流體輸送演示文檔

流體輸送演示文檔第1頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月板式塔的結(jié)構(gòu)板式塔為逐級(jí)接觸式氣液傳質(zhì)設(shè)備，它主要由圓柱形殼體、塔板、溢流堰、降液管及受液盤等部件構(gòu)成。

第2頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月操作時(shí)，塔內(nèi)液體依靠重力作用，由上層塔板的降液管流到下層塔板的受液盤，然后橫向流過(guò)塔板，從另一側(cè)的降液管流至下一層塔板。溢流堰的作用是使塔板上保持一定厚度的液層。氣體則在壓力差的推動(dòng)下，自下而上穿過(guò)各層塔板的氣體通道(泡罩(bubblehood)、篩孔(olfactoryforamina)或浮閥(floatvalve)等，分散成小股氣流，鼓泡通過(guò)各層塔板的液層。在塔板上，氣液兩相密切接觸，進(jìn)行熱量和質(zhì)量的交換。在板式塔中，氣液兩相逐級(jí)接觸，兩相的組成沿塔高呈階梯式變化，在正常操作下，液相為連續(xù)相，氣相為分散相。第3頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一般而論，板式塔的空塔速度較高，因而生產(chǎn)能力較大，塔板效率穩(wěn)定，操作彈性大，且造價(jià)低，檢修、清洗方便，故工業(yè)上應(yīng)用較為廣泛。第4頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月塔板的類型塔板可分為有降液管式塔板（也稱溢流式塔板或錯(cuò)流式塔板）與無(wú)降液管式塔板（也稱穿流式塔板或逆流式塔板）兩類在工業(yè)生產(chǎn)中，以有降液管式塔板應(yīng)用最為廣泛，在此只討論有降液管式塔板。第5頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1．泡罩塔板(bubble-capplatetower)罩塔板是工業(yè)上應(yīng)用最早的塔板，其結(jié)構(gòu)如圖片3-2所示，它主要由升氣管及泡罩構(gòu)成。泡罩安裝在升氣管的頂部，分圓形和條形兩種，以前者使用較廣。泡罩有f80、f100、f150mm三種尺寸，可根據(jù)塔徑的大小選擇。泡罩的下部周邊開(kāi)有很多齒縫，齒縫一般為三角形、矩形或梯形。泡罩在塔板上為正三角形排列。第6頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第7頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月操作時(shí)，液體橫向流過(guò)塔板，靠溢流堰保持板上有一定厚度的液層，齒縫浸沒(méi)于液層之中而形成液封。升氣管的頂部應(yīng)高于泡罩齒縫的上沿，以防止液體從中漏下。上升氣體通過(guò)齒縫進(jìn)入液層時(shí)，被分散成許多細(xì)小的氣泡或流股，在板上形成鼓泡層，為氣液兩相的傳熱和傳質(zhì)提供大量的界面。第8頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月泡罩塔板的優(yōu)點(diǎn)是操作彈性較大，塔板不易堵塞；缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高，板上液層厚，塔板壓降大，生產(chǎn)能力及板效率較低。泡罩塔板已逐漸被篩板、浮閥塔板所取代，在新建塔設(shè)備中已很少采用第9頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2．篩孔塔板(olfactoryforaminatray)第10頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第11頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月篩孔塔板簡(jiǎn)稱篩板，其結(jié)構(gòu)如圖片3-3所示。塔板上開(kāi)有許多均勻的小孔，孔徑一般為3～8mm。篩孔在塔板上為正三角形排列。塔板上設(shè)置溢流堰，使板上能保持一定厚度的液層。操作時(shí)，氣體經(jīng)篩孔分散成小股氣流，鼓泡通過(guò)液層，氣液間密切接觸而進(jìn)行傳熱和傳質(zhì)。在正常的操作條件下，通過(guò)篩孔上升的氣流，應(yīng)能阻止液體經(jīng)篩孔向下泄漏。第12頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月板的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低，板上液面落差小，氣體壓降低，生產(chǎn)能力大，傳質(zhì)效率高。其缺點(diǎn)是篩孔易堵塞，不宜處理易結(jié)焦、粘度大的物料。應(yīng)予指出，篩板塔的設(shè)計(jì)和操作精度要求較高，過(guò)去工業(yè)上應(yīng)用較為謹(jǐn)慎。近年來(lái)，由于設(shè)計(jì)和控制水平的不斷提高，可使篩板塔的操作非常精確，故應(yīng)用日趨廣泛。第13頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3．浮閥塔板(floatvalvetray)第14頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月浮閥塔板具有泡罩塔板和篩孔塔板的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用廣泛。浮閥的類型很多，國(guó)內(nèi)常用的有如圖片3-4所示的F1型、V-4型及T型等。第15頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月浮閥塔板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在塔板上開(kāi)有若干個(gè)閥孔，每個(gè)閥孔裝有一個(gè)可上下浮動(dòng)的閥片(Valveslice)，閥片本身連有幾個(gè)閥腿，插入閥孔后將閥腿底腳撥轉(zhuǎn)90°，以限制閥片升起的最大高度，并防止閥片被氣體吹走。閥片周邊沖出幾個(gè)略向下彎的定距片，當(dāng)氣速很低時(shí)，由于定距片的作用，閥片與塔板呈點(diǎn)接觸而坐落在閥孔上，在一定程度上可防止閥片與板面的粘結(jié)。第16頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月操作時(shí)，由閥孔上升的氣流經(jīng)閥片與塔板間隙沿水平方向進(jìn)入液層，增加了氣液接觸時(shí)間，浮閥開(kāi)度隨氣體負(fù)荷而變，在低氣量時(shí)，開(kāi)度較小，氣體仍能以足夠的氣速通過(guò)縫隙，避免過(guò)多的漏液；在高氣量時(shí)，閥片自動(dòng)浮起，開(kāi)度增大，使氣速不致過(guò)大。第17頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月浮閥塔板的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低，生產(chǎn)能力大，操作彈性大，塔板效率較高。其缺點(diǎn)是處理易結(jié)焦、高粘度的物料時(shí)，閥片易與塔板粘結(jié)；在操作過(guò)程中有時(shí)會(huì)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。第18頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4．噴射型塔板上述幾種塔板，氣體是以鼓泡或泡沫狀態(tài)和液體接觸，當(dāng)氣體垂直向上穿過(guò)液層時(shí)，使分散形成的液滴或泡沫具有一定向上的初速度。若氣速過(guò)高，會(huì)造成較為嚴(yán)重的液沫夾帶，使塔板效率下降，因而生產(chǎn)能力受到一定的限制。為克服這一缺點(diǎn)，近年來(lái)開(kāi)發(fā)出噴射型塔板，大致有以下幾種類型。第19頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（1）舌形塔板示意圖第20頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1）舌型塔板舌型塔板的結(jié)構(gòu)如圖片3-5所示，在塔板上沖出許多舌孔，方向朝塔板液體流出口一側(cè)張開(kāi)。舌片與板面成一定的角度，有18°、20°、25°三種（一般為20°），舌片尺寸有50×50mm和25×25mm兩種。舌孔按正三角形排列，塔板的液體流出口一側(cè)不設(shè)溢流堰，只保留降液管，降液管截面積要比一般塔板設(shè)計(jì)得大些。第21頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月操作時(shí)，上升的氣流沿舌片噴出，其噴出速度可達(dá)20～30m/s。當(dāng)液體流過(guò)每排舌孔時(shí)，即被噴出的氣流強(qiáng)烈擾動(dòng)而形成液沫，被斜向噴射到液層上方，噴射的液流沖至降液管上方的塔壁后流入降液管中，流到下一層塔板。第22頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月舌型塔板的優(yōu)點(diǎn)是：生產(chǎn)能力大，塔板壓降低，傳質(zhì)效率較高；缺點(diǎn)是：操作彈性較小，氣體噴射作用易使降液管中的液體夾帶氣泡流到下層塔板，從而降低塔板效率。第23頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）浮舌塔板浮舌塔板如圖片3-6所示，與舌型塔板相比，浮舌塔板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是其舌片可上下浮動(dòng)。因此，浮舌塔板兼有浮閥塔板和固定舌型塔板的特點(diǎn)，具有處理能力大、壓降低、操作彈性大等優(yōu)點(diǎn)，特別適宜于熱敏性物系的減壓分離過(guò)程。第24頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第25頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(3)斜孔塔板斜孔塔板斜孔塔板斜孔塔板的結(jié)構(gòu)如圖片3-7所示。在板上開(kāi)有斜孔，孔口向上與板面成一定角度。斜孔的開(kāi)口方向與液流方向垂直，同一排孔的孔口方向一致，相鄰兩排開(kāi)孔方向相反，使相鄰兩排孔的氣體向相反的方向噴出。這樣，氣流不會(huì)對(duì)噴，既可得到水平方向較大的氣速，又阻止了液沫夾帶，使板面上液層低而均勻，氣體和液體不斷分散和聚集，其表面不斷更新，氣液接觸良好，傳質(zhì)效率提高。第26頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月斜孔塔板克服了篩孔塔板、浮閥塔板和舌型塔板的某些缺點(diǎn)。斜孔塔板的生產(chǎn)能力比浮閥塔板大30%左右，效率與之相當(dāng)，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工制造方便，是一種性能優(yōu)良的塔板。第27頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第28頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二。板式塔的流體力學(xué)性能氣液兩相的傳熱和傳質(zhì)與其在塔板上的流動(dòng)狀況密切相關(guān)，板式塔內(nèi)氣液兩相的流動(dòng)狀況即為板式塔的流體力學(xué)性能。1．塔板上氣液兩相的接觸狀態(tài)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(xué)及傳質(zhì)和傳熱規(guī)律的重要因素。如圖片3-8所示，當(dāng)液體流量一定時(shí)，隨著氣速的增加，可以出現(xiàn)四種不同的接觸狀態(tài)。第29頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第30頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（1）鼓泡接觸狀態(tài)當(dāng)氣速較低時(shí)，氣體以鼓泡形式通過(guò)液層。由于氣泡的數(shù)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(zhì)效率很低。第31頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）蜂窩狀接觸狀態(tài)隨著氣速的增加，氣泡的數(shù)量不斷增加。當(dāng)氣泡的形成速度大于氣泡的浮升速度時(shí)，氣泡在液層中累積。氣泡之間相互碰撞，形成各種多面體的大氣泡，板上為以氣體為主的氣液混合物。由于氣泡不易破裂，表面得不到更新，所以此種狀態(tài)不利于傳熱和傳質(zhì)。第32頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（3）泡沫接觸狀態(tài)當(dāng)氣速繼續(xù)增加，氣泡數(shù)量急劇增加，氣泡不斷發(fā)生碰撞和破裂，此時(shí)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(dòng)十分劇烈的動(dòng)態(tài)泡沫，在板上只能看到較薄的一層液體。由于泡沫接觸狀態(tài)的表面積大，并不斷更新，為兩相傳熱與傳質(zhì)提供了良好的條件，是一種較好的接觸狀態(tài)。第33頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（4）噴射接觸狀態(tài)當(dāng)氣速繼續(xù)增加，由于氣體動(dòng)能很大，把板上的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又落回到板上，直徑較小的液滴被氣體帶走，形成液沫夾帶。此時(shí)塔板上的氣體為連續(xù)相，液體為分散相，兩相傳質(zhì)的面積是液滴的外表面。由于液滴回到塔板上又被分散，這種液滴的反復(fù)形成和聚集，使傳質(zhì)面積大大增加，而且表面不斷更新，有利于傳質(zhì)與傳熱進(jìn)行，也是一種較好的接觸狀態(tài)。第34頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月如上所述，泡沫接觸狀態(tài)和噴射狀態(tài)均是優(yōu)良的塔板接觸狀態(tài)。因噴射接觸狀態(tài)的氣速高于泡沫接觸狀態(tài)，故噴射接觸狀態(tài)有較大的生產(chǎn)能力，但噴射狀態(tài)液沫夾帶較多，若控制不好，會(huì)破壞傳質(zhì)過(guò)程，所以多數(shù)塔均控制在泡沫接觸狀態(tài)下工作。第35頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2．氣體通過(guò)塔板的壓降氣體通過(guò)塔板的壓降（塔板的總壓降）包括：塔板的干板阻力（即板上各部件所造成的局部阻力），板上充氣液層的靜壓力及液體的表面張力(interfacialtension)。塔板壓降是影響板式塔操作特性的重要因素。塔板壓降增大，一方面塔板上氣液兩相的接觸時(shí)間隨之延長(zhǎng)，板效率升高，完成同樣的分離任務(wù)所需實(shí)際塔板數(shù)減少，設(shè)備費(fèi)降低；另一方面，塔釜溫度隨之升高，能耗增加，操作費(fèi)增大，若分離熱敏性物系時(shí)易造成物料的分解或結(jié)焦。因此，進(jìn)行塔板設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)綜合考慮，在保證較高效率的前提下，力求減小塔板壓降，以降低能耗和改善塔的操作。第36頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3．塔板上的液面落差當(dāng)液體橫向流過(guò)塔板時(shí)，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(jìn)入板面到離開(kāi)板面的液面落差。液面落差也是影響板式塔操作特性的重要