水平進(jìn)入液層也強(qiáng)化了氣液接觸傳質(zhì)。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)能力和操作彈性大，板效率高。綜合性能較優(yōu)異。當(dāng)前第12頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)浮閥塔板（ValveTray）F1型浮閥結(jié)構(gòu)簡單，易于制造，應(yīng)用最普遍，為定型產(chǎn)品。閥片帶有三條腿，插入閥孔后將各腿底腳外翻90°，用以限制操作時(shí)閥片在板上升起的最大高度；閥片周邊有三塊略向下彎的定距片，以保證閥片的最小開啟高度。F1型浮閥分輕閥和重閥。輕閥塔板漏液稍嚴(yán)重，除真空操作時(shí)選用外，一般均采用重閥。當(dāng)前第13頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)JCV浮閥塔板（雙流噴射浮閥塔板JetCo-flowValveTray）結(jié)構(gòu)：閥籠與塔板固定，閥片在閥籠內(nèi)上下浮動。將單一鼓泡傳質(zhì)，變?yōu)殡p流傳質(zhì)，一部分為鼓泡、另一部分為噴射湍動傳質(zhì)，使塔的分離效率和生產(chǎn)能力都大大提高。該塔板可作為化工過程中的氣液傳質(zhì)、換熱設(shè)備。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、閥片開啟靈活、高效、高通量、壽命長、耐堵塞。JCV浮閥（改進(jìn)型雙流噴射浮閥）普通型JCV浮閥與塔板固定方法當(dāng)前第14頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)JCV浮閥塔板（雙流噴射浮閥塔板JetCo-flowValveTray）低負(fù)荷下閥片工作狀態(tài)JCV浮閥塔板效率曲線中負(fù)荷下閥片工作狀態(tài)高負(fù)荷下閥片工作狀態(tài)JCV浮閥閥片當(dāng)前第15頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)JCV浮閥塔板（雙流噴射浮閥塔板JetCo-flowValveTray）2400JCV浮閥塔板1800JCV浮閥塔板當(dāng)前第16頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)JCPT塔板（并流噴射填料塔板JetCo-flowPackingTray）塔板上的液體通過提液管與塔板之間的間隙被氣體提升，氣液并流通過提液管，在提液管內(nèi)高速湍動混合、傳質(zhì)，然后氣液并流進(jìn)入填料中進(jìn)一步強(qiáng)化傳質(zhì)，并完成氣液分離。氣體靠壓差繼續(xù)上升，進(jìn)入上一層塔板；液體基本以清液的形式回落到塔板上，沿流道進(jìn)入降液管，下降到下一層塔板。與普通塔板在傳質(zhì)機(jī)理上的區(qū)別：它是填料與塔板的復(fù)合體，靠填料實(shí)現(xiàn)傳質(zhì)，靠塔板實(shí)現(xiàn)多級并流。當(dāng)前第17頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)JCPT塔板（并流噴射填料塔板JetCo-flowPackingTray）不同結(jié)構(gòu)型式的JCPT塔板當(dāng)前第18頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)舌形塔板一種斜噴射型塔板。結(jié)構(gòu)簡單，在塔板上沖出若干按一定排列的舌形孔，舌片向上張角以20°左右為宜。20=ao50R25氣相優(yōu)點(diǎn)：氣流由舌片噴出并帶動液體沿同方向流動。氣液并流避免了返混和液面落差，塔板上液層較低，塔板壓降較小。氣流方向近于水平。相同的液氣比下，舌形塔板的液沫夾帶量較小，故可達(dá)較高的生產(chǎn)能力。缺點(diǎn)：張角固定，在氣量較小時(shí)，經(jīng)舌孔噴射的氣速低，塔板漏液嚴(yán)重，操作彈性小。液體在同一方向上加速，有可能使液體在板上的停留時(shí)間太短、液層太薄，板效率降低。當(dāng)前第19頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)在舌形塔板上發(fā)展的斜孔塔板，斜孔的開口方向與液流垂直且相鄰兩排開孔方向相反，既保留了氣體水平噴出、氣液高度湍動的優(yōu)點(diǎn)，又避免了液體連續(xù)加速，可維持板上均勻的低液面，從而既能獲得大的生產(chǎn)能力，又能達(dá)到好的傳質(zhì)效果。斜孔塔板浮舌塔板為使舌形塔板適應(yīng)低負(fù)荷生產(chǎn)，提高操作彈性，研制出了可變氣道截面（類似于浮閥塔板）的浮舌塔板。19R20R1683731o20降液管a斜孔結(jié)構(gòu)b塔板布置受液區(qū)導(dǎo)向孔當(dāng)前第20頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)網(wǎng)孔塔板網(wǎng)孔塔板由沖有傾斜開孔的薄板制成，具有舌形塔板的特點(diǎn)。這種塔板上裝有傾斜的擋沫板，其作用是避免液體被直接吹過塔板，并提供氣液分離和氣液接觸的表面。網(wǎng)孔塔板具有生產(chǎn)能力大，壓降低，加工制造容易的特點(diǎn)。擋沫板塔板AA降液管A-A剖視圖受液盤當(dāng)前第21頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)垂直篩板（VerticalSieveTray）在塔板上開按一定排列的若干大孔(直徑100~200mm)，孔上設(shè)置側(cè)壁開有許多篩孔的泡罩，泡罩底邊留有間隙供液體進(jìn)入罩內(nèi)。氣流將由泡罩底隙進(jìn)入罩內(nèi)的液體拉成液膜形成兩相上升流動，經(jīng)泡罩側(cè)壁篩孔噴出后兩相分離，即氣體上升液體落回塔板。液體從塔板入口流至降液管將多次經(jīng)歷上述過程。與普通篩板相比，垂直篩板為氣液兩相提供了很大的不斷更新的相際接觸表面，強(qiáng)化了傳質(zhì)過程；且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，因此垂直篩板可獲得較高的塔板效率和較大的生產(chǎn)能力。當(dāng)前第22頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)浮閥塔板的流體力學(xué)性能浮閥塔板上的氣、液流程浮閥塔板的板面結(jié)構(gòu)：鼓泡區(qū)（有效區(qū)、開孔區(qū)）降液管區(qū)受液盤區(qū)液體安定區(qū)邊緣區(qū)溢流堰塔身溢流堰板降液管塔板受液盤安定區(qū)降液管區(qū)受液盤區(qū)鼓泡區(qū)液體從上一塔板的降液管流入板面上的受液盤區(qū)，經(jīng)進(jìn)口安定區(qū)進(jìn)入鼓泡區(qū)與浮閥吹出的氣體進(jìn)行質(zhì)、熱交換后，再由溢流堰溢出進(jìn)入降液管流入下一塔板。當(dāng)前第23頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)浮閥塔板上的氣、液流程來自下一塔板的氣體經(jīng)鼓泡區(qū)的閥孔分散成小股氣流，并由各閥片邊緣與塔板間形成的通道以水平方向進(jìn)入液層。由于閥片具有斜邊，氣體沿斜邊流動具有向下的慣性，因此只有進(jìn)入液層一定距離待慣性消失后氣體才會折轉(zhuǎn)上升。氣體在板面上與液體相互混合接觸進(jìn)行傳熱傳質(zhì)，而后逸出液面上升到上一層塔板。塔板上氣液主體流向?yàn)殄e流流動。當(dāng)前第24頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)氣體通過浮閥塔板的壓降氣體進(jìn)、出一塊塔板（包括液層）的壓強(qiáng)降即為氣體通過該塔板的阻力損失（左側(cè)壓差計(jì)所測的hf值）。hf是以液柱高度表示的塔板的壓強(qiáng)降或阻力損失，因此式中，L

為塔內(nèi)液體的密度，kg/m3。板壓降hf可視為由氣體通過干板的阻力損失hd和氣體穿過板上液層的阻力損失hl兩部分組成，即有效長度泡沫h(huán)lhfhowHTh0當(dāng)前第25頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)干板阻力損失hd

浮閥塔板的干板阻力損失壓降隨空塔氣速u的提高而增大。區(qū)域Ⅰ：全部浮閥處于靜止?fàn)顟B(tài)，氣體由閥片與塔板之間由定距片隔開的縫隙通過?？p隙處的氣速與壓降隨氣體流量的增大而上升。區(qū)域Ⅱ：氣速增至A點(diǎn)，閥片開始升起。浮閥開啟的個數(shù)及開啟度隨氣體流量不斷增加，直至所有浮閥全開(B點(diǎn))，氣體通過閥孔的氣速變化很小，故壓降上升緩慢。區(qū)域Ⅲ：氣體通過浮閥的流通面積固定不變，閥孔氣速隨氣體流量增加而增加，且壓降以閥孔氣速的平方快速增加。臨界孔速uoc：所有浮閥恰好全開時(shí)(B點(diǎn))的閥孔氣速。ABIIIIIIuoc氣速u干板壓降pd當(dāng)前第26頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)液層阻力hl氣體通過液層的阻力損失hl由以下三個方面構(gòu)成：(1)克服板上充氣液層的靜壓；(2)氣體在液相分散形成氣液界面的能量消耗；(3)通過液層的摩擦阻力損失。其中(1)項(xiàng)遠(yuǎn)大于后兩項(xiàng)之和。如果忽略充氣液層中所含氣體造成的靜壓，則可由清液層高度代表hl?？捎孟率接?jì)算式中：——充氣系數(shù)，反映液層充氣的程度，無因次。水=0.5；油=0.5~0.35；碳?xì)浠衔?0.4~0.5。hw

和how——分別為堰高和堰上液流高度，m。hf總是隨氣速的增加而增加，但不同氣速下，干板阻力和液層阻力所占的比例有所不同。氣速較低時(shí)，液層阻力為主；氣速高時(shí)，干板阻力所占比例增大。當(dāng)前第27頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)塔板上的不正常操作現(xiàn)象漏液：部分液體不是橫向流過塔板后經(jīng)降液管流下，而是從閥孔直接漏下。原因：氣速較小時(shí)，氣體通過閥孔的速度壓頭小，不足以抵消塔板上液層的重力；氣體在塔板上的不均勻分布也是造成漏液的重要原因。后果：嚴(yán)重的漏液使塔板上不能形成液層，氣液無法進(jìn)行傳熱、傳質(zhì)，塔板將失去其基本功能。若設(shè)計(jì)不當(dāng)或操作時(shí)參數(shù)失調(diào)，輕則會引起板效率大降低，重則會出現(xiàn)一些不正常現(xiàn)象使塔無法工作。漏液（Weeping）氣體分布均勻與否，取決于板上各處阻力均等否。氣體穿過塔板的阻力由干板阻力和液層阻力兩部分組成。當(dāng)板上結(jié)構(gòu)均勻、各處干板阻力相等時(shí)，板上液層阻力即液層厚度的均勻程度將直接影響氣體的分布。當(dāng)前第28頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)漏液（Weeping）板上液層厚度不均勻：液層波動和液面落差。液層波動：波峰處液層厚，閥孔氣量小、易漏液。由此引起的漏液是隨機(jī)的。可在設(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)增大干板阻力。液面落差：塔板入口側(cè)的液層厚于塔板出口側(cè)，使氣流偏向出口側(cè)，入口側(cè)的閥孔則因氣量小而發(fā)生漏液。塔板上設(shè)入口安定區(qū)可緩解此現(xiàn)象。單流型雙流型多流型階梯流型雙流型、多流型或階梯型塔板：在塔徑或液體流量很大時(shí)可減少液面落差。當(dāng)前第29頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)漏液（Weeping）雙流型多流型當(dāng)前第30頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)液沫夾帶和氣泡夾帶（Entrainment）液沫夾帶：氣體鼓泡通過板上液層時(shí)，將部分液體分散成液滴，而部分液滴被上升氣流帶入上層塔板。由兩部分組成：(1)小液滴的沉降速度小于液層上方空間上升氣流的速度，夾帶量與板間距無關(guān)；(2)較大液滴的沉降速度雖大于氣流速度，但它們在氣流的沖擊或氣泡破裂時(shí)獲得了足夠的向上初速度而被彈濺到上層塔板。夾帶量與板間距有關(guān)。氣泡夾帶：液體在降液管中停留時(shí)間太短，大量氣泡被液體卷進(jìn)下層塔板。后果：液沫夾帶是液體的返混，氣泡夾帶是氣體的返混，均對傳質(zhì)不利。嚴(yán)重時(shí)可誘發(fā)液泛，完全破壞塔的正常操作。液沫夾帶和氣泡夾帶是不可避免的，但夾帶量必需嚴(yán)格地控制在最大允許值范圍內(nèi)。當(dāng)前第31頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)液泛（Dumpingofliquid）塔內(nèi)液體不能順暢逐板流下，持液量增多，氣相空間變小，大量液體隨氣體從塔頂溢出。夾帶液泛：板間距過小，操作液量過大，上升氣速過高時(shí)，過量液沫夾帶量使板間充滿氣、液混合物而引發(fā)的液泛。溢流液泛：液體在降液管內(nèi)受阻不能及時(shí)往下流動而在板上積累所致。為使液體能由上層塔板穩(wěn)定地流入下層塔板，降液管內(nèi)必須維持一定的液柱高度Hdhf+hHTh0howhw式中：hf——板壓降。h——液體經(jīng)過降液管的阻力損失。當(dāng)前第32頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)液泛（Dumpingofliquid）氣速一定，液體流量時(shí)，、how、hf及h，Hd，即塔板具有自動調(diào)節(jié)功能。上層塔板溢流堰上緣為Hd極限。若再加大液體流量，Hd與板上液面同時(shí)升高，降液管調(diào)節(jié)功能消失，板上累積液量增加，最終引起溢流液泛。若氣速過高，液體中的氣泡夾帶加重，降液管內(nèi)的泡沫層隨之增高，也易造成溢流液泛。hf過大必導(dǎo)致Hd大，易發(fā)生液泛。如降液管設(shè)計(jì)過小或發(fā)生部分堵塞，h急劇增大，也會導(dǎo)致溢流液泛。夾帶液泛與溢流液泛互為誘因，交互影響。過量液沫夾帶阻塞氣體通道，板阻急增，降液管中泡沫層堆積，從而引發(fā)溢流液泛。而溢流液泛發(fā)生時(shí)，塔板上鼓泡層增高，分離空間降低，夾帶液泛也將隨之發(fā)生。液泛使整個塔不能正常操作，甚至發(fā)生嚴(yán)重的設(shè)備事故，要特別注意防范。當(dāng)前第33頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)浮閥塔的設(shè)計(jì)

板式塔的工藝設(shè)計(jì)主要包括兩大方面：(1)塔高、塔徑以及塔板結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算；(2)塔板的流體力學(xué)校核以及塔板的負(fù)荷性能圖的確定。浮閥塔工藝尺寸的計(jì)算實(shí)際塔板數(shù)可根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或用經(jīng)驗(yàn)公式估算塔高主要取決于實(shí)際塔板數(shù)和板間距。給定任務(wù)所需實(shí)際塔板數(shù)可通過平衡級(理論板)假設(shè)求得所需的理論板數(shù)N，然后由全塔效率(總板效率)修正實(shí)際塔板數(shù)與全塔效率關(guān)聯(lián)式當(dāng)前第34頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)實(shí)際塔板數(shù)實(shí)際板數(shù)和板間距，塔高塔徑D，m0.3~0.50.5~0.80.8~1.61.6~2.02.0~2.4>2.4板距HT，mm200~300300~350350~450450~600500~800≥600式中：Z1——最上面一塊塔板距塔頂?shù)母叨?，m；

Z2——最下面一塊塔板距塔底的高度，m。HT對塔的生產(chǎn)能力、操作彈性以及塔板效率均有影響。HT，允許的操作氣速，塔徑，但塔高。HT

，塔高，但允許的操作氣速，塔徑。對D>0.8m的塔，為了安裝及檢修需要，需開設(shè)人孔。人孔處的板間距一般不應(yīng)小于0.6m。當(dāng)前第35頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)全塔效率的關(guān)聯(lián)式塔板效率是氣、液兩相的傳質(zhì)速率、混合和流動狀況、以及板間返混(液沫夾帶、氣泡夾帶和漏液等所致)的綜合結(jié)果。板效率是設(shè)計(jì)重要數(shù)據(jù)。由于影響因素很多且關(guān)系復(fù)雜，至今還難以正確可靠地對其進(jìn)行預(yù)測。工業(yè)裝置或?qū)嶒?yàn)裝置的實(shí)測數(shù)據(jù)是板效率最可靠的來源。全塔效率實(shí)測數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)式可用于塔板效率的估算。奧康內(nèi)爾（O’connell）關(guān)聯(lián)方法精餾塔：采用相對揮發(fā)度與液相粘度L的乘積為參數(shù)來表示全塔效率ET：與L取塔頂與塔底平均溫度下的值。對多組分物系，取關(guān)鍵組分的。液相的平均粘度L可按下式計(jì)算當(dāng)前第36頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)全塔效率的關(guān)聯(lián)式橫坐標(biāo)HP/L中：H—塔頂塔底平均溫度下溶質(zhì)的亨利系數(shù)，kmol/(m3kPa)；P—操作壓強(qiáng)，kPa；L—塔頂塔底平均組成及平均溫度下的液相粘度，mPas。板式塔吸收塔當(dāng)前第37頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)塔徑溢流式塔板的塔截面分為兩個部分：氣體流通截面和降液管所占截面（液體下流截面）。求A’得與Af/AT后，即可求得AT，而塔徑設(shè)適宜氣速為u’，當(dāng)體積流量為Vs時(shí)，A’=Vs/u’。求A’的關(guān)鍵在于確定流通截面積上的適宜氣速u’。塔板的計(jì)算中，通常是以夾帶液泛發(fā)生的氣速（泛點(diǎn)氣速）作為上限。一般取A’的計(jì)算AT-塔板總截面積，A’-氣體流道截面積，Af-降液管截面積當(dāng)前第38頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)A’的計(jì)算液泛氣速：在重力場中懸浮于氣流中的液滴所受的合力為零時(shí)的氣速。當(dāng)u>ut時(shí)，液滴將被氣流帶出。對直徑為dp

的液滴——索德爾斯和布朗（SoudersandBrown）公式L

、V

——?dú)?、液相的密度，kg/m3；——阻力系數(shù)；

C——?dú)怏w負(fù)荷因子，m/s。C取決于dp和。因氣泡破裂形成的液滴的直徑和阻力系數(shù)都難以確定，故C需由實(shí)驗(yàn)確定。實(shí)驗(yàn)研究表明，C值與氣、液流量及密度、板上液滴沉降高度以及液體的表面張力有關(guān)。當(dāng)前第39頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)史密斯（Smith,R.B）關(guān)系曲線HThL：液滴沉降高度，HT可根據(jù)塔徑選取，hL

為板上清液層高度，若忽略板上液面落差常壓塔hL=50~100

mm；減壓塔hL=25~30

mm。注意：液相表面張力=210-2

N/m若實(shí)際液相表面張力不同，按下式校正u’，A’當(dāng)前第40頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)Af/AT的確定Af/AT：降液管面積與塔截面積之比，與液體溢流形式有關(guān)。求取方法：(1)按D和液體流量選取溢流形式，由溢流形式確定堰長lw與D的比值。單流型：lw/D=0.6~0.8雙流型：lw/D=0.5~0.7易起泡物系lw/D可高一些，以保證液體在降液管中的停留時(shí)間。(2)由選定的lw/D值查圖得Af/AT。(3)由確定的A’與Af/AT求得塔板面積AT和塔徑D

，并進(jìn)行圓整。rxWs’AfDhwAAh0HTAfAaWslwWd’WdWc注意：塔高和D的計(jì)算涉及的參數(shù)(HT、hL、lw/D)是按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)在一定范圍選取的，故所得塔高和D是初估值，需根據(jù)后面介紹的流體力學(xué)原則進(jìn)行校核。當(dāng)前第41頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)塔板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)鼓泡區(qū)：取決于所需浮閥數(shù)與排列；溢流區(qū)：與所選溢流裝置類型有關(guān)。上兩區(qū)均需根據(jù)塔板上的流體力學(xué)狀況進(jìn)行專門計(jì)算。進(jìn)口安定區(qū)(分布區(qū))：保證進(jìn)塔板液體的平穩(wěn)均勻分布，也防止氣體竄入降液管。Ws’=50~100mm。出口安定區(qū)(脫氣區(qū))：避免降液管大量氣泡夾帶。Ws=70~100mm。塔板布置rxWs’AfDhwAAh0HTAfAaWslwWd’WdWcD<800mm整塊式塔板；D>900mm分塊式塔板。邊緣區(qū)：塔板支撐件塔板連接。D<2.5mWC

=50mm；D>2.5m

WC60mm。當(dāng)前第42頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)溢流裝置溢流裝置：由降液管、溢流堰和受液盤組成。降液管：連通塔板間液體的通道，也是供溢流中所夾帶的氣體分離的場所。常見的有弓形、圓形和矩形降液管弓形降液管：有較大容積，能充分利用塔板面積，一般塔徑大于800mm的大塔均采用弓形。降液管的布置確定了液體在塔板上的流徑以及液體的溢流形式。液體在塔板上的流徑越長，氣液接觸時(shí)間就越長，有利于提高塔板效率；但是液面落差也隨之加大，不利于氣體均勻分布，使板效率降低。溢流形式的選擇：根據(jù)塔徑及流體流量等條件全面考慮。D<2.0m單溢流式D>2.0m雙溢流式或階梯流式當(dāng)前第43頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)液體在降液管中的停留時(shí)間為單溢流弓形降液管結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算降液管的寬度Wd和截面積Af計(jì)算塔徑時(shí)已根據(jù)溢流形式確定了堰長與塔徑的比值lw/D。由lw/D查圖可得Wd/D和Af/AT，D和AT已確定，故降液管的寬度Wd和截面積Af也可求得。為降低氣泡夾帶，一般不應(yīng)小于3~5s，對于高壓塔以及易起泡沫的物系，停留時(shí)間應(yīng)更長些。若計(jì)算出的過短，不滿足要求，則應(yīng)調(diào)整相關(guān)的參數(shù)，重新計(jì)算。當(dāng)前第44頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)出口溢流堰與進(jìn)口溢流堰出口堰：維持板上液層高度，各種形式的降液管均需設(shè)置。出口堰長lw：弓形降液管的弦長，由液體負(fù)荷及溢流形式?jīng)Q定。單溢流lw=(0.6~0.8)D，雙溢流lw=(0.5~0.7)D。出口堰高h(yuǎn)w：降液管上端高出板面的高度。堰高h(yuǎn)w決定了板上液層的高度hL。對于平堰：弗朗西斯（Francis）公式液流收縮系數(shù)E當(dāng)前第45頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)出口溢流堰與進(jìn)口溢流堰進(jìn)口堰：保證液體均勻進(jìn)入塔板，也起液封作用。一般僅在較大塔中設(shè)置。進(jìn)口堰高一般與降液管底隙高度h0相等。進(jìn)口堰與降液管間的水平距離w0

≥h0，以保證液體由降液管流出時(shí)不致受到大的阻力。降液管底隙高度及受液盤降液管底隙高度應(yīng)保證溢流液順暢并防止沉淀物堵塞(不可太小)，但也應(yīng)防止氣體進(jìn)入降液管(不可太大)。對于弓形降液管可按下式計(jì)算式中：uoL——液體通過降液管底端出口處的流速，m/s。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般取uoL=0.07~0.25m/s。D<800mm，h0=25~30mm；D>800mm，h0=40mm。最大時(shí)可達(dá)150mm。當(dāng)前第46頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)降液管底隙高度及受液盤受液盤：承接來自降液管的液體。凹形受液盤：用于大塔（D>800mm）。在液體流量低時(shí)仍能形成良好的液封，對改變液體流向有緩沖作用，且便于液體的側(cè)線抽出，但不適于易聚合及有懸浮固體的情況。凹形受液盤深度一般在50mm以上。當(dāng)前第47頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)浮閥的數(shù)目與排列閥孔直徑：由浮閥的型號決定。浮閥數(shù)N：由氣體負(fù)荷量Vs決定?？捎上率接?jì)算閥孔氣速u0

可根據(jù)由實(shí)驗(yàn)結(jié)果綜合的閥孔動能因子F0確定式中：Vs

——?dú)怏w流量，m3/s；

u0

——閥孔氣速，m/s；

d0——閥孔直徑。對F1型浮閥，d0

=39mm。根據(jù)工業(yè)設(shè)備數(shù)據(jù)，對F1重型浮閥（約33g），當(dāng)塔板上的浮閥剛?cè)_時(shí)，F(xiàn)0在8~12之間。設(shè)計(jì)時(shí)可在此范圍內(nèi)選擇適宜的F0后計(jì)算u0。當(dāng)前第48頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)浮閥的數(shù)目與排列浮閥在塔板上常按三角形排列，可順排或叉排。液流方向順排tt’叉排等腰三角形叉排可使相鄰的浮閥容易吹開，鼓泡更均勻。通常將同一橫排的閥孔中心距定為75mm，而相鄰兩排間的距離可取65、80、100mm等幾種規(guī)格。若鼓泡區(qū)面積為Aa，則一個閥孔的鼓泡面積Aa/N約為tt’，故有當(dāng)前第49頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)浮閥的數(shù)目與排列由t’=75mm及上式計(jì)算的Aa值可得t，據(jù)此可確定t的實(shí)際取值（65、80、100mm）；根據(jù)已確定的孔距（t’與t），按等腰三角形叉排方式作圖，確切排出在鼓泡區(qū)內(nèi)可以布置的浮閥總數(shù)；若作圖排列與計(jì)算所得浮閥數(shù)相等或相近，則按作圖所得浮閥數(shù)重算閥孔氣速，然后校核F0(8~12)

。若F0不在該范圍內(nèi)，應(yīng)重新調(diào)整t值，再作圖、校核，直到滿足要求為止。對單溢流塔板Aa可按下式計(jì)算：當(dāng)前第50頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)浮閥的數(shù)目與排列常壓塔或減壓塔：=10~14%加壓塔：<10%塔板開孔率：塔板上閥孔總面積占塔板總面積的百分?jǐn)?shù)當(dāng)前第51頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)浮閥塔板的流體力學(xué)校核目的：判斷在設(shè)計(jì)工作點(diǎn)(任務(wù)給定的氣、液負(fù)荷量)下初步設(shè)計(jì)出的塔板能否正常操作，塔板壓降是否超過允許值等，從而確認(rèn)塔的工藝尺寸設(shè)計(jì)結(jié)果的可靠性。原因：在計(jì)算確定浮閥塔的塔高Z、塔徑D及塔板結(jié)構(gòu)尺寸時(shí)，有部分設(shè)計(jì)參數(shù)來源于一定范圍內(nèi)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，如HT、lw/D、hL等。塔板壓降的校核氣體通過塔板的壓強(qiáng)降對塔板的操作性能有著重要影響，通常也是設(shè)計(jì)任務(wù)規(guī)定的指標(biāo)之一。塔板的壓降等于干板壓降與液層壓降之和，即當(dāng)前第52頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)塔板壓降的校核國內(nèi)通用的F1

型浮閥塔板的hd可按如下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：閥全開前閥全開后式中：u0

—閥孔氣速，m/s；

uoc—閥恰好全開時(shí)的閥孔氣速(臨界氣速)，m/s；V、L—分別為塔內(nèi)氣體和液體的密度，kg/m3。由上兩式可得臨界孔速uoc的計(jì)算式以上三式是由閥重34g和閥孔直徑39mm的重型浮閥測定的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)所得。用于其它重量的浮閥時(shí)需進(jìn)行修正。當(dāng)前第53頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)塔板壓降的校核液層阻力hl為：如果算出的板壓降hf值超過規(guī)定的允許值，應(yīng)對相關(guān)的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，如增大開孔率或降低堰高h(yuǎn)w，以使hf值下降。當(dāng)前第54頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)液沫夾帶的校核正常操作時(shí)的液沫夾帶量為：ev0.1kg液體/kg氣體。尚無ev較準(zhǔn)確的直接計(jì)算式，通常是間接地用泛點(diǎn)率(泛點(diǎn)百分?jǐn)?shù))Fl作為估算ev大小的依據(jù)。泛點(diǎn)率Fl：操作時(shí)的空塔氣速與發(fā)生液泛時(shí)的空塔氣速之比D>0.9m：Fl<80%；D<0.9m：Fl<70%；減壓塔：Fl<75%經(jīng)驗(yàn)公式：Ls,Vs——分別為塔內(nèi)液、氣相流量，m3/s；L,V

——分別為塔內(nèi)液、氣相密度，kg/m3；ZL

——板上液相流程長度，m。單溢流：ZL=D-2Wd；Ab

——板上液流面積，m2。單溢流：Ab=AT-2Af；K——物性系數(shù)；CF

——泛點(diǎn)負(fù)荷因子。當(dāng)前第55頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)液沫夾帶的校核物系物性系數(shù)K無泡沫，正常系統(tǒng)1.0氟化物（如BF3、氟里昂）0.90中等發(fā)泡系統(tǒng)（如油吸收塔、胺及乙二胺再生塔）0.85多泡沫系統(tǒng)（如胺及乙二胺吸收塔）0.73嚴(yán)重發(fā)泡系統(tǒng)（如甲乙酮裝置）0.60形成穩(wěn)定泡沫的系統(tǒng)（如堿再生塔）0.30當(dāng)前第56頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)液沫夾帶的校核若計(jì)算所得泛點(diǎn)率Fl不在上述范圍內(nèi)，則可認(rèn)為ev超過了最大允許值，必須調(diào)整有關(guān)參數(shù)，如增大板間距HT、或增大塔徑D（降低氣速）等，再重新進(jìn)行校核。當(dāng)前第57頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)溢流液泛的校核為避免發(fā)生溢流液泛，則應(yīng)保證降液管中泡沫液層的高度不能超過上層塔板的出口堰，即必須滿足——泡沫層相對密度。與降液管中泡沫液層高度相當(dāng)?shù)那逡簩親d可由下式計(jì)算上式中hw、how及hf可由前面介紹的公式進(jìn)行計(jì)算。液面落差Δ在Hd計(jì)算式中相對較小，一般可忽略不計(jì)（也可根據(jù)一些經(jīng)驗(yàn)式進(jìn)行計(jì)算）。易起泡物系：=0.3~0.4；一般物系：=0.5；不易起泡物系：=0.6~0.7。當(dāng)前第58頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)溢流液泛的校核液體經(jīng)過降液管的阻力損失h，主要由降液管底隙處的局部阻力所造成，可按下面的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：塔板上不設(shè)進(jìn)口堰時(shí)塔板上設(shè)有進(jìn)口堰時(shí)式中：Ls——液體體積流量，m3/s；

lw——堰長，亦即降液管底隙長度，m；

h0——降液管底隙高度，m；

uoL——液體通過降液管底隙時(shí)的流速，m/s。當(dāng)前第59頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)負(fù)荷性能圖及操作彈性負(fù)荷性能圖

為一定任務(wù)設(shè)計(jì)的塔板，在一定氣、液相負(fù)荷范圍內(nèi)才能實(shí)現(xiàn)良好的氣、液流動與接觸狀態(tài)，有高的板效率。當(dāng)氣、液相負(fù)荷超出此范圍，不僅塔板的分離效率大大降低，甚至塔的穩(wěn)定操作也將難以維持。有必要對已設(shè)計(jì)的塔確定出其氣、液相操作范圍。012345正常操作范圍Ls

(m3/h)Vs

(m3/h)1.漏液線(氣相負(fù)荷下限線)2.過量液沫夾帶線(氣相負(fù)荷上限線)3.液相負(fù)荷下限線4.液相負(fù)荷上限線5.溢流液泛線當(dāng)前第60頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)漏液線（氣相負(fù)荷下限線）操作時(shí)防止塔板發(fā)生嚴(yán)重漏液現(xiàn)象所允許的最小氣體負(fù)荷。塔板漏液與閥孔氣速直接相關(guān)，故可用其大小作為判據(jù)。式中，d0、N、V均為已知數(shù)，故由此式求出的氣體負(fù)荷Vs的下限在負(fù)荷性能圖（Vs-Ls圖）中為一水平線。0Ls

(m3/h)Vs

(m3/h)對F1

型重閥取閥孔動能因子F0=5時(shí)的氣體負(fù)荷為操作的下限值：1當(dāng)前第61頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)過量液沫夾帶線（氣相負(fù)荷上限線）控制液沫夾帶量ev不大于最大允許值的氣體負(fù)荷上限。將與ev=0.1（kg液體/kg氣體）相對應(yīng)的泛點(diǎn)率Fl（如D>0.8m的大塔，取Fl=70%）代入下式后所得的Vs-Ls關(guān)系式作圖而得。此線與橫軸并不完全平行，可見發(fā)生液沫夾帶現(xiàn)象與液相負(fù)荷Ls也有一定關(guān)系，但主要取決于氣體負(fù)荷。0Ls

(m3/h)Vs

(m3/h)12當(dāng)前第62頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)液相負(fù)荷下限線此線為保證塔板上液體流動時(shí)能均勻分布所需的最小液量。對平頂直堰，取how=6mm作為液相負(fù)荷下限的標(biāo)準(zhǔn)。也稱氣泡夾帶線，由液體在降液管中所需的最小停留時(shí)間決定E,lw已知，為一垂直線。液相負(fù)荷上限線不易起泡的物系：3s，易起泡物系：5s。為一垂直線。0Ls

(m3/h)Vs

(m3/h)34當(dāng)前第63頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)由上述5條線所包圍的區(qū)域即一定物系在一定的結(jié)構(gòu)尺寸的塔板上的正常操作區(qū)。在此區(qū)域內(nèi)，氣、液兩相流率的變化對塔板效率的影響不大。01234Ls

(m3/h)Vs

(m3/h)溢流液泛線降液管中泡沫層高度達(dá)最大允許值時(shí)的氣量與液量的關(guān)系塔板的設(shè)計(jì)點(diǎn)及操作點(diǎn)都必須在正常操作區(qū)內(nèi)，才能獲得較高的塔板效率。對于一定氣液比的操作過程，Vs/Ls為一定值，故塔板的操作線在圖上為以Vs/Ls為斜率過原點(diǎn)o的直線。5OP當(dāng)前第64頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)012345Ls

(m3/h)Vs

(m3/h)操作彈性塔板的操作彈性：上、下操作極限點(diǎn)的氣體流量之比。對一定結(jié)構(gòu)尺寸的塔板，采用不同氣液比時(shí)控制塔的操作彈性與生產(chǎn)能力的因素均可能不同。塔板的設(shè)計(jì)點(diǎn)應(yīng)落在負(fù)荷性能圖的適中位置，使塔具有相當(dāng)?shù)目关?fù)荷波動的能力，保證塔的良好穩(wěn)定操作。OP線（高氣液比）：上限a（過量液沫夾帶）下限a’（低液層）OPOP＇OP＂a’ab’bcc’OP’線（較高氣液比）：上限b（溢流液泛）下限b’（漏液）OP’’線（低氣液比）：上限c（氣泡夾帶）下限c’（漏液）當(dāng)前第65頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)操作彈性右圖表明，因降液管流通面積偏小，使液體負(fù)荷成為塔板操作的主要控制因素。液沫夾帶線2和溢流液泛線5將上移，甚至使線5落到正常操作范圍之外。物系一定，負(fù)荷性能圖取決于塔板的結(jié)構(gòu)尺寸。而負(fù)荷性能圖的形狀在一定程度上也反映了塔板結(jié)構(gòu)尺寸的相對情況。減小降液管面積，液相上限流量Ls下降(線4將左移)；塔板的負(fù)荷性能圖可清楚地表示塔板的允許的氣、液相負(fù)荷范圍及塔板操作彈性的大小，對塔板的改造和設(shè)計(jì)以及塔的操作均有一定的指導(dǎo)意義。012345Ls

(m3/h)Vs

(m3/h)OPa’a4’2’5’當(dāng)前第66頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)填料塔（PackedTower）

塔體：一般取為圓筒形，可由金屬、塑料或陶瓷制成，金屬筒體內(nèi)壁常襯以防腐材料。填料：大致可分為散裝填料和規(guī)整填料兩大類，是傳熱和傳質(zhì)的場所。塔內(nèi)件：包括填料支承與壓緊裝置、液體與氣體分布器、液體再分布器以及氣體除沫器等。操作原理：液體經(jīng)塔頂噴淋裝置均勻分布于填料上，依靠重力作用沿填料表面自上而下流動，并與在壓強(qiáng)差推動下穿過填料空隙的氣體相互接觸，發(fā)生傳熱和傳質(zhì)。7653421液體氣體8當(dāng)前第67頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)填料（Towerpacking）填料塔的核心，是氣液兩相接觸進(jìn)行質(zhì)、熱傳遞的場所。填料的流體力學(xué)和傳質(zhì)性能與填料的材質(zhì)、大小和幾何形狀緊密相關(guān)，材質(zhì)一定時(shí)，表征填料特性的數(shù)據(jù)主要有：比表面積a：單位體積填料層所具有的表面積(m2/m3)。被液體潤濕的填料表面就是氣液兩相的接觸面。大的a和良好的潤濕性能有利于傳質(zhì)速率的提高。對同種填料，填料尺寸越小，a越大，但氣體流動的阻力也要增加?？障堵剩簡挝惑w積填料所具有的空隙體積(m3/m3)。代表的是氣液兩相流動的通道，大，氣、液通過的能力大，氣體流動的阻力小。=

0.45~0.95。填料因子：填料比表面積與空隙率三次方的比值(1/m)，a/3，表示填料的流體力學(xué)性能，值越小，流動阻力越小。有干填料因子與濕填料因子之分。當(dāng)前第68頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)填料（Towerpacking）堆積密度p

：單位體積填料的質(zhì)量(kg/m3)。在機(jī)械強(qiáng)度允許的條件下，填料壁要盡量薄，以減小填料的堆積密度，從而既可降低成本又可增加空隙率。機(jī)械強(qiáng)度大，化學(xué)穩(wěn)定性好以及價(jià)格低廉等也是優(yōu)良填料應(yīng)盡量兼有的性質(zhì)。注意：一些難以定量表達(dá)的因素(幾何形狀)對填料的流體力學(xué)和傳質(zhì)性能也有重要的影響。新型填料的開發(fā)一般是改進(jìn)填料幾何形狀使之更為合理，從而獲得高的填料效率。常用的填料（Typicaltowerpacking）常用的填料可分為散裝填料和規(guī)整填料兩大類。散裝填料在塔內(nèi)可亂堆，也可以整砌。當(dāng)前第69頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：易于制造，價(jià)格低廉，且對它的研究較為充分，所以在過去較長的時(shí)間內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。缺點(diǎn)：高徑比大，堆積時(shí)填料間易形成線接觸，故液體常存在嚴(yán)重的溝流和壁流現(xiàn)象。且拉西環(huán)填料的內(nèi)表面潤濕率較低，因而傳質(zhì)速率也不高。拉西環(huán)（Raschigring）填料最早使用的一種填料，為高徑比相等的陶瓷和金屬等制成的空心圓環(huán)。在拉西環(huán)基礎(chǔ)上衍生了θ環(huán)、十字環(huán)及螺旋環(huán)等，其基本改進(jìn)是在拉西環(huán)內(nèi)增加一結(jié)構(gòu)，以增大填料的比表面積。當(dāng)前第70頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)鮑爾環(huán)（Pallring）填料在環(huán)的側(cè)壁上開一層或兩層長方形小孔，小孔的母材并不脫離側(cè)壁而是形成向內(nèi)彎的葉片。上下兩層長方形小孔位置交錯。鮑爾環(huán)填料的優(yōu)良性能使它一直為工業(yè)所重視，應(yīng)用十分廣泛。可由陶瓷、金屬或塑料制成。同尺寸的鮑爾環(huán)與拉西環(huán)雖有相同的比表面積和空隙率，但鮑爾環(huán)在其側(cè)壁上的小孔可供氣液流通，使環(huán)的內(nèi)壁面得以充分利用。比之拉西環(huán)，鮑爾環(huán)不僅具有較大的生產(chǎn)能力和較低的壓降，且分離效率較高，溝流現(xiàn)象也大大降低。當(dāng)前第71頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)這樣的結(jié)構(gòu)使得階梯環(huán)填料的性能在鮑爾環(huán)的基礎(chǔ)上又有提高，其生產(chǎn)能力可提高約10%，壓降則可降低25%，且由于填料間呈多點(diǎn)接觸，床層均勻，較好地避免了溝流現(xiàn)象。階梯環(huán)填料（Stairring）階梯環(huán)填料的結(jié)構(gòu)與鮑爾環(huán)填料相似，環(huán)壁上開有長方形小孔，環(huán)內(nèi)有兩層交錯45°的十字形葉片，環(huán)的高度為直徑的一半，環(huán)的一端成喇叭口形狀的翻邊。階梯環(huán)一般由塑料和金屬制成，由于其性能優(yōu)于其它側(cè)壁上開孔的填料，因此獲得廣泛的應(yīng)用。當(dāng)前第72頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)弧鞍形(Berlsaddle)矩鞍形(Intaloxsaddle)填料一種表面全部展開的具有馬鞍形狀的瓷質(zhì)型填料(馬鞍填料)?；“疤盍显谒?nèi)呈相互搭接狀態(tài)，形成弧形氣體通道，優(yōu)點(diǎn)：空隙率高，氣體阻力小，液體分布性能較好，填料性能優(yōu)于拉西環(huán)。矩鞍填料的兩端為矩形，且填料兩面大小不等?？朔嘶“疤盍舷嗷ブ丿B的缺點(diǎn)，填料的均勻性得到改善。液體分布均勻，氣液傳質(zhì)速率得到提高。瓷矩鞍填料是目前采用最多的一種瓷質(zhì)填料。缺點(diǎn)：相鄰填料易相互套疊，使填料有效表面降低，從而影響傳質(zhì)速率。當(dāng)前第73頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：網(wǎng)絲細(xì)密，空隙很高，比表面積很大。由于毛細(xì)管作用，填料表面潤濕性能很好。故網(wǎng)體填料氣體阻力小，傳質(zhì)速率高。缺點(diǎn)：造價(jià)很高，故多用于實(shí)驗(yàn)室中難分離物系的分離。金屬英特洛克斯（Intalox）填料有環(huán)形與鞍形的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，生產(chǎn)能力大、壓降低、液體分布性能好、傳質(zhì)速率高及操作彈性大，在減壓蒸餾中其優(yōu)勢更為顯著。與實(shí)體填料對應(yīng)的另一類填料為網(wǎng)體填料。有多種形式，如金屬絲網(wǎng)制成的網(wǎng)環(huán)和鞍型網(wǎng)等。網(wǎng)體填料（Wiregauzepackings）當(dāng)前第74頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)規(guī)整填料規(guī)整填料一般由波紋狀的金屬網(wǎng)絲或多孔板重疊而成。使用時(shí)根據(jù)填料塔的結(jié)構(gòu)尺寸，疊成圓筒形整塊放入塔內(nèi)或分塊拼成圓筒形在塔內(nèi)砌裝。優(yōu)點(diǎn)：空隙大，生產(chǎn)能力大，壓降小。流道規(guī)則，只要液體初始分布均勻，則在全塔中分布也均勻，因此規(guī)整填料幾乎無放大效應(yīng)，通常具有很高的傳質(zhì)效率。缺點(diǎn)：造價(jià)較高，易堵塞難清洗，因此工業(yè)上一般用于較難分離或分離要求很高的情況。當(dāng)前第75頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)規(guī)整填料CorrugatedMetalPlatesPackings6400金屬板波紋規(guī)整填料300脈沖規(guī)整填料各種陶瓷規(guī)整填料當(dāng)前第76頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)填料的流體力學(xué)性能壓降填料塔效率主要取決于填充填料流體力學(xué)性能和傳質(zhì)性能。壓降、液泛氣速、持液量及氣液分布對填料塔的設(shè)計(jì)和操作參數(shù)的確定至關(guān)重要。壓降與氣速的關(guān)系：氣體通過干填料層時(shí)的流動與氣體通過顆粒固定床的流動相似，只是通常填料層的空隙率更大，故氣體在空隙中的流速更高而處于湍流。載液區(qū)高液量低液量CC’BB’AA’L=0L1L2lgulgp載點(diǎn)氣速液泛氣速當(dāng)前第77頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)有一定持液量時(shí)，p~u將不再為簡單的直線關(guān)系(噴淋密度為L1、L2曲線)，且存在兩個較明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。壓降氣體通過干填料層的壓降p與空塔氣速u的關(guān)系在雙對數(shù)坐標(biāo)上為直線，斜率1.8~2.0。原因：噴淋液體在填料上形成液膜，占據(jù)部分空隙，減小了氣體的流通截面，對相同空塔氣速壓降升高。載液區(qū)高液量低液量CC’BB’AA’L=0L1L2lgulgp載點(diǎn)氣速液泛氣速當(dāng)前第78頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)P點(diǎn)后，液沫夾帶量，液相返混可導(dǎo)致填料效率，(HETP)。載點(diǎn)(B)后，持液量，氣液相互作用，相界面積，湍動增強(qiáng)，傳質(zhì)過程，填料效率(HETP)；載液和液泛對傳質(zhì)的影響：壓降氣速較低時(shí)，氣液相間相互影響小，在一定的液體噴淋密度下，填料持液量與氣速無關(guān)，氣體壓降與氣速的關(guān)系為直線且基本與L=0的直線平行。lgu高液量低液量載點(diǎn)線lgLPB泛點(diǎn)C載液區(qū)空塔氣速

u等板高度HETP填料塔的操作一般控制在偏離泛點(diǎn)一定距離的載液區(qū)內(nèi)，這樣，既可得到較高的傳質(zhì)效率，填料層的壓降也不會過大。當(dāng)前第79頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)壓降與氣速的關(guān)聯(lián)圖壓降對填料塔操作的可靠性和經(jīng)濟(jì)性有著決定性的影響。選擇填料和確定塔徑時(shí)，不同系統(tǒng)應(yīng)控制的壓降范圍不同。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：表面摩擦阻力+形體阻力，前者是氣體在空隙中流動時(shí)在填料表面和氣液界面上產(chǎn)生的粘性應(yīng)力，后者是由于氣體流道的突然增大或縮小，方向的改變等造成的動能損失。影響因素：填料特性(幾何形狀、比表面積、等)，流體物性(、等)以及操作條件(氣液流量、T等)。難以進(jìn)行準(zhǔn)確的理論計(jì)算，迄今仍然只能由各種經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式或關(guān)聯(lián)圖進(jìn)行估算。當(dāng)前第80頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)?？颂?Eckert)壓降通用關(guān)聯(lián)圖橫坐標(biāo)：GG,GL——?dú)怏w和液體的質(zhì)量流速，kg/(m2.s)；u——空塔氣速，m/s；V,L——?dú)怏w和液體的密度，kg/m3；L——液體的粘度，mPa.s；WG,WL——?dú)怏w和液體的質(zhì)量流量，kg/s；——濕填料因子(泛點(diǎn)填料因子)，1/m；Vs,Ls——?dú)怏w和液體的體積流量，m3/s；g——重力加速度9.81m/s2；——液體密度校正系數(shù)(水與液相密度之比=/L)。縱坐標(biāo)：當(dāng)前第81頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)?？颂?Eckert)壓降通用關(guān)聯(lián)圖適用范圍：亂堆填料(Randompackings)，如拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、矩鞍環(huán)等。與泛點(diǎn)線相對應(yīng)的空塔氣速為空塔液泛氣速。利用此圖可根據(jù)選定的空塔氣速求壓降，或根據(jù)規(guī)定的壓降求算相應(yīng)的空塔氣速。最上方的三條線分別為弦柵、整砌拉西環(huán)及亂堆填料的泛點(diǎn)線。其余為亂堆填料的等壓降線。當(dāng)前第82頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)泛點(diǎn)氣速泛點(diǎn)：液泛開始發(fā)生，是填料塔的操作極限。泛點(diǎn)氣速：開始發(fā)生液泛時(shí)的氣速，泛點(diǎn)的直接表達(dá)參數(shù)。為防止液泛發(fā)生，最大操作氣速應(yīng)<95%泛點(diǎn)氣速，設(shè)計(jì)點(diǎn)的氣速通常取泛點(diǎn)氣速的50%~80%。故正確估算泛點(diǎn)氣速對填料塔的設(shè)計(jì)和操作都十分重要。填料的種類，物系的物性以及氣、液相負(fù)荷等因素對泛點(diǎn)都有一定的影響。泛點(diǎn)氣速的估算式通常仍是借助于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所得的各種經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式或關(guān)聯(lián)圖。對于散裝填料，目前廣泛采用?？颂?Eckert)壓降和氣速通用關(guān)聯(lián)圖中的泛點(diǎn)曲線。規(guī)整填料有類似的泛點(diǎn)實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)圖，可參考有關(guān)文獻(xiàn)。根據(jù)兩相流動參數(shù)即可由埃克特(Eckert)關(guān)聯(lián)圖中的泛點(diǎn)線查縱坐標(biāo)值，若填料因子已知，即可求得泛點(diǎn)氣速。當(dāng)前第83頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)持液量（Liquidholdup）填料的持液量：操作時(shí)單位體積填料在表面和空隙中所積存的液體體積量。由靜持液量和動持液量兩部分組成。動持液量：停止氣液兩相進(jìn)料后從填料中排放出來的液體。與填料特性，物性及氣液兩相流量有關(guān)。靜持液量：液體排放完后仍保留在填料層內(nèi)的那部分液體。與填料表面積，表面特征及潤濕性有關(guān)。持液量對填料的壓降、氣液通量以及分離效率均有影響。液體在填料層中的停留時(shí)間與持液量成正比，故熱敏性物系分離不宜采用持液量大的填料。對間歇蒸餾不宜采用持液量大的填料。填料塔穩(wěn)定操作時(shí)持液量越小，靈敏度越高。理想的操作：大傳質(zhì)表面，較小持液量。當(dāng)前第84頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)填料塔內(nèi)的氣、液分布?xì)狻⒁簝上喾植疾痪鶆驅(qū)λ蕰a(chǎn)生不利的影響。小尺度不良分布：單個填料尺度或規(guī)整填料的通道尺度上的不均勻分布。原因：由于氣體的彌散性，氣體在小尺度上容易分布均勻。而液體能否在填料表面擴(kuò)展成膜與填料的潤濕性直接相關(guān)。即使填料潤濕性很好，液體的初始分布也很均勻，但在向下流過一定高度的填料層后部分液體必然會匯集為細(xì)股流，使另一部分填料表面不能為液體所潤濕。小尺度的不良分布是填料的特性，當(dāng)液體流經(jīng)一定距離后，這種不良分布特性保持穩(wěn)定，稱為特征分布。通常散裝填料的小尺度不良分布較規(guī)整填料突出。當(dāng)前第85頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)填料塔內(nèi)的氣、液分布大尺度不良分布：由液體初始分布不均、填料層結(jié)構(gòu)不均和塔體傾斜等非正常因素所引起。壁效應(yīng)：若塔壁附近空隙率顯著大于填料主體區(qū)，則會造成液體向壁區(qū)偏流并最終形成沿塔壁垂直向下的壁流，減少了填料氣體區(qū)的液流量。塔體傾斜會造成液體優(yōu)先流向下方塔壁而匯集，上方塔壁及靠壁區(qū)液體分布則不足。填料破碎、變形等也會造成大范圍的液流分布不均。大尺度液流不均還會引發(fā)氣流分布不均，造成氣體走短路，使填料塔操作惡化。改進(jìn)措施：加強(qiáng)液流入塔的初始分布均勻性，在塔內(nèi)設(shè)置液體再分布器，填料充填均勻，對大型塔填料尺寸與塔徑之比不大于1/30以避免壁效應(yīng)等。當(dāng)前第86頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)填料塔塔徑與塔高的計(jì)算塔徑填料塔的直徑可根據(jù)圓形管道內(nèi)的流量公式計(jì)算式中：Vs——操作條件下氣體體積流量，m3/s；

u——操作條件下的空塔氣速，m/s。一般取u=(0.5~0.8)uf。對一定氣體負(fù)荷，塔徑計(jì)算關(guān)鍵在于空塔泛點(diǎn)氣速的求取。當(dāng)缺乏實(shí)測數(shù)據(jù)時(shí)，泛點(diǎn)氣速uf可用?？颂?Eckert)壓降關(guān)聯(lián)圖估算。一般填料塔的操作氣速大致在0.2~1.0m/s。按上式算出的塔徑，應(yīng)按壓力容器公稱直徑進(jìn)行圓整，如圓整為600、800、1000、1200mm等。當(dāng)前第87頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)塔徑驗(yàn)算液體噴淋密度，以確保填料能得到充分的潤濕。填料塔的液體最小噴淋密度與填料的比表面積a有關(guān)，其關(guān)系為：式中：Umin——最小噴淋密度，m3/(m2s)；(Lw)min——最小潤濕速率，m3/(ms)。最小潤濕速率：在塔橫截面上，單位長度的填料周邊上潤濕填料所需最少液體的體積流量。直徑<75mm的拉西環(huán)及其它填料，(Lw)min=0.08m3/(mh)；直徑>75mm的環(huán)形填料，(Lw)min=0.12m3/(mh)。實(shí)際噴淋密度應(yīng)大于最小噴淋密度。若不能滿足此條件，可采用增大回流比或液體再循環(huán)等方法加大塔內(nèi)液體流量，或適當(dāng)提高氣速，減小塔徑等。當(dāng)前第88頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)塔高取決于所需的填料層高度及塔內(nèi)附屬構(gòu)件所需的高度。附屬構(gòu)件(如氣液分布裝置，除沫器及液體再分布器等)的高度要由所選的類型和計(jì)算的尺寸來確定。填料層的高度通常采用傳質(zhì)單元法(第9章吸收計(jì)算)或等板高度法進(jìn)行計(jì)算。等板高度(HETP)：與一層理論塔板的分離效果相當(dāng)?shù)奶盍蠈痈叨?。等板高度的大小，表明填料效率的高低。等板高度一般由?shí)驗(yàn)測定，或取生產(chǎn)設(shè)備的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。若完成分離任務(wù)所需的理論板數(shù)為N，則填料層高度Z為當(dāng)前第89頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)默奇(Murch)等板高度經(jīng)驗(yàn)公式GG——?dú)怏w的空塔質(zhì)量速度，kg/(m2h)；——相對揮發(fā)度；D——塔徑，m；

L——液體粘度，mPas；Z——填料層高度，m；L——液體的密度，kg/m3；c1,c2,c3——常數(shù)，取決于填料類型及尺寸。適用范圍：(1)常壓操作，操作氣速為泛點(diǎn)氣速的25~85%；(2)高回流比操作；(3)值不大于3的碳?xì)浠衔镎麴s系統(tǒng)；(4)填料層高度為0.9~3.0m，塔徑為0.5~0.75m，填料尺寸不大于塔徑的1/8。當(dāng)前第90頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)默奇(Murch)等板高度經(jīng)驗(yàn)公式默奇（Murch）等板高度經(jīng)驗(yàn)公式中的常數(shù)填料類型尺寸mmc1c2c3

陶瓷拉西環(huán)91.36×104-0.371.2412.54.48×104-0.241.24252.39×103-0.101.24

弧鞍501.5×10301.2412.52.55×104-0.451.11252.11×103-0.141.11當(dāng)前第91頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)填料塔的附屬結(jié)構(gòu)填料支承板（Packingsupportplate）主要包括：填料支承裝置、液體分布及再分布裝置、氣體進(jìn)口分布裝置及出口除沫裝置等。附屬結(jié)構(gòu)的選型、設(shè)計(jì)、安裝是否正確合理，對填料塔的操作和傳質(zhì)分離效果都會有直接影響，應(yīng)給予足夠的重視。用以支承填料的部件。它應(yīng)具有：(1)足夠的機(jī)械強(qiáng)度以承受設(shè)計(jì)載荷量，支承板的設(shè)計(jì)載荷主要包括填料的重量和液泛狀態(tài)下持液的重量。(2)足夠的自由面積以確保氣、液兩相順利通過?？傞_孔面積應(yīng)盡可能不小于填料層的自由截面積。開孔率過小可導(dǎo)致液泛提前發(fā)生。一般開孔率在70%以上。常用的支承板有柵板、升氣管式和氣體噴射式等類型。當(dāng)前第92頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)填料支承板（Packingsupportplate）柵板(supportgrid)：優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低；缺點(diǎn)是柵板間的開孔容易被散裝填料擋住，使有效開孔面積減小。當(dāng)前第93頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)填料支承板（Packingsupportplate）升氣管式：具有氣、液兩相分流而行和開孔面積大的特點(diǎn)。氣體由升氣管側(cè)面的狹縫進(jìn)入填料層。當(dāng)前第94頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)填料支承板（Packingsupportplate）氣體噴射式(multibeampackingsupportplate)：具有氣、液兩相分流而行和開孔面積大的特點(diǎn)。氣體由波形的側(cè)面開孔射入填料層。當(dāng)前第95頁\共有110頁\編于星期五\2點(diǎn)床層限位圈和填料壓板(Bedlimiterandholddownplate)填料壓緊和限位裝置安裝在填料層頂部，用于阻止填料的流化和松動，前者為直接