化工原理(下)第3章蒸馏和吸收塔设备

喷射接触状态
一、板式塔的流体力学性能
2. 塔板压降 气体通过塔板需克服一定的阻力塔板压降。 干板阻力 板上各部件所造成的局部阻力。 塔板 充气液层阻力 阻力 板上充气液层的静压力形成的阻力。 表面张力阻力 液体表面张力形成的阻力。 塔板压降=干板压降+充气液层压降+表面张力压降
一、板式塔的流体力学性能
* n
t n 1
y ( yn )
n

y n 1
tn
t n 1
x
n 1
y
n 1
液相单板效率
E ML பைடு நூலகம் n 1 x n x n 1 x * n
x ( xn ) n
x
n 1
单板效率分析
一、塔有效高度的计算
(3)点效率 点效率是指塔板上 各点的局部效率。
x
y
n 1
(y )
u (0.6
～
0.8)umax
最大空 塔气速
二、板式塔直径的计算
3.气相体积流量的计算 （1）精馏段体积流量的计算
qV ,V
鼓泡接触状态
一、板式塔的流体力学性能
（2）蜂窝状接触状态 随着气速增加，气泡 数量不断增加。当气泡形 成速度大于气泡浮升速度 时气泡在液层中累积。气 泡间相互碰撞，形成各种 多面体的大气泡。由于气 泡不易破裂，表面得不到 更新，所以此种状态不利 于传热和传质。
蜂窝状接触状态
一、板式塔的流体力学性能
Z ( N p 1) HT
实际塔 板层数
塔板 间距
一、塔有效高度的计算
2. 塔板效率 塔板效率反映了实际塔板的汽液两相传质的完 善程度。 总板 (1)全塔效率
效率
NT ET 100% Np
全塔效率反映塔中各层塔板的平均效率，它是 理论板层数的一个校正系数，其值恒小于100%。
一、塔有效高度的计算
(2)单板效率 单板效率又称默弗里（Murphree）效率，它 是以混合物经过实际板的组成变化与经过理论板 的组成变化之比来表示的，单板效率即可用汽相 组成表示，也可用液相组成表示，分别称为汽相 单板效率和液相单板效率。
一、塔有效高度的计算
气相单板效率
y
n 1
E MV
y n y n 1 y
筛孔塔板
a.操作示意图；b.筛孔布置图
一、塔板的类型
筛孔塔板的优缺点 优点 结构简单、造价低 生产能力大 板上液面落差小，气体压降低 塔板效率较高 缺点
操作弹性小 筛孔易堵塞，不宜处理易结焦、黏度大的物料
一、塔板的类型
(3)浮阀塔板 浮阀塔板的结构特点是在塔板上开有若干个 阀孔，每个阀孔装有一个可上下浮动的阀片，阀 片本身连有几个阀腿，插入阀孔后将阀腿底脚拨 转90°，以限制阀片升起的最大高度，并防止阀 片被气体吹走。阀片周边冲出几个略向下弯的定 距片，当气速很低时，由于定距片的作用，阀片 与塔板呈点接触而坐落在阀孔上，可防止阀片与 板面的粘结。
适用于中等直径塔 矩形降液管 适用于中大直径塔，采用中间溢流
√
二、塔板的溢流装置
塔板溢流类型
二、塔板的溢流装置
2. 受液盘 受液盘用于接受上层塔板下降的液体，通过进 口堰形成液封，并使液体在塔板上分布均匀。
受液盘
平受液盘 适用于小直径塔 凹形受液盘
适用于大直径塔
受液盘示意图 a.平受液盘；b. 凹型受液盘
泡罩实物
泡罩塔板 a.操作示意图；b.塔板平面图；c.圆形泡罩
一、塔板的类型
泡罩塔板的优缺点 优点
操作弹性适中 塔板不易堵塞
缺点
生产能力及板效率较低 结构复杂、造价高
一、塔板的类型
(2)筛孔塔板
筛孔塔板简称筛板，其结构特点是在塔板上 开有许多均匀小孔，孔径一般为3～8mm。筛孔在 塔板上为正三角形排列。塔板上设置溢流堰，使 板上能保持一定厚度的液层。

y
n
EOV
y yn1 y yn1
*
x
y
n 1
x
n
点效率分析
二、板式塔直径的计算
1.基本计算公式
D
提示
4qV ,V
u
精馏塔内 径计算式
精馏段与提馏段分别计算，相差不大取较大者
作为塔径，相差较大采用变径塔。
计算塔径后应进行圆整。
二、板式塔直径的计算
2.空塔气速的确定 空塔气速是影响精馏操作的重要因素，空塔气 速的上限有严重的雾沫夹带或液泛决定，下限由漏 液决定，适宜的空塔气速应介于二者之间。 根据设计经验，通常取
分析 塔板压降 塔板压降
～ ～
气液接 触时间 塔釜温度 气体阻力
～
塔板效率
～ 能量消耗
对热敏性物系的分离，应采用较低的塔板压降。
一、板式塔的流体力学性能
3. 液面落差 当液体横向流过塔板时，为克服板上的摩擦阻 力和板上部件（如泡罩、浮阀等）的局部阻力，需 要一定的液位差，则在板上形成由液体进入板面到 离开板面的液面落差。
二、板式塔的操作特性
(5) 液泛线 为防止液泛，降液管内的液层高度应不超过某 一数值。
H d ( H T hW )
液泛气速 uF
溢流堰 高度
降液管内 液层高度
安全 系数
塔 板 间 距
二、板式塔的操作特性
3.板式塔的操作分析
适宜操作区 操作点 操作线 操作控制 操作弹性 操作线的调节
一、板式塔的流体力学性能
1. 塔板上气液两相的接触状态 塔板上气液两相的接触状态是决定板上两相流 流体力学及传质和传热规律的重要因素。当液体流 量一定时，随着气速的增加，可以出现四种不同的 接触状态： 鼓泡接触状态
蜂窝接触状态 泡沫接触状态 喷射接触状态
一、板式塔的流体力学性能
（1）鼓泡接触状态 气速较低时，气 体以鼓泡形式通过液 层。由于气泡的数量 不多，形成的气液混 合物基本上以液体为 主，气液两相接触的 表面积不大，传质效 率很低。
液面 落差
塔板上的液面 落差示意图
一、板式塔的流体力学性能
分析 △
～
气液分布 均匀程度
～
泡罩塔板 浮阀塔板 筛孔塔板 塔径
塔板效率
△大 △中
与塔板的 结构有关
△
与塔径、液 体流量有关
△小
流量
～△ ～△
二、板式塔的操作特性
1.塔板上的异常操作现象 （1）漏液 在正常操作塔板上，液体横向流过塔板，然后 经降液管流下。当气体速度较小时，气体通过升气 孔道的动压不足以阻止板上液体经孔道流下时，便 会出现漏液现象。 为保证塔正常操作，漏液量应不大于液体流量 的10%。漏液量为10%的气体速度称为漏液速度，它 是板式塔操作气速的下限。
（3）泡沫接触状态 当气速继续增加，气 泡数量急剧增加，气泡不 断发生碰撞和破裂，此时 板上液体大部分以液膜的 形式存在于气泡之间，形 成一些直径较小，扰动十 分剧烈动态泡沫，由于泡 沫接触状态表面积大，并 不断更新，是一种较好的 接触状态。
泡沫接触状态
一、板式塔的流体力学性能
（4）喷射接触状态 当气速继续增加，把板 上液体向上喷成大小不等的 液滴，直径较大的液滴受重 力作用落回到塔板上，直径 较小的液滴被气体带走，形 成液沫夹带。液滴回到塔板 上又被分散，这种液滴反复 形成和聚集，使传质面积增 加，表面不断更新，是一种 较好的接触状态。
二、塔板的性能评价
常见塔板的性能比较 ——————————————————————————
塔板类型
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泡罩塔板 筛孔塔板 浮阀塔板 舌形塔板 斜孔塔板 1.0 1.2～ 1.4 1.2～ 1.3 1.3～ 1.5 1.5～ 1.8 1.0 1.1 1.1～ 1.2 1.1 1.1 中 低 大 小 中 高 低 中 低 低 复杂 简单 一般 简单 简单 1.0 0.4～ 0.5 0.4～ 0.5 0.4～ 0.5 0.4～ 0.5
相对生 产能力
相对塔 板效率
操作 压力降 结构 弹性
成本
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第3章 蒸 馏
3.1 板式塔 3.1.1 塔板的类型及性能评价 3.1.2 塔板的结构
一、塔板的结构参数
塔板结构参数示意图
二、塔板的溢流装置
1. 降液管 降液管是塔板间液体流动的通道，也是使溢流 液中所夹带气体得以分离的场所。 圆形降液管 适用于小直径塔 弓形降液管 降液管
错流式 逆流式
a.有降液管式塔板 b.无降液管式塔板 塔板的分类
一、塔板的类型
2. 塔板的主要形式 (1)泡罩塔板 泡罩塔板是工业上应用最早的塔板，它由升气 管及泡罩构成。泡罩安装在升气管的顶部，分圆形 和条形两种，以前者使用较广。泡罩有 80 、 100 和 150mm三种尺寸，可根据塔径大小选择。泡罩 下部周边开有很多齿缝，齿缝一般为三角形、矩形 或梯形。泡罩在塔板上为正三角形排列。
雾沫夹带量
二、板式塔的操作特性
（3）液泛 塔板正常操作时，在塔板上应维持一定厚度的 液层，以和气体进行接触传质。如果由于某种原因 导致液体充满塔板之间的空间，使塔的正常操作受 到破坏，这种现象称为液泛。 夹带液泛 降液管液泛 √
由雾沫夹 带限制
液泛
二、板式塔的操作特性
2.塔板负荷性能图
对一定分离物系，当设计选定塔板类型后，其 操作状况和分离效果便只与气液负荷有关。要维持 塔板正常操作和塔板效率的基本稳定，必须将塔内 的气液负荷限制在一定的范围内，该范围即为塔板 的负荷性能。
一、塔板的类型
(4)喷射型塔板 ① 舌型塔板 舌型塔板的结构特点是，在塔板上冲出许多 舌孔，方向朝塔板液体流出口一侧张开。舌片与 板面成一定的角度，有 18 °、 20 °、 25 °三种 （ 一 般 为 2 0 ° ） ， 舌 片 尺 寸 有 5 0 × 5 0 mm 和 25 × 25mm 两种。舌孔按正三角形排列，塔板的 液体流出口一侧不设溢流堰，只保留降液管。