塔设备 讲义

B A B A (a) A A
(c)
B B
(d) (b)
图8－6 管式喷淋器 －
（2）莲蓬式喷淋器 （3）盘式喷淋器
（4）齿槽式分布器
图10－9 槽式喷淋器
8.2 板式塔综述
泡罩塔
筛板塔 浮阀塔
a
b
(c)
8.2.1板式塔的塔型简介 板式塔的塔型简介
固定舌型塔
浮动喷 射塔
(d) 10 11
(e)
8.2.2板式塔的操作原理 板式塔的操作原理
正常操作的空速应在 载点气速之上， 载点气速之上，在泛 点气速的0.8倍之下 点气速的 倍之下
u = (0.5 ~ 0.8)u f
2泛点与压降的经验关联图
图8-4 填料塔泛点及压降普遍化关联图
三、填料的传质性能
1.填料润湿表面的计算 填料润湿表面的计算
aW σ c 0.75 GL 0.1 GL 2 −0.05 GL 2 0.2 = 1 − exp[−1.45( ) ( ) ( 2 ) ( ) ] a aµ L σ ρL g ρ Lσα
8.2.7筛板塔上流体力学计算 筛板塔上流体力学计算 1． 塔板压降（流体阻力） ． 塔板压降（流体阻力） 塔板压降由如下三部分组成： 塔板压降由如下三部分组成： （１）干板压降； 干板压降；
F0 2 ( 1 - α 2 ) ∆ p 干＝ 0 . 0 5 1 2 i C0 ρL
（２）通过液层的压降； 通过液层的压降； 通过液层的压降按有效液层阻力he 计算 （３）由表面张力引起的压降。 由表面张力引起的压降。 由表面张力引起的压降值一般可忽略，故重要由前两项组成， 由表面张力引起的压降值一般可忽略，故重要由前两项组成，即
hw − h0 = 6 ~ 13mm
10.2.6筛板塔的结构设计 筛板塔的结构设计 1． 筛板的开孔 ． 为了使筛板的利用率高， 为了使筛板的利用率高，筛孔多取三 角形排列（见图１０ ２１）。 １０－ ）。当孔 角形排列（见图１０－２１）。当孔 间距和孔径确定后， 间距和孔径确定后，开孔面积与塔板 开孔区面积之比（ ），由下式计算 由下式计算： 开孔区面积之比（ α ），由下式计算：
8.1.3填料塔的附属结构 填料塔的附属结构 填料塔的附属结构包括填料支撑板， 填料塔的附属结构包括填料支撑板，液体分布 液体再分布器， 液体进口及出口装置等。 器，液体再分布器，气、液体进口及出口装置等。 1、 支承板 、
（c）条形升气管 ）
(a)
(b)
图8－9 填料的支撑 －
2、 液体分布器 、 （1）管式喷淋器 ）
四、一些设计指标 1．填料尺寸 ． 一般认为上述比值至少要等于8， 一般认为上述比值至少要等于 ，对拉西环填料还 须大一些。 须大一些。 2．操作气速 ． （1）取操作气速等于液泛气速得 ）取操作气速等于液泛气速得0.5~0.8倍； 倍 （2）根据生产条件，规定出可容许得压力降，由此 ）根据生产条件，规定出可容许得压力降， 压力将反算出可采用的气速。 压力将反算出可采用的气速。 3．填料层高度 ． 填料层高度由传质单元数或理论板数来推算。 填料层高度由传质单元数或理论板数来推算。
液层上方空间 属雾沫区 液层表 面属泡 沫区
液层底部属 鼓泡区
8.2.3板式塔塔径的估算 板式塔塔径的估算 塔径可按流量方程求得， 塔径可按流量方程求得，即 Vs =
π
4 D 2u
4Vs D= πu
气速 u 的计算
umax = Cσ
ρ L − ρG ρG
Cσ值应按下式进行校正： 值应按下式进行校正：
α=
A0 d = 0.907( 0 ) 2 Aa t
t
d0
开孔区面积对于单溢流塔板可用下式计算： 开孔区面积对于单溢流塔板可用下式计算： 对于双溢流塔板
x Aa = 2[ x r 2 − x 2 + r 2 sin −1 ] r
10
21
塔板上的筛孔总数n可用下式计算： 塔板上的筛孔总数 可用下式计算： 可用下式计算
C20 20 0.2 =( ) Cσ σ
8.2.4塔板流动形式 塔板流动形式 有降液管的板式塔常用得塔板液流型式有以下几种： 有降液管的板式塔常用得塔板液流型式有以下几种： 1．单溢流型 如图 ． 如图8—17（a）。 （ ）。 2．双溢流型 如图 ． 如图8—17（b） （ ）
3．U形溢流型 如图 ． 形溢流型 如图8—17（c）。 4．四溢流型 如图 如图8—17（d） （ ）。 ． （ ）
一般用于腐蚀性 介质， 介质，尤其是高 温时，但对HF和 温时，但对 和 高温下的H 高温下的 3PO4 与碱不能使用
2、 填料类型的选择 、 取决于工艺要求，生产能力（气量），容许压降， 取决于工艺要求，生产能力（气量），容许压降，物 ），容许压降 料特性 乱堆填料 要求持液量较高的吸收体系 金属鞍环 阶梯环 鲍尔环 矩鞍填料
性能差 性能好
规整填料 气、液分布较均匀 大型塔和要求压降低的塔 装卸清洗较为困难
3、 填料尺寸的选择 、 填料尺寸（直径、波峰高） 则比表面小， 填料尺寸（直径、波峰高）大，则比表面小， 通量（容许气速） 压降低，但效率（ 通量（容许气速）大，压降低，但效率（每米填 料的理论半数）也低，故多用于生产能力（ 料的理论半数）也低，故多用于生产能力（处理 气量）大的塔。 气量）大的塔。 对于理论板数很多或塔高受厂房限制的场合， 对于理论板数很多或塔高受厂房限制的场合， 一般用小尺寸、高比表面填料。 一般用小尺寸、高比表面填料。 对于易结垢或易沉淀的物料通常用大尺寸的栅 格栅）填料，并在较高气速下操作。 板（格栅）填料，并在较高气速下操作。
3． 溢流堰 ．
We how hw HT Wd
h0 lw Af
r x Ws Af Aa
10
w
17
为使液流均匀通过塔板， 堰长l ：为使液流均匀通过塔板，一般对单溢流
lw = 0.6 ~ 0.8 D
对双溢流
lw = 0.5 ~ 0.7 D
i
一般堰上最大液流量，不宜超过 一般堰上最大液流量，不宜超过100～130m3/(m h)。 ～ 。
0.100 − how ≥ hw ≥ 0.050 − how
对于真空度较高或要求压强很小的情况下， 对于真空度较高或要求压强很小的情况下，可使 hL < 25mm ，此时 how = 6 ~ 15mm 。当液流量很大时，可以不设堰 当液流量很大时， 。
３．其他结构 降液管、内堰、受液盘及安定区、 降液管、内堰、受液盘及安定区、边缘区等要求 节设计。 按8.2.5节设计。 节设计
2、气液两相流动的交 互影响和载点
3、 填料塔的液泛 、
二、填料塔的水力学性能
1 气液流速与气体通过填料层压降的关系
B点称为“泛点” 点称为“泛点” 点称为 L=0，即干填料时，气 ，即干填料时， 体在填料层呈湍流， 体在填料层呈湍流， Δp∝u1.8～２.0 ∝u1.8～ A点称之“载点” A点称之“载点” 点称之 （loading point） ）
2.液相传质系数计算 液相传质系数计算
ρL 1 G µ ) 3 = 0.0051( L ) 2 3 ( L ) −1 2 (ad p )0.4 kL ( µL g ρ L DL aW µ L
3.气相传质系数 气相传质系数
kV RT GV 0.7 µV 1 3 = C( ) ( ) (ad P ) −2 aDV a µV ρV DV
ws 10 15
ws'
2．降液管 ． （1）降液管的作用和液体在降液管的停留时间 ） 一般要求停留时间大于3～ 即按下式计算 即按下式计算： 一般要求停留时间大于 ～5s,即按下式计算：
Af H T 降液管容积m3 τ= = 3 液体体积流量m / s Ls
（2）降液管的形状 ）
Af Af (a) 10 16 b)
8.1.2填料塔的流体力学性能与传质性能 填料塔的流体力学性能与传质性能
一、填料塔内的流体流动
1、填料层中的流动 、
气体在填料层内的 流动相当与气体在 颗粒层内的流动 载干填料层内，气体流量 载干填料层内， 的增大， 的增大，将使压降按 1.8~2.0次方增长。 次方增长。 次方增长 上升气流对液流的曳力 加大到足以阻止液体下 流，于是液体充满填料 层空隙， 层空隙，气体只能鼓泡 上升。 上升。
填料分类
乱堆填料
规整填料
拉西环
鲍尔环
阶梯环
波纹整砌填料
金属丝网
三、填料的选择 1、填料用材的选择 、
耐高温，但不耐腐蚀。 耐高温，但不耐腐蚀。 不锈钢可耐一般的酸碱 腐蚀（ 腐蚀（含C1－的酸除 ），但价格较昂贵 外），但价格较昂贵 陶瓷 金属
塑料
设备操作温度较低， 设备操作温度较低， 体系对塑料无溶胀 除浓硫酸、 除浓硫酸、浓硝酸 等强酸外但塑料表 面对水溶液的润湿 性差。 性差。
m 3 /h B f a A c d e D
(2)线b为漏液线。 线 为漏液线 为漏液线。 (3)线c为最大液体负荷线。 线 为最大液体负荷线 为最大液体负荷线。 (4)线d按液体在降液管中允许停 线 按液体在降液管中允许停 留时间计算。 留时间计算。 (5)线e为降液管液泛线。 线 为降液管液泛线 为降液管液泛线。 (6)线 f为雾沫夹带线。 线 为雾沫夹带线 为雾沫夹带线。
第八章 塔备
8.1 填料塔 8.2 板式塔 8.3 塔设备的比较和选型
8.1 填料塔
8.1.1 填料塔和填料
填料塔的结构
一 填料塔的特点
气液两相接触并进行传热、 气液两相接触并进行传热、传质的塔设备 填料塔不仅结构简单， 填料塔不仅结构简单，而且具有阻力小和便于用耐 腐蚀材料制造等优点 尤其适用于塔直径较小地情形及处理有腐蚀性的物 料或要求压强较小的真空蒸馏系统 对于大流量的情况， 对于大流量的情况，也可使用填料塔