《化工原理》電子教案——板式塔及其工藝設(shè)計(jì)計(jì)算.ppt

1、a,1,化工原理電子教案 板式塔及其工藝設(shè)計(jì)計(jì)算,大連理工大學(xué)化工原理教研室 王瑤 韓志忠,a,2,6.10 板 式 塔,6.10.1 板式塔結(jié)構(gòu)及性能 （1） 板式塔結(jié)構(gòu),a,3,塔板結(jié)構(gòu),氣體通道 形式很多，如篩板、浮閥、泡罩等，對(duì)塔板性能影響很大,降液管（液體通道） 液體流通通道，多為弓形,受液盤 塔板上接受液體的部分,溢流堰 使塔板上維持一定高度的液層，保證兩相充分接觸,a,4,浮閥塔板結(jié)構(gòu),a,5,2） 塔板上的氣液兩相流動(dòng),a,6,汽、液兩相接觸方式,兩相流動(dòng)的推動(dòng)力,全塔：逆流接觸 塔板上：錯(cuò)流接觸,液體：重力 氣體：壓力差,a,7,塔板上理想流動(dòng)情況： 液體橫向均勻流過(guò)塔板，氣

2、體從氣體通道上升，均勻穿過(guò)液層。 氣液兩相接觸傳質(zhì)，達(dá)相平衡，分離后，繼續(xù)流動(dòng),塔板上的非理想流動(dòng)情況： 氣相或液相返混 液沫夾帶、氣泡夾帶 ，即：返混現(xiàn)象,后果：板效率降低,不均勻流動(dòng) 液面落差（水力坡度）：引起塔板上氣體分布不均勻； 塔壁作用（阻力）：引起塔板上液體分布不均勻,后果：使塔板上氣液接觸不充分，板效率降低,a,8,液泛現(xiàn)象,6.10.2 塔內(nèi)氣、液兩相異常流動(dòng),1）液泛 如果由于某種原因，使得氣、液兩相流動(dòng)不暢，使板上液層迅速積累，以致充滿整個(gè)空間，破壞塔的正常操作，稱此現(xiàn)象為液泛,a,9,1) 過(guò)量霧沫夾帶液泛,原因： 氣相在液層中鼓泡，氣泡破裂，將霧沫彈濺至上一層塔板； 氣

3、相運(yùn)動(dòng)是噴射狀，將液體分散并可攜帶一部分液沫流動(dòng),液泛氣速： 開始發(fā)生液泛時(shí)的氣速,a,10,2）降液管液泛 當(dāng)塔內(nèi)氣、液兩相流量較大，導(dǎo)致塔板阻力及降液管內(nèi)阻力增大時(shí)，均會(huì)引起降液管液層升高，以致達(dá)到上一層塔板，破壞降液管的正常流動(dòng)，直至液相逐漸充滿塔板空間，發(fā)生液泛,說(shuō)明：兩種液泛互相影響和關(guān)聯(lián)，其最終現(xiàn)象相同,a,11,2） 嚴(yán)重漏液,漏液量增大，導(dǎo)致塔板上難以維持正常操作所需的液面，無(wú)法操作。此漏液為嚴(yán)重漏液，稱相應(yīng)的孔流氣速為漏液點(diǎn)氣速,a,12,6.10.3 常用塔板的類型,1）泡罩塔板,優(yōu)點(diǎn)：塔板操作彈性大，塔效率也比較高，不易堵。 缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，塔板阻力大,組成：

4、升氣管和泡罩,a,13,圓形泡罩,條形泡罩,泡罩塔,a,14,2）篩板塔板,優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、塔板阻力小。 目前，廣泛應(yīng)用的一種塔型,塔板上開圓孔，孔徑：3 - 8 mm，大孔徑篩板：12 - 25 mm,a,15,3）浮閥塔板,圓形浮閥,條形浮閥,浮閥塔盤,方形浮閥,a,16,優(yōu)點(diǎn)：浮閥根據(jù)氣體流量，自動(dòng)調(diào)節(jié)開度，提高了塔板的操作彈性、降低塔板的壓降，同時(shí)具有較高塔板效率，在生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。 缺點(diǎn)：浮閥易脫落或損壞,方形浮閥,F1型浮閥,a,17,4）多降液管（MD）塔板 優(yōu)點(diǎn)：提高允許液體流量,a,18,6.10.5 篩板塔化工設(shè)計(jì)計(jì)算 （1）塔的有效高度 Z 已知：實(shí)際塔板數(shù)

5、 NP ； 塔板間距 HT,選取塔板間距 HT,理論塔板數(shù)計(jì)算軟件,塔板間距和塔徑的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系,塔體高度：有效高+頂部+底部+ 其它,有效塔高,a,19,C：氣體負(fù)荷因子，與 HT、 液體表面張力和兩相接觸狀況有關(guān),液泛氣速,兩相流動(dòng)參數(shù) FLV,2）塔徑 確定原則： 防止過(guò)量液沫夾帶液泛 步驟： 先確定液泛氣速 uf (m/s)； 然后選設(shè)計(jì)氣速 u； 最后計(jì)算塔徑 D,a,20,對(duì)于篩板塔(浮閥、泡罩塔)，可查圖 ，C20=(HT 、FLV,a,21,選取設(shè)計(jì)氣速 u 選取泛點(diǎn)率： u / uf 一般液體， 0.6 0.8 易起泡液體，0.5 0.6,所需氣體流通截面積,設(shè)計(jì)氣速 u = 泛

6、點(diǎn)率 uf,計(jì)算塔徑 D,塔截面積,A = AT - Ad,塔徑,說(shuō)明：計(jì)算塔徑需圓整，且重新計(jì)算實(shí)際氣速及泛點(diǎn)率,a,22,3）溢流裝置設(shè)計(jì) 溢流型式的選擇 依據(jù)：塔徑 、流量； 型式：?jiǎn)瘟餍?、U 形流型、雙流型、階梯流型等,降液管形式和底隙 降液管：弓形、圓形。 降液管截面積：由Ad/AT = 0.06 0.12 確定； 底隙 hb ：通常在 30 40 mm,溢流堰（出口堰） 作用：維持塔板上一定液層，使液體均勻橫向流過(guò)。 型式：平直堰、溢流輔堰、三角形齒堰及柵欄堰,a,23,a,25,堰長(zhǎng) lW ：影響液層高度,堰高 hW：直接影響塔板上液層厚度 過(guò)小，相際傳質(zhì)面積過(guò)?。?過(guò)大，塔板阻

7、力大，效率低。 常、加壓塔：40 80 mm ； 減壓塔：25 mm 左右,說(shuō)明：通常應(yīng)使溢流強(qiáng)度qVLh/lW 不大于100130 m3/（mh,或,雙流型,單流型,a,26,4) 塔板及其布置 受液區(qū)和降液區(qū) 一般兩區(qū)面積相等。 入口安定區(qū)和出口安定區(qū),其中， E：液流收縮系數(shù)，一般可近似取 E =1,堰上方液頭高度 hOW,要求,邊緣區(qū),a,27,5）篩孔的尺寸和排列 篩孔： 有效傳質(zhì)區(qū)內(nèi)，常按正三角形排列。 篩板開孔率,單流型弓形降液管塔板,有效傳質(zhì)區(qū),雙流型弓形降液管塔板,a,28,篩孔直徑 d0 : 3 8 mm (一般)。 12 25 mm (大篩孔) 孔中心距 t : (2.5

8、5) d0 取整。 開孔率: 通常為 0.08 0.12。 板厚：碳鋼（3 4mm）、不銹鋼,篩孔氣速,篩孔數(shù),d0,t,a,29,6) 塔板的校核 對(duì)初步設(shè)計(jì)的結(jié)果進(jìn)行調(diào)整和修正,液沫夾帶量校核 單位質(zhì)量（或摩爾）氣體所夾帶的液體質(zhì)量（或摩爾） ev ： kg 液體 / kg氣體，或 kmol液體 / kmol氣體 單位時(shí)間夾帶到上層塔板的液體質(zhì)量（或摩爾） e： kg 液體 / h 或 kmol液體 / h 液沫夾帶分率：夾帶的液體流量占橫過(guò)塔板液體流量的分?jǐn)?shù)。 故有,所以,a,30,說(shuō)明：超過(guò)允許值，可調(diào)整塔板間距或塔徑,ev的計(jì)算方法,方法1：利用Fair關(guān)聯(lián)圖求，進(jìn)而求出ev。 方法

9、2：用Hunt經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算ev,式中Hf 為板上泡沫層高度,要求： ev 0.1 kg 液體 / kg氣體,a,31,塔板阻力的計(jì)算和校核 塔板阻力,塔板阻力 hf包括 以下幾部分: （a）干板阻力 h0氣體通過(guò)板上孔的阻力（設(shè)無(wú)液體時(shí)）； （b）液層阻力 hl 氣體通過(guò)液層阻力； （c）克服液體表面張力阻力 h孔口處表面張力,清液柱高度表示,a）干板阻力h0,a,32,C0 孔流系數(shù),a,33,b）液層阻力 hl,查圖求充氣系數(shù),a,34,說(shuō)明：若塔板阻力過(guò)大，可增加開孔率或 降低堰高,c）克服液體表面張力阻力（一般可不計(jì),降液管液泛校核,故塔板阻力,降液管中清液柱高度 (m,a,35,a）

10、 液面落差一般較小，可不計(jì)。當(dāng)不可忽略時(shí),一般要求： 0.5h0,b） 液體通過(guò)降液管阻力 hd,包括底隙阻力 hd1和進(jìn)口堰阻力hd2,無(wú)進(jìn)口堰時(shí),a,36,泡沫層高度,要求,說(shuō)明：若泡沫高度過(guò)大，可減小塔板阻力或 增大塔板間距,泡沫層相對(duì)密度：對(duì)不易起泡物系,易起泡物系,液體在降液管中停留時(shí)間校核 目的：避免嚴(yán)重的氣泡夾帶,停留時(shí)間,要求,說(shuō)明：停留時(shí)間過(guò)小，可增加降液管面積 或 增大塔板間距,a,37,a）計(jì)算嚴(yán)重漏液時(shí)干板阻力 h0,b）計(jì)算漏液點(diǎn)氣速 u0,說(shuō)明：如果穩(wěn)定系數(shù)k過(guò)小，可 減小開孔率 或 降低堰高,嚴(yán)重漏液校核 漏液點(diǎn)氣速 u0 ：發(fā)生嚴(yán)重漏液時(shí)篩孔氣速。 穩(wěn)定系數(shù),要求,a,38,過(guò)量液沫夾帶