塔板水力学(自编)
板式塔水力学能的测定
第三蒸馏和吸收塔设备（下册）塔设备可分为板式塔与填料塔两大类。
评价塔设备的基本性能指标主要包括以下几项：生产能力，分离效率，适应能力及操作弹性，流体阻力。
第一节板式塔一塔板结构类型及特点1泡罩塔其传质元件为泡罩，泡罩分圆形和条形两种，多数选用圆形泡罩，其尺寸一般为①80，100，150 （mm三种直径，泡罩边缘开有纵向齿缝，中心装升气管。
升气管直接与塔板连接固定。
塔板下方的气相进入升气管，然后从齿缝吹出与塔板上液相接触进行传质。
不易发生漏液现象，有较好的操作弹性，塔板不易堵塞，对于各种物料的适应性强；结构复杂，金属耗量大，造价高；板上液层厚，气体流径曲折，塔板压降大，兼因雾沫夹带现象较严重，限制了气速的提高，生产能力不大。
液面落差大，气体分布不均，使得板效率不高。
抱罩塔2浮阀塔板浮阀是20世纪二战后开始研究，50年代开始启用的一种新型塔板，后来又逐渐出现各种型式的浮阀，其型式有圆形、方形、条形及伞形等。
较多使用圆形浮阀，而圆形浮阀又分为多种型式，如图所示。
浮阀取消了泡罩塔的泡罩与升气管，改在塔上开孔，阀片上装有限位的三条腿，浮阀可随气速的变化上、下自由浮动，提高了塔板的操作弹性、降低塔板的压降及液面落差，同时具有较高塔板效率，生产能力大。
在生产中得到广泛的应用。
V-4 型一筛板塔盘去掉泡罩和浮阀，直接在塔板上，按一定尺寸和一定排列方式开圆形筛孔，作为气相通道。
气相穿过筛孔进入塔板上液相，进行接触传质。
结构简单，金属耗量小，造价低廉；气体压降小，板上液面落差也较小，其生产能力及板效率较泡罩塔的高。
操作弹性范围较窄，小孔筛板容易堵塞。
篩扳塔板4其他型式的塔板: 喷射塔板与浮舌塔板：将塔上冲压成斜向舌形孔，张角20°左右，如图6.9.8所示。
气相从斜孔中喷射出来，一方面将液相分散成液滴和雾沫，增大了两相传质面，同时驱动液相减小液面落差。
液相在流动方向上，多次被分散和凝聚，使表面不断更新，传质面湍动加剧，提高了传质效率。
工艺专业塔器水力学计算设计导则
1 塔器设计概述1.1 石油化工装置中塔器占有很大的比重。
几乎每种工艺流程都存在蒸馏或吸收等分离单元过程，因此塔器设计至关重要。
往往塔器设计的优劣，决定着装置的先进性和经济性，必须给予重视。
1.2 塔器设计与工艺流程设计有着非常密切的关系，亦即塔器的选型和水力学计算与工艺流程的设计计算是结合在一起的。
有时塔器设计影响着分离流程和操作条件的选择。
例如减小蒸馏塔的回流比，能降低能耗，但塔板数增加，对塔器讲就是减小塔径和增加塔高，其中必有一个最经济条件的选择。
又如真空塔或对釜温有要求的蒸馏塔均对压降要求较严，需要选择压降低的板式塔或填料塔，在塔器水力学计算后，压降数据要返回工艺作釜温核算。
1.3 一般工艺流程基本确定后，进行塔器的选型、设计等工作。
塔器设计涉及到工艺、化学工程、设备、仪表、配管等专业。
化学工程专业的任务及与各专业间关系另有说明。
见化学工程专业工作手册H-P0101-96、H-P0301-96。
1.4 随着石油化工和科技的迅猛发展，蒸馏塔从一般的一股进料、二股产品的常规塔发展为多股进料、多侧线，有中间换热的复杂塔。
要求塔的生产能力大、效率高、塔板数多，即大塔径、多程数、高效、低压降等，对塔器设计提出了更高的要求，并推动了塔器设计工作的发展。
1.5 近年来电子计算机的普及和发展，为工艺与塔器设计提供了有力的工具。
我们可应用PROCESS或PRO/Ⅱ等工艺流程模拟软件进行计算，得到塔的最大和最小汽液负荷、密度等数据，以便进行分段的塔的水力学计算，使工艺和塔的水力学计算能同步进行，并作多方案比较，求得最佳设计。
1.6 设计中主要考虑的问题1.6.1 确定工艺流程（尤其是分离流程）通过工艺流程模拟电算，选定最佳切割方案，其中包括多股进料、侧线采出、进料状态和位置等方面的选择。
1.6.2 塔压的设定考虑到物料能自流输送，釜温的限制要求，冷凝器和再沸器采用冷热介质的条件，以及对塔径或塔板数的影响等方面。
塔的水力学计算手册
塔的水力学计算手册1.目的与适用范围................................................. 错误!未定义书签。
2.塔设备特性..................................................... 错误!未定义书签。
3.名词术语和定义................................................. 错误!未定义书签。
4.浮阀/筛孔板式塔盘的设计........................................ 错误!未定义书签。
5.填料塔的设计................................................... 错误!未定义书签。
1.目的与适用范围为提高工艺工程师的设计质量,推广计算机应用而编写本手册。
本手册是针对气液传质塔设备中的普遍性问题而编写。
对于某些具体塔设备的数据(比如:某生产流程中针对某塔设备的板效率而采用的计算关联式,或者对于某吸收填料塔的传质单元高度或等板高度而采用的具体计算公式)则未予收入。
本设计手册以应用为主，主要是指导性的计算方法和步骤，并配合相应的计算程序，具体公式及理论推阐可参考有关文献。
2.塔设备特性作为气(汽)、液两相传质用的塔设备，首先必须能使气(汽)、液两相得到充分的接触，以得到较高的传质分离效率。
此外，塔设备还应具有以下一些特点：(1)当气(汽)、液处理量过大(超过设计值)时，仍不致于发生大量的雾沫挟带或液泛等影响正常操作的现象。
(2)当操作波动(设计值的50％～120％)较大时，仍能维持在较高的传质效率下稳定操作，并具有长期连续操作所必须具备的可靠性。
(3)塔压力降尽量小。
(4)结构简单、耗材少、制造和安装容易。
(5)耐腐蚀、不易堵塞。
(6)塔内的滞留液量要小。
3.名词术语和定义塔径(tower diameter)，DT塔筒体内壁直径，见图(a)。
板式塔流体力学实验计算示例
五、实验数据记录与处理1.实验数据记录处理表实验日期：实验人员：学号：同组人员：装置号：塔高：塔径：室温：水温：︒C 空气温度：︒C表1泡罩塔板实验数据记录表表2浮阀塔板实验数据记录表表3有降液管的筛孔板实验数据记录表表4无降液管的筛孔板实验数据记录表塔内现象：指漏液、鼓泡、泡沫、雾沫夹带、淹塔；六、实验结果根据实验结果，观察实验临界气速：1.确定操作下限的“漏液点”（漏液）和操作上限的“液泛点”（淹塔）；表5塔板临界气速实验数据结果表2.计算塔板弹性：VV操作上限操作下限操作弹性3.分别比较：泡罩塔板、浮阀塔板、有降液管的筛孔板和无降液管的筛孔板的区别；七、思考题：1、2、3板式塔流体力学实验实验指导书板式塔流体力学实验一.实验目的1.观察板式塔各类型塔板的结构，比较各塔板上的气液接触状况。
2.实验研究板式塔的极限操作状态，确定各塔板的漏液点和液泛点。
二.实验原理板式塔是一种应用广泛的气液两相接触并进行传热、传质的塔设备，可用于吸收（解吸）、精馏和萃取等化工单元操作。
与填料塔不同，板式塔属于分段接触式气液传质设备，塔板上气液接触的良好与否和塔板结构及气液两相相对流动情况有关，后者即是本实验研究的流体力学性能。
1．塔板的组成各种塔板板面大致可分为三个区域，即溢流区、鼓泡区和无效区。
降液管所占的部分称为溢流区。
降液管的作用除使液体下流外，还须使泡沫中的气体在降液管中得到分离，不至于使气泡带入下一塔板而影响传质效率。
因此液体在降液管中应有足够的停留时间使气体得以解脱，一般要求停留时间大于3～5s。
一般溢流区所占总面积不超过塔板总面积的25％，对液量很大的情况，可超过此值。
塔板开孔部分称为鼓泡区，即气液两相传质的场所，也是区别各种不同塔板的依据。
而如图1阴影部分所示则为无效区，因为在液体进图1塔板板面口处液体容易自板上孔中漏下，故设一传质无效的不开孔区，称为进口安定区，而在出口处，由于进降液管的的泡沫较多，也应设定不开孔区来破除一部分泡沫，又称破沫区。
板式塔流体力学
化工原理实验教学研究室
四、实验基本操作步骤
（1）检查鼓风机旁路阀与转子流量计阀门的 状态，确认鼓风机旁路阀门开启，转子流 量计阀门关闭； （2）启动泵2，将水箱1中的水输送至塔6顶 部，其流量大小由转子流量计3控制和调节； （3）启动离心式鼓风机4，将空气输送至塔6 底部，其流量大小由转子流量计5控制和调 节；
当塔板在很低的气速下操作时， 会出现漏液现象；在很高的气速下， 又会产生过量的液沫夹带；在气速 和液体负荷均过大时会产生液泛等 几种不正常操作状态。
化工原理实验教学漏液量，并能观 察鼓泡接触、泡沫接触、喷射接触 和液泛等现象。这对于认识和了解 板式塔的各种操作、建立感性认识 有很大帮助。
化工原理实验教学研究室
二、实验原理
必须创造良好的气、液接触条件， 造成较大的接触面积，而且接触 面积应不断更新，以增加传质、 传热推动力； 从全塔总体上，应保证气、液逆 流流动，防止返液和气液短路。
化工原理实验教学研究室
二、实验原理
塔是靠自下而上的气体和自上 而下的液体在踏板上流动时进行接 触而达到传质和传热目的的。因此 在某种意义上来说，塔板的传质传 热性能的好坏主要取决于板上的气 液两相流体力学状态。
化工原理实验教学研究室
二、实验原理
塔板上气、液就出好坏主要取决于流 体的流动状态、两相混合物的物性及塔板 的结构等因素。当液体流量一定时，气体 空塔速度由小到大变动时，可以观察到塔 板上气液接触时的几种操作状态，即鼓泡 接触状态、泡沫接触状态和喷射接触状态 等。
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二、实验原理
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汽提塔水力学计算
汽提塔水力学计算
附件一：塔内件技术方案和水力学计算书
1汽提塔（5-C-1001）
该塔设计塔径为Φ1200mm；
塔内共设置36层导向梯形浮阀塔盘，由上至下依次为1#~36#，塔板间距为450mm，溢流形式为单溢流；
1#塔盘上方设置进料管；
36#塔盘下方设置液封盘；
操作弹性：60%~110%；
2水洗塔（5-C-1002）
该塔设计塔径为Φ800mm；
塔内共设置一段38#矩鞍环散堆填料BED1#，填料段高度为3000mm；
BED1#上方设置液体进料分布管和槽式液体分布器，使进料液体均匀分布；使用填料压圈和驼峰支撑对填料进行限位和固定；
操作弹性：30%~110%；
3急冷塔（5-C-20XX）
该塔设计塔径为Φ800mm；
塔内共设置一段38#矩鞍环散堆填料BED1#，填料段高度为5000mm；
塔顶设置丝XX除沫器，高度为100mm；
BED1#上方设置液体进料分布管和槽式液体分布器，使进料液体均匀分布；使用填料压圈和驼峰支撑对填料进行限位和固定；
操作弹性：30%~110%；
4尾气汲取塔（5-C-20XX）
该塔设计塔径为Φ800mm ；
塔内共设置两段38#矩鞍环散堆填料，从上至下依次为BED1#~BED2#，填料
段高度均为3500mm ；
塔顶设置丝XX除沫器，高度为100mm ；
BED1#上方设置液体进料分布管和槽式液体分布器，使进料液体均匀分布；BED1#、BED2#之间设置液体收集器和槽式液体分布器，对液体进行收集和再
分布；
每段填料均使用填料压圈和驼峰支撑对填料进行限位和固
定；操作弹性：30%~110%；
C l。
浮阀塔盘水力学简述
随着液相流速增加，降液管里的气 液体液流速相应增加。当这个速度 超过一定的限度，摩擦力在降液管 和降液管入口过度产生，使得泡沫 混合物无法流向下面的板，这就使 得液态堆积物留在板上面。
塔设计对液泛的影响
压力对液泛的影响
图粗略显示出压力和L/V对液泛机制的影响 。并未考虑塔板和降液管的几何形状、系 统的种类和操作情况这些所有强烈影响着 液泛机制的因素。因此，这个图只适用于 定义大体的情况。
浮阀塔盘水力学简述
经典的塔盘水力学模型
液相通过降液管，进入塔板范 围。进入塔板的液相，被从塔板下 方上升而来的气体吹拂，从而在塔 板上形成鼓泡的流体。这些鼓泡的 流体会流经整个塔板并到达板堰。 然后漫过堰流进降液管，在降液管 中，气液相分离。
注意：当代工作经验显示这个模型 过分简化了蒸馏过程。然而，很多 现代的过程设计都是基于这个模型 或就这个模型展开阐述。
水力学计算
雾沫夹带线： 在既定的操作条件下，雾沫夹带超过一定允许的范围，则塔板效率
大大降低，不能操作。根据不同的物系，一般允许1%～10%夹带量 （e）
雾沫夹带随塔板间距增大，空塔速度的降低而减少； 塔板上清液高度的降低使雾沫夹带增大，但由于液层下降增加了塔
板净空，所以雾沫量有所减少。 在相同塔盘结构和操作条件，雾沫夹带量随物系表面张力增加而减
堰上液层高度how=2.84×E×(液相流量Vl/堰长l)^(2/3) E:液体收缩系数，与液相流量Vl，堰长l，塔径D有关。一般取1 堰上液层高度要求 > 6 mm，过低将导致液体分布不均
降液管底隙压降=0.153×（底隙流速Wb）^2 底隙流速Wb =液相流量Vl /堰长l/降液管底隙hb
塔的水力学计算手册精编版
塔的水力学计算手册文件编码（008-TTIG-UTITD-GKBTT-PUUTI-WYTUI-8256）塔的水力学计算手册1.目的与适用范围为提高工艺工程师的设计质量,推广计算机应用而编写本手册。
本手册是针对气液传质塔设备中的普遍性问题而编写。
对于某些具体塔设备的数据(比如:某生产流程中针对某塔设备的板效率而采用的计算关联式,或者对于某吸收填料塔的传质单元高度或等板高度而采用的具体计算公式)则未予收入。
本设计手册以应用为主，主要是指导性的计算方法和步骤，并配合相应的计算程序，具体公式及理论推阐可参考有关文献。
2.塔设备特性作为气(汽)、液两相传质用的塔设备，首先必须能使气(汽)、液两相得到充分的接触，以得到较高的传质分离效率。
此外，塔设备还应具有以下一些特点：(1)当气(汽)、液处理量过大(超过设计值)时，仍不致于发生大量的雾沫挟带或液泛等影响正常操作的现象。
(2)当操作波动(设计值的50％～120％)较大时，仍能维持在较高的传质效率下稳定操作，并具有长期连续操作所必须具备的可靠性。
(3)塔压力降尽量小。
(4)结构简单、耗材少、制造和安装容易。
(5)耐腐蚀、不易堵塞。
(6)塔内的滞留液量要小。
3.名词术语和定义塔径(tower diameter)，DT塔筒体内壁直径，见图(a)。
板间距(tray spacing)，HT塔内相邻两层塔盘间的距离，见图(a)。
降液管(downcomer)，DC各层塔盘之间专供液相流体通过的组件，单溢流型塔盘为侧降液管，双溢流型塔盘有侧降液管和中央降液管，三或多溢流型塔盘有侧降液管、偏侧降液管、偏中央降液管及中央降液管。
降液管顶部宽度(DC top width)，Wd弓形降液管面积的弦高。
掠堰另有算法，见图(a),-(b)。
降液管底间隙(DC clearance)，ho降液管底部边缘至塔盘(或受液盘)之间的距离，见图(a)。
溢流堰高度(weir height)，hw降液管顶部边缘高出塔板的距离，见图(a)。
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降液管底
m(圆整值，
缘反距算塔降板液 0.05 ≥m/2s0～(一25般mm取)
管底缘出 0.442 0.1-
26～33克 F1(V-1) 0.0442 m液柱
33克 F1(V-1) 型浮阀塔 板 阀全 开前（简 化） △
Pd=
26～33克 F1(V-1) 型浮阀塔 板 阀全 开后 △
Pd= 22～32克 十22字～架32型克 十字架型
干板压降 △Pd=
0.0455 m液柱
m液柱（设计 0.0456 时用到） 0.0532 m液柱（设计 0.0345 时用到） 0.0456 m液柱
△Po= 0.000165 m液柱
堰高 hw=
堰长 l= 每程液体
负荷= 堰上液流 强气度体L通= 过塔板上
0.05 m 1.286 m
0.0284 m3/s m3/m.h（以
79.63 短堰计） 0.0635 m液柱
（4）气 体通过一 块塔板的 总压降
2、雾沫 夹带
△Pt= 0.109 m液柱
除去降液 管面积
后，塔板 面积与塔 横截面积 之比 ε= 采用的空
塔气速 W=
W/Wmax=
0.58
φ'= 板间m距=
5、计算 降液管面 积（取较 大值）
F'd(1)=
0.30 m2 取 F'd= 0.30 m2
6、塔截
面积 Ft= 1.476 m2
塔径 DC= 1.37 m
7、采用 塔径及相 应的设计 空塔气速
由塔径系列 选取 D= 1.6 m
采用的塔截 面积 F= 2.01 m2
采用的空塔 （气单速块W塔= 0.086 m/s
mm （当HT＜
mm
kg液体/kg气 体 （小于 0.0097 0.1）
kg液体/kg气 体 （小于 0.0000 0.1）
雾沫夹带
kg液体/kg气
量 e= 0.0097 体
3、泄漏 时的空塔 气速
泄漏量估算 Nw
采用的孔 临界流速 负荷(W下h)c限= 的阀孔动
漏点孔速 Wh=
R=(Wh)c/ Wh=
阀孔总面积 阀孔直F径h= dh=
浮阀数 N= 选用的浮阀
数 N=
0.1340 m2 39 m个m(实际数 112 略有增减
112 个
五、溢流 堰及降液 管
1、液体 在塔板上 的流动型
溢流数= 1
2、溢流 堰（通常 采用弓形 溢流堰， 见手册） 降液管面积
由塔百径分系数列 14.5 % 选取 D= 1.6 m
流时间 降液管τ的= 流速 Vd=
s (不起泡时
>3.5s，微起泡
或中等起泡时
>4-5s，严重发
8.5 泡时>7s) 0.0707 m/s
5、降液 管底缘距 塔板高度
降液管底 缘降出液口管入底 缘距塔板
m/s (一般取 0.3 0.10.074 m
六、水力 学
1、塔板 压力降 （1）干 板压力降 （与阀型 有关）
Ht=
A= 塔板上n液=
层高度
表面张力 小于
35dyn/cm 时(如有 机物)，
雾沫夹带 量 e=
表面张力 较大时
（如水、 环丁砜
等），雾 沫夹带量
e=
0.599
0.086 0.46
0.6 0.111 600 0.159 0.95 105
m/s
（为0.6～ 0.8。当 W/Wmax=0.5 时，取小值 。当 W/Wmax=1 时，取大 值）
液相负荷 液相密度 液相粘度 表面张力 泡沫特性
102.4 451.4 0.0682 3.10 0.95
0.0284 451.4 6.96E-06 3.10 0.95
一、选取 浮阀
F1 （V1）浮阀
33克
二、板间 距初选
Ht=
三、塔径 初算
1、塔板气 相空间截 面积的最 大允许气 体速度 （塔截面 积 减去 降液管面 积）
Wmax=
2、适宜 的气体操 作速度
KS=
0.6
0.19 0.95
m
m/s （系统因 数=泡沫
K= Wa=
3、气相 空间截面
Fa=
4、计算 降液管内 的液体流 速（两式 中较小
Vd(1)=
0.82 0.146 1.181
0.132
（安全系 数，由塔 径和板间 距选取 。） m/s
m2
m/s
取 Vd= 0.0962 m/s
取阀孔临界 流相速应的(W阀h)孔c=
动能因数
1.199 8.67
m/s（正
常操作时 孔m/速s(）kg/m 3)1/2
2、塔板 开孔率
3、浮阀
开孔率 φ= 采用的开孔
率 φ=
反算阀孔流 速 Wh=
反算阀孔动 能因数 FO=
7.1 6.67 1.282
9.27
%
% m/s（正 常操作时 孔速） m/s(kg/m 3)1/2（F1 约为8左 右）
采用的空 塔气速 W= 开孔率 φ=
泄漏时的 空塔气速
W漏=
每堰程长液l相= 堰负上荷液流= 溢强流度堰L高= 溢h流w=5堰0m高m
33克F1 阀孔 26克动F能1 因阀数孔 26克动V能-4因1 数阀 孔30动～能32因克数十 字22架～124克阀十孔 字架1 阀孔
1.199 1.199 1.594 1.432 1.698
8.67 8.67 11.53 10.36 12.28
m/s
m/s
m/s
m/s
m/s m/s(kg/m 3m)/1s/(2 kg/m 3m)/1s/(2 kg/m 3m)/1s/(2 kg/m 3m)/1s/(2 kg/m 3)1/2
查查得得堰降长液l管= 1286 mm 宽 Wd= 325 mm
堰长 l= 降液管宽 Wd=
3、溢流 堰高度及 塔板上清 液层高度
4、液体 在降液管
溢流堰高 堰上清h液w= 塔层上高清度液
层高度
50 55.2 0.105
mm (通常为 5m0mm（m左≥右6m)m， ≤60～
m (how超标时
液体在降 液管的停
操作条件 压力 温度
物性（公 制单位）
气相负荷 气相密度 气相粘度
物性（单 位制2） 气相负荷 气相密度 气相粘度
1.9 54/109
618.7 52.3 0.0098
0.1719 52.3 1.00E-06
MPAG ℃Leabharlann m3/h kg/m3 cP
液相负荷 液相密度 液相粘度 表面张力 泡沫特性
m3/s kg/m3 kgf.s/m2
盘）降液管 0.403 m2
当HT≤0.75m时 当HT＞0.75m时
F'd(2)=
降液管面积 百分数 14.5 %
四、浮阀 数及开孔 率的计算
1、阀孔
33克F1型浮阀 26克F1型(W浮h)阀c= 26克V-(4W型h)浮c= 阀 30～(文32丘克里十口字) 22～架 24克型十浮字阀 架型浮阀(文