蒸馏和吸收塔设备知识

5
hn )2 ]
hOW 60 70mm
hL 0.05 0.1m
0.1 hOW hW 0.05 hOW
3.2.3 板式塔的工艺设计
➢ 弓形降液管
• 宽度和截面积：根据堰长与塔 径之比求算。
降液管内液体停留时间：(>3~5s)
3600Af HT
Lh
• 底隙高度(确保液封，且阻力
说明： 开始发生液泛时的气速称之为液泛气速 。 两种液泛互相影响和关联，其最终现象相同。
4 雾沫夹带
定义：上升气流将板上液体带入上一层塔板的现象。 结果：造成液相反混，降低板效率。 规定：雾沫夹带量不超过10％或ev<0.1kg(液)/kg(气)
不良后果：（1）降低板效， （2）将不挥发性物质逐板送至塔顶造成产品污染， （3）严重时造成液泛。
有溢流塔板
降液管
溢
流
装
置降溢液流管堰齿平
顶 形
堰 堰
塔板上理想流动情况： 液体横向均匀流过塔板，气体从气体通道上升，均匀穿过液
层。气液两相接触传质，达相平衡，分离后，继续流动。
传质的非理想流动情况： ①反向流动 雾沫夹带、气泡夹带 ，即：返混现象 后果：使已分离的两相又混合，板效率降低，能耗增加。
3.3.2 填料
3.3.2 填料
1 填料特性 （1）比表面积σ （2）空隙率ε （3）填料因子σ/ ε3
干填料因子，湿填料因子Φ
选择填料的原则 比表面积要大，空隙率要大，润湿性能要好，质 量轻，造价低，足够的力学强度。
2 填料类型
散堆填料
分类
环形 鞍形
拉西环 鲍尔环
阶梯环 弧鞍（贝鞍）
矩鞍（英特洛克斯）
塔板类型：其它型
（1）舌形塔板
（2）斜孔塔板
3.2.2 板式塔的流体力学性能
1 塔板上气液两相的接触状态
鼓泡状
气液接触方式有四种：
蜂窝状 泡沫状
喷雾状
气液两相在设备中要有良好的接触： 接触充分，接触面要大，相界面不断更新
3.2.2 板式塔的流体力学性能
2 塔板压降 ❖干板阻力，液层静压强阻力，表面张力阻力
V 2.78kg / m3
3.3 填料塔
3.3.1 填料塔的结构与特点 3.3.2 填料 3.3.3 填料塔的流体力学性能 3.3.4 填料塔的计算 3.3.5 填料塔附件
3.3.1 填料塔的结构与特点
1 结构
3.3.1 填料塔的结构与特点
2 特点 • 结构简单，生产能力大 • 分离效率高，持液量小 • 操作弹性大，压降低 • 可处理腐蚀性物料 • 特别适用于真空精馏 • 造价高 • 不易处理含有悬浮物的原料，易聚合的物料 • 不适宜有侧线出料的场合
2

x
R2

x2


180o
R2
arcsin
x R
x

D 2

(Wd
Ws
), m
R

D 2
Wc , m
2 浮阀塔板的流体力学验算
1）气体通过浮阀塔板的压强降
pp pc pl p
hp hc hl h
1）干板阻力
阀全开前 u0 u0c
hp
不良后果： （1）单板压降大，气体流动阻力大，对输送要求较高。 （2）过高的单板压降会使塔顶与塔底的压差较大，从而 影响体系的相平衡关系以及气液流动情况，这对真空操作 尤为重要。
一般，常压塔：单板压降 40~65mmH2O 减压塔：单板压降 10~35mmH2O
3 液泛
定义：塔板上的液体不能正 常流下，产生积液，也 叫淹塔。
VS 泛点率＝
V L V
1.36LS ZL 100%
或
VS 泛点率＝
V L V 100%
KCF Ab
0.78KCF AT
说明：超过允许值，可调整 塔板间距 或 塔径。
（4）漏液
取阀孔动能因数 F0 5 6 作为控制漏液量的操
作下限，此时漏液量接近10%。
说明：如果漏液量较大，可 减小开孔率 或 降低堰高。
不良后果：液面落差会导致气流分布不均
7 负荷性能图
（1）雾沫夹带线 （2）液泛线 （3）液相负荷上限线 （4）漏液线 （5）液相负荷下限线 （6）操作线与操作点
操作弹性=气量上限/气量下限
操作弹性要求大于 2～3
3.2.3 板式塔的工艺设计
设计步骤
（1）根据设计任务和工艺要求，确定设计方案 （2）根据设计任务和工艺要求，选择塔板类型 （3）确定塔径、塔高等工艺尺寸 （4）塔板结构设计 （5）流体力学验算 （6）绘制塔板负荷性能图 （7）对设计进行分析与修正
• 结构：筛孔，直径3－8mm，正三角形排列 • 优点：结构简单，造价低；气体压降小，液面落差小；生产
能力大，板效率高； • 缺点：操作弹性小。
塔板类型：浮阀型
• 结构：浮阀，F1、V-4、T型 • 优点：结构上较泡罩简单，比筛板复杂，生产能力大，操作
弹性大，塔板效率高，气体压降小及液面落差小，造价低。
3 本章主要内容 1) 结构与性能 2) 工艺设计方法 3) 选型
3.2 板式塔
3.2.1 塔板类型 3.2.2 板式塔的流体力学性能 3.2.3 板式塔的工艺设计
3.2.1 塔板类型、结构及特点：
全塔：逆流接触 两相接触方式
塔板上：错流接触
流动推动力
液体：重力 气体：压力差
受液区
开孔区
平顶型 溢流堰
说明：若泡沫高度过大，可 减小塔板阻力或 增大塔板间距。
（3）雾沫夹带
在下列泛点率范围内，一般可保证eV<0.1kg液/kg气
大塔：泛点率<80% 直径0.9m以下的塔：泛
点率<70% 减压塔：泛点率<75%
泛点率：操作时空塔气速与发生液泛时的空塔气速的比值， 是用来估算雾沫夹带量的指标。
金属环矩鞍
球形
规整填料
波纹型
丝网波纹 孔板波纹
隔栅型 格利希隔栅
拉西环
鲍尔环
阶 梯 环
弧鞍环
金属环矩鞍
规整填料
填料类型
1．拉西环：外径与高度相等的圆环。 结构简单，研究充分 沟流、壁流严重、滞留液量大、气流阻力大
2．鲍尔环：在拉西环的侧壁上开出方孔。 结构复杂 效率高、阻力小
3．阶梯环：高度为直径的一半，环的一端制成喇叭口。 结构复杂 效率高、阻力小、气量大
2)评价指标 • 通量：单位塔截面的生产能力 • 分离效率：（板式塔：塔板效率；填料塔：等板高度） • 适应能力：操作弹性 • 其它：流动阻力低、结构简单、造价低、易于操作与控制
3.1 概述
2 塔设备的类型
1）板式塔：气相为分散相，液相为连续相，逐级接触逆流操作。 2）填料塔：气相为连续相，液相为分散相，微分接触逆流操作。
原因：气体或液体流量过大， 气速过高，塔板间距过 小。
种类：降液管液泛，雾沫夹 带液泛。
结果：塔板压降升高，不能 正常操作。
① 过量雾沫夹带液泛
原因：① 气相在液层中鼓泡，气泡破裂，将雾沫弹溅至上 一层塔板；② 气相运动是喷射状，将液体分散并可携带一部分 液沫流动。 ② 降液管液泛
当塔内气、液两相流量较大，导致降液管内阻力及塔板阻 力增大时，均会引起降液管液层升高，当降液管内液层高度难 以维持塔板上液相畅通时，降液管内液层迅速上升，以致达到 上一层塔板，逐渐充满塔板空间，即发生液泛。并称之为降液 管内液泛。
4．弧鞍与矩鞍：表面全部敞开，表面利用率高。 弧鞍： 易套叠 矩鞍： 不套叠、阻力小
经验值：常压、加压塔：265－530Pa 减压塔：200Pa
（2）液泛
Hd hp hL hd
无进口堰：
2
hd0.153 Nhomakorabea Ls lW h0

0.153u '0 2

有进口堰：
hd

0.2

Ls lW h0
2

0.2u '0 2
Hd (HT hW )
以上流体力学验算结束后，需绘制负荷性能图，计 算塔板操作弹性。
✓ 浮阀塔设计实例：
【例3－2】 拟建一浮阀塔用以分离苯－甲苯 混合物，决定采用F1型浮阀（重阀），试 根据以下条件作出浮阀塔的设计计算。
Vs 1.61m3 / s Ls 0.0056 m3 / s
L 875 kg / m3 20.3mN / m
D 1.5m,WS 60 75mm D 1.5m,WS 80 100mm
（4）无效区：边缘区，供安装用
小塔：WC 30 50mm 大塔：WC 50 75mm
5 浮阀的数目与排列
（1）阀孔动能因数与阀孔数目
所有浮阀刚刚处于全开时操作性能最好 浮阀的开度与阀孔处气相的动压有关，以动能
3.2.3 板式塔的工艺设计
1 浮阀塔工艺尺寸的计算
1）塔高(=有效高度+底部空间+顶部空间+裙座高度)，
其中有效高度为：
Z


NT ET
1 HT

• 板间距大，空塔气速高，塔径小，塔高 • 板间距小，空塔气速低，塔径大，塔低 • 板数较多的塔，板间距应小，塔径大 • 板间距根据经济指标确定 • 板间距的数值应按照规定选取整数 • 易起泡物系，负荷波动大，板间距应大
影响雾沫夹带量的主要因素： 空塔气速和塔板间距。
5 漏液
产生的原因：气速过小，或气体、液体分布严重不均。 不良后果：降低板效，严重时使板上不能积液，是塔不良的操作
现象之一。漏液量达10%的气速为漏液速度，是塔操作的下 限气速。