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文檔簡介
1、化工原理 任課教師:張洪流 Principles of Chemical Engineering 第八章 氣液傳質(zhì)設備 Chapter 8 Mass Transfer Equipments 氣液傳質(zhì)設備的基本功能:形成 氣液兩相充分接觸的相界面,使 質(zhì)、熱的傳遞快速有效地進行, 接觸混合與傳質(zhì)后的氣、液兩相 能及時分開,互不夾帶等。 氣液傳質(zhì)設備的分類:氣液傳質(zhì)設備的種類很多,按接觸方 式可分為連續(xù)(微分)接觸式(填料塔)和逐級接觸式(板 式塔)兩大類,在吸收和蒸餾操作中應用極廣 。 填料塔 在圓柱形殼體內(nèi)裝填一定高度的填料, 液體經(jīng)塔頂噴淋裝置均勻分布于填料層 頂部上,依靠重力作用沿填料表面
2、自上 而下流經(jīng)填料層后自塔底排出;氣體則 在壓強差推動下穿過填料層的空隙,由 塔的一端流向另一端。氣液在填料表面 接觸進行質(zhì)、熱交換,兩相的組成沿塔 高連續(xù)變化。 溶劑 填料塔 氣體 散裝填料 塑料鮑爾環(huán)填料 規(guī)整填料 塑料絲網(wǎng)波紋填料 板式塔 在圓柱形殼體內(nèi)按一定間距水平設置若 干層塔板,液體靠重力作用自上而下流 經(jīng)各層板后從塔底排出,各層塔板上保 持有一定厚度的流動液層;氣體則在壓 強差的推動下,自塔底向上依次穿過各 塔板上的液層上升至塔頂排出。氣、液 在塔內(nèi)逐板接觸進行質(zhì)、熱交換,故兩 相的組成沿塔高呈階躍式變化。 板式塔 溶劑 氣體 DJ 塔盤 新型塔板、填料 填料塔和板式塔的主要對比
3、 板式塔填料塔 壓降較大小尺寸填料較大;大尺寸填料及規(guī)整填 料較小 空塔氣速較大小尺寸填料較??;大尺寸填料及規(guī)整填 料較大 塔效率較穩(wěn)定,效率較高 傳統(tǒng)填料低;新型亂堆及規(guī)整填料高 持液量較大較小 液氣比適應范圍較大對液量有一定要求 安裝檢修較易較難 材質(zhì)常用金屬材料金屬及非金屬材料均可 造價大直徑時較低新型填料投資較大 填料塔和板式塔都可用于吸收或蒸餾操作。 新型填料及規(guī)整填料塔競爭力較強。 塔型選擇 塔徑在0.60.7米以上的塔,過去一般優(yōu)先選用板式塔。 隨著低壓降高效率輕材質(zhì)填料的開發(fā),大塔也開始采用各種 新型填料作為傳質(zhì)構件,顯示了明顯的優(yōu)越性。 塔型選擇主要需考慮以下幾個方面的基本性
4、能指標: (1) 生產(chǎn)能力 即為單位時間單位塔截面上的處理量; (2) 分離效率 對板式塔指每層塔板的分離程度;對填料塔指 單位高度填料層所達到的分離程度; (3) 操作彈性 指在負荷波動時維持操作穩(wěn)定且保持較高分離 效率的能力,通常以最大氣速負荷與最小氣速負荷之比 表示; (4) 壓強降 指氣相通過每層塔板或單位高度填料的壓強降; (5) 結構繁簡及制造成本。 塔板是板式塔的基本構件,決定塔的性能。 液 相 降液管 堰 氣相 溢流塔板 (錯流式塔板):塔板間有 專供液體溢流的降液管 (溢流管), 橫向流過塔板的流體與由下而上穿 過塔板的氣體呈錯流或并流流動。 板上液體的流徑與液層的高度可通
5、過適當安排降液管的位置及堰的高 度給予控制,從而可獲得較高的板 效率,但降液管將占去塔板的傳質(zhì) 有效面積,影響塔的生產(chǎn)能力。 溢流式塔板應用很廣,按塔板的具體結構形式可分為: 泡罩塔板、篩孔塔板、浮閥塔板、網(wǎng)孔塔板、舌形塔板等。 逆流塔板(穿流式塔板): 塔板間沒有降液管,氣、液兩相同時由 塔板上的孔道或縫隙逆向穿流而過,板 上液層高度靠氣體速度維持。 優(yōu)點:塔板結構簡單,板上無液面差, 板面充分利用,生產(chǎn)能力較大; 缺點:板效率及操作彈性不及溢流塔板。 與溢流式塔板相比,逆流式塔板應用范圍小得多,常見的板 型有篩孔式、柵板式、波紋板式等。 液相 氣相 泡罩塔板( Bubble-cap Tra
6、y ) 在工業(yè)上最早(1813年)應用的 一種塔板,其主要元件由升氣管 和泡罩構成,泡罩安裝在升氣管 頂部,泡罩底緣開有若干齒縫浸 入在板上液層中,升氣管頂部應 高于泡罩齒縫的上沿,以防止液 體從中漏下。 液體橫向通過塔板經(jīng)溢流堰流入降液管,氣體沿升氣管上升 折流經(jīng)泡罩齒縫分散進入液層,形成兩相混合的鼓泡區(qū)。 優(yōu)點:操作穩(wěn)定,升氣管使泡罩塔板低氣速下也不致產(chǎn)生嚴 重的漏液現(xiàn)象,故彈性大。 缺點:結構復雜,造價高,塔板壓降大,生產(chǎn)強度低。 篩孔塔板( Sieve Tray ) 篩孔塔板即篩板出現(xiàn)也較早(1830年),是結構最簡單的一 種板型。但由于早期對其性能認識不足,為易漏液、操作彈 性小、難
7、以穩(wěn)定操作等問題所困,使用受到極大限制。 1950 年后開始對篩孔塔板進行較系統(tǒng)全面的研究,從理論和 實踐上較好地解決了有關篩板效率,流體力學性能以及塔板 漏液等問題,獲得了成熟的使用經(jīng)驗和設計方法,使之逐漸 成為應用最廣的塔板類型之一。 浮閥塔板( Valve Tray) 自1950 年代問世后,很快在石油、化工行業(yè)得到推廣,至今 仍為應用最廣的一種塔板。 結構:以泡罩塔板和篩孔塔板為基礎基礎。有多種浮閥形式, 但基本結構特點相似,即在塔板上按一定的排列開若干孔, 孔的上方安置可以在孔軸線方向上下浮動的閥片。閥片可隨 上升氣量的變化而自動調(diào)節(jié)開啟度。在低氣量時,開度?。?氣量大時,閥片自動上
8、升,開度增大。因此,氣量變化時, 通過閥片周邊流道進入液體層的氣速較穩(wěn)定。同時,氣體水 平進入液層也強化了氣液接觸傳質(zhì)。 優(yōu)點:結構簡單,生產(chǎn)能力和操作彈性大,板效率高。綜合 性能較優(yōu)異。 浮閥塔板( Valve Tray) F1型浮閥結構簡單,易于制造,應用最普遍,為定型產(chǎn)品。 閥片帶有三條腿,插入閥孔后將各腿底腳外翻 90,用以限 制操作時閥片在板上升起的最大高度;閥片周邊有三塊略向 下彎的定距片,以保證閥片的最小開啟高度。 F1型浮閥分輕閥和重閥。輕閥塔板漏液稍嚴重,除真空操作 時選用外,一般均采用重閥。 JCV浮閥塔板(雙流噴射浮閥塔板 Jet Co-flow Valve Tray)
9、結構:閥籠與塔板固定,閥片在閥籠內(nèi)上下浮動。 將單一鼓泡傳質(zhì),變?yōu)殡p流傳質(zhì),一部分為鼓泡、另一部分 為噴射湍動傳質(zhì),使塔的分離效率和生產(chǎn)能力都大大提高。 該塔板可作為化工過程中的氣液傳質(zhì)、換熱設備。 特點:結構簡單、閥片開啟靈活、高效、高通量、壽命長、 耐堵塞。 JCV浮閥 (改進型雙流噴射浮閥) 普通型JCV浮閥與塔板固定方法 JCV浮閥塔板(雙流噴射浮閥塔板 Jet Co-flow Valve Tray) 低負荷下閥片工作狀態(tài) JCV浮閥塔板效率曲線 中負荷下閥片工作狀態(tài) 高負荷下閥片工作狀態(tài) JCV浮閥閥片 JCV浮閥塔板(雙流噴射浮閥塔板 Jet Co-flow Valve Tray)
10、 2400 JCV浮閥塔板 1800 JCV浮閥塔板 JCPT塔板(并流噴射填料塔板 Jet Co-flow Packing Tray) 塔板上的液體通過提液管與塔板之間的間隙被氣體提升,氣 液并流通過提液管,在提液管內(nèi)高速湍動混合、傳質(zhì),然后 氣液并流進入填料中進一步強化傳質(zhì),并完成氣液分離。氣 體靠壓差繼續(xù)上升,進入上一層塔板;液體基本以清液的形 式回落到塔板上,沿流道進入降液管,下降到下一層塔板。 與普通塔板在傳質(zhì)機理上的區(qū)別:它是填料與塔板的復合體, 靠填料實現(xiàn)傳質(zhì),靠塔板實現(xiàn)多級并流。 JCPT塔板(并流噴射填料塔板 Jet Co-flow Packing Tray) 不同結構型式的
11、JCPT塔板 舌形塔板 一種斜噴射型塔板。結構 簡單,在塔板上沖出若干 按一定排列的舌形孔,舌 片向上張角 以20左右 為宜。 20= o 50 R25 氣相 優(yōu)點:氣流由舌片噴出并帶動液體沿同方向流動。氣液并流 避免了返混和液面落差,塔板上液層較低,塔板壓降較小。 氣流方向近于水平。相同的液氣比下,舌形塔板的液沫夾帶 量較小,故可達較高的生產(chǎn)能力。 缺點:張角固定,在氣量較小時,經(jīng)舌孔噴射的氣速低,塔 板漏液嚴重,操作彈性小。 液體在同一方向上加速,有可能使液體在板上的停留時間太 短、液層太薄,板效率降低。 在舌形塔板上發(fā)展的斜孔塔 板,斜孔的開口方向與液流 垂直且相鄰兩排開孔方向相 反,既
12、保留了氣體水平噴出、 氣液高度湍動的優(yōu)點,又避 免了液體連續(xù)加速,可維持 板上均勻的低液面,從而既 能獲得大的生產(chǎn)能力,又能 達到好的傳質(zhì)效果。 斜孔塔板 浮舌塔板 為使舌形塔板適應低負荷生產(chǎn),提高 操作彈性,研制出了可變氣道截面 (類似于浮閥塔板)的浮舌塔板。 1 9 R20 R16 8 37 3 1 o 20 降 液 管 a 斜孔結構 b 塔板布置 受 液 區(qū) 導 向 孔 網(wǎng)孔塔板 網(wǎng)孔塔板由沖有傾斜開孔的薄板制 成,具有舌形塔板的特點。這種塔 板上裝有傾斜的擋沫板,其作用是 避免液體被直接吹過塔板,并提供 氣液分離和氣液接觸的表面。 網(wǎng)孔塔板具有生產(chǎn)能力大,壓降低, 加工制造容易的特點。
13、 擋沫板 塔板 A A 降 液 管 A-A剖視圖 受 液 盤 垂直篩板(Vertical Sieve Tray ) 在塔板上開按一定排列的若 干大孔(直徑100200mm), 孔上設置側(cè)壁開有許多篩孔 的泡罩,泡罩底邊留有間隙 供液體進入罩內(nèi)。 氣流將由泡罩底隙進入罩內(nèi)的液體拉成液膜形成兩相上升流 動,經(jīng)泡罩側(cè)壁篩孔噴出后兩相分離,即氣體上升液體落回 塔板。液體從塔板入口流至降液管將多次經(jīng)歷上述過程。 與普通篩板相比,垂直篩板為氣液兩相提供了很大的不斷更 新的相際接觸表面,強化了傳質(zhì)過程;且氣液由水平方向噴 出,液滴在垂直方向的初速度為零,降低了液沫夾帶量,因 此垂直篩板可獲得較高的塔板效率和
14、較大的生產(chǎn)能力。 浮閥塔板的板面結構: 鼓泡區(qū)(有效區(qū)、開孔區(qū)) 降液管區(qū) 受液盤區(qū) 液體安定區(qū) 邊緣區(qū) 溢流堰 塔身 溢流堰板 降液管 塔板 受液盤 安定區(qū) 降液管區(qū) 受液盤區(qū) 鼓 泡 區(qū) 液體從上一塔板的降液管流入板面上的受液盤區(qū),經(jīng)進口安 定區(qū)進入鼓泡區(qū)與浮閥吹出的氣體進行質(zhì)、熱交換后,再由 溢流堰溢出進入降液管流入下一塔板。 來自下一塔板的氣體經(jīng)鼓泡區(qū)的閥孔分散成小股氣流,并由 各閥片邊緣與塔板間形成的通道以水平方向進入液層。 由于閥片具有斜邊,氣體沿斜邊流動具有向下的慣性,因此 只有進入液層一定距離待慣性消失后氣體才會折轉(zhuǎn)上升。 氣體在板面上與液體相互混合接觸進行傳熱傳質(zhì),而后逸出
15、液面上升到上一層塔板。塔板上氣液主體流向為錯流流動。 氣體進、出一塊塔板(包括液 層)的壓強降即為氣體通過該 塔板的阻力損失(左側(cè)壓差計 所測的 hf 值)。 hf 是以液柱高度表示的塔板的 壓強降或阻力損失,因此 式中,L 為塔內(nèi)液體的密度,kg/m3。 板壓降 hf 可視為由氣體通過干板的阻力損失 hd 和氣體穿過板 上液層的阻力損失 hl 兩部分組成,即 fLp ghp= ldf hhh= 有效長度 泡沫 hl hf how HT h0 干板阻力損失 hd 浮閥塔板的干板阻力損失壓降隨空塔氣速 u 的提高而增大。 區(qū)域:全部浮閥處于靜止狀 態(tài),氣體由閥片與塔板之間由 定距片隔開的縫隙通過
16、??p隙 處的氣速與壓降隨氣體流量的 增大而上升。 區(qū)域:氣速增至A點,閥片開始升起。浮閥開啟的個數(shù)及 開啟度隨氣體流量不斷增加,直至所有浮閥全開 (B點),氣體 通過閥孔的氣速變化很小,故壓降上升緩慢。 區(qū)域:氣體通過浮閥的流通面積固定不變,閥孔氣速隨氣 體流量增加而增加,且壓降以閥孔氣速的平方快速增加。 臨界孔速 uoc:所有浮閥恰好全開時 (B點) 的閥孔氣速。 A B IIIIII uoc 氣速 u 干板壓降 pd 液層阻力 hl 氣體通過液層的阻力損失 hl 由以下三個方面構成: (1) 克服板上充氣液層的靜壓; (2) 氣體在液相分散形成氣液界面的能量消耗; (3) 通過液層的摩擦阻
17、力損失。 其中(1)項遠大于后兩項之和。如果忽略充氣液層中所含氣體 造成的靜壓,則可由清液層高度代表 hl。可用下式計算 式中: 充氣系數(shù),反映液層充氣的程度,無因次。 水 =0.5;油 =0.50.35;碳氫化合物 =0.40.5。 hw 和 how 分別為堰高和堰上液流高度,m。 hf 總是隨氣速的增加而增加,但不同氣速下,干板阻力和液 層阻力所占的比例有所不同。氣速較低時,液層阻力為主; 氣速高時,干板阻力所占比例增大。 owwl hhh= 漏液:部分液體不是橫向流過塔板后經(jīng)降液管流下,而是從 閥孔直接漏下。 原因:氣速較小時,氣體通過閥孔的速度壓頭小,不足以抵 消塔板上液層的重力;氣體
18、在塔板上的不均勻分布也 是造成漏液的重要原因。 后果:嚴重的漏液使塔板上不能形成液層,氣液無法進行傳 熱、傳質(zhì),塔板將失去其基本功能。 若設計不當或操作時參數(shù)失調(diào),輕則會引起板效率大降低, 重則會出現(xiàn)一些不正?,F(xiàn)象使塔無法工作。 漏液(Weeping) 氣體分布均勻與否,取決于板上各處阻力均等否。氣體穿過 塔板的阻力由干板阻力和液層阻力兩部分組成。當板上結構 均勻、各處干板阻力相等時,板上液層阻力即液層厚度的均 勻程度將直接影響氣體的分布。 漏液(Weeping) 板上液層厚度不均勻:液層波動和液面落差。 液層波動:波峰處液層厚,閥孔氣量小、易漏液。由此引起 的漏液是隨機的??稍谠O計時適當增大
19、干板阻力。 液面落差:塔板入口側(cè)的液層厚于塔板出口側(cè),使氣流偏向 出口側(cè),入口側(cè)的閥孔則因氣量小而發(fā)生漏液。塔板上設入 口安定區(qū)可緩解此現(xiàn)象。 單流型 雙流型 多流型 階梯流型 雙流型、多流型或階梯型塔板: 在塔徑或液 體流量很大 時可減少液 面落差。 漏液(Weeping) 雙流型 多流型 液沫夾帶和氣泡夾帶(Entrainment) 液沫夾帶:氣體鼓泡通過板上液層時,將部分液體分散成液 滴,而部分液滴被上升氣流帶入上層塔板。由兩部分組成: (1) 小液滴的沉降速度小于液層上方空間上升氣流的速度,夾 帶量與板間距無關; (2) 較大液滴的沉降速度雖大于氣流速度,但它們在氣流的沖 擊或氣泡破裂
20、時獲得了足夠的向上初速度而被彈濺到上 層塔板。夾帶量與板間距有關。 氣泡夾帶:液體在降液管中停留時間太短,大量氣泡被液體 卷進下層塔板。 后果:液沫夾帶是液體的返混,氣泡夾帶是氣體的返混,均 對傳質(zhì)不利。嚴重時可誘發(fā)液泛,完全破壞塔的正常操作。 液沫夾帶和氣泡夾帶是不可避免的,但夾帶量必需嚴格地控 制在最大允許值范圍內(nèi)。 液泛(Dumping of liquid) 塔內(nèi)液體不能順暢逐板流下,持液量增多,氣相空間變小, 大量液體隨氣體從塔頂溢出。 夾帶液泛:板間距過小,操作液量過大,上升氣速過高時, 過量液沫夾帶量使板間充滿氣、液混合物而引發(fā)的液泛。 溢流液泛:液體在降液管內(nèi)受阻不能及時往下流動
21、而在板上 積累所致。 hhhhH fowwd = 為使液體能由上層塔板穩(wěn)定地 流入下層塔板,降液管內(nèi)必須 維持一定的液柱高度 Hd hf+ h HT h0 how hw 式中:hf 板壓降。 h 液體經(jīng)過降液管的阻力損失。 液泛(Dumping of liquid) 氣速一定,液體流量時,、how、hf 及 h ,Hd ,即塔 板具有自動調(diào)節(jié)功能。 上層塔板溢流堰上緣為 Hd 極限。若再加大液體流量, Hd 與板上液面同時升高,降液管調(diào)節(jié)功能消失,板上累積液 量增加,最終引起溢流液泛。 若氣速過高,液體中的氣泡夾帶加重,降液管內(nèi)的泡沫層 隨之增高,也易造成溢流液泛。 hf 過大必導致 Hd 大
22、,易發(fā)生液泛。如降液管設計過小或 發(fā)生部分堵塞, h 急劇增大,也會導致溢流液泛。 夾帶液泛與溢流液泛互為誘因,交互影響。過量液沫夾帶 阻塞氣體通道,板阻急增,降液管中泡沫層堆積,從而引 發(fā)溢流液泛。而溢流液泛發(fā)生時,塔板上鼓泡層增高,分 離空間降低,夾帶液泛也將隨之發(fā)生。 液泛使整個塔不能正常操作,甚至發(fā)生嚴重的設備事故, 要特別注意防范。 hhhhH fowwd = 板式塔的工藝設計主要包括兩大方面: (1) 塔高、塔徑以及塔板結構尺寸的計算; (2) 塔板的流體力學校核以及塔板的負荷性能圖的確定。 浮閥塔工藝尺寸的計算 實際塔板數(shù) 可根據(jù)實驗數(shù)據(jù)或用經(jīng)驗公式估算 塔高主要取決于實際塔板數(shù)
23、和板間距。 給定任務所需實際塔板數(shù)可通過平衡級(理論板)假設求得所 需的理論板數(shù) N,然后由全塔效率(總板效率)修正 T T E N N= 實際塔板數(shù) 實際板數(shù)和板間距,塔高 塔徑D,m0.30.50.50.80.81.61.62.02.02.42.4 板距HT ,mm200300300350350450450600 500800600 21 1ZZHNZ TT = 式中:Z1 最上面一塊塔板距塔頂?shù)母叨龋琺; Z2 最下面一塊塔板距塔底的高度,m。 HT 對塔的生產(chǎn)能力、操作彈性以及塔板效率均有影響。 HT,允許的操作氣速,塔徑,但塔高。 HT ,塔高 ,但允許的操作氣速 ,塔徑。 對D0.
24、8m的塔,為了安裝及檢修需要,需開設人孔。 人孔處的板間距一般不應小于 0.6m。 全塔效率的關聯(lián)式 塔板效率是氣、液兩相的傳質(zhì)速率、混合和流動狀況、以及 板間返混(液沫夾帶、氣泡夾帶和漏液等所致)的綜合結果。 板效率是設計重要數(shù)據(jù)。由于影響因素很多且關系復雜,至 今還難以正確可靠地對其進行預測。 工業(yè)裝置或?qū)嶒炑b置的實測數(shù)據(jù)是板效率最可靠的來源。 全塔效率實測數(shù)據(jù)的關聯(lián)式可用于塔板效率的估算。 奧康內(nèi)爾(Oconnell)關聯(lián)方法 精餾塔:采用相對揮發(fā)度 與液相粘度 L 的乘積為參數(shù)來表 示全塔效率 ET: 245. 0 49. 0 = LT E 與 L 取塔頂與塔底平均溫度下的值。對多組分
25、物系,取關 鍵組分的 。液相的平均粘度 L 可按下式計算 iiL x = 全塔效率的關聯(lián)式 橫坐標 HP/L中: H 塔頂塔底平均溫度下溶質(zhì)的亨利系數(shù),kmol/(m3kPa); P 操作壓強,kPa; L 塔頂塔底平均組成及平均溫度下的液相粘度,mPas 。 板式塔吸收塔 溢流式塔板的塔截面分為兩個部分: 氣體流通截面和降液管所占截面(液體下流截面)。 TT f fT A A A A AAA =1或 T A D 4 = f uu85. 06 . 0= 求 A 得與 Af / AT 后,即可求得 AT ,而塔徑 設適宜氣速為 u,當體積流量為 Vs 時, A =Vs / u。求 A 的 關鍵在
26、于確定流通截面積上的適宜氣速 u 。 塔板的計算中,通常是以夾帶液泛發(fā)生的氣速(泛點氣速) 作為上限。一般取 A 的計算 AT -塔板總截面積,A-氣體流 道截面積,Af -降液管截面積 A 的計算 246 2 23fV pVLp u dgd = V VL V VL p f C gd u = = 3 4 液泛氣速:在重力場中懸浮于氣流中的液滴所受的合力為零 時的氣速。 當 uut 時,液滴將被氣流帶出。對直徑為 dp 的液滴 索德爾斯和布朗(Souders and Brown)公式 L 、 V 氣、液相的密度,kg/m3; 阻力系數(shù); C 氣體負荷因子,m/s。 C 取決于dp和。因氣泡破裂形
27、成的液滴的直徑和阻力系數(shù)都 難以確定,故 C 需由實驗確定。 實驗研究表明,C 值與氣、液流量及密度、板上液滴沉降高 度以及液體的表面張力有關。 史密斯(Smith, R. B)關系曲線 HThL:液滴沉降高度, HT 可根據(jù)塔徑選取,hL 為板上清液層高度,若 忽略板上液面落差 owwL hhh= 常壓塔 hL=50100 mm; 減壓塔 hL=2530 mm。 注意:液相表面張力 = 210-2 N/m 若實際液相表面張力不同,按下式校正 2 . 0 20 20 = C C 5 . 0 2 . 0 20 20 = V VL f Cu u,A Af / AT 的確定 Af /AT:降液管面積
28、與塔截面積之比,與液體溢流形式有關。 求取方法: (1)按D和液體流量選取溢流形式,由 溢流形式確定堰長 lw 與D 的比值。 單流型:lw/D =0.60.8 雙流型:lw/D =0.50.7 易起泡物系 lw/D 可高一些,以保證 液體在降液管中的停留時間。 (2)由選定的 lw/D 值查圖得 Af /AT 。 (3)由確定的 A 與 Af /AT 求得塔板面積 AT 和塔徑 D ,并進行圓整。 r x Ws Af D hw AA h0 HT Af A a Ws lw Wd Wd Wc 注意:塔高和D的計算涉及的參數(shù)(HT、hL、lw/D) 是按經(jīng)驗 數(shù)據(jù)在一定范圍選取的,故所得塔高和D是
29、初估值, 需根據(jù)后面介紹的流體力學原則進行校核。 鼓泡區(qū):取決于所需浮閥數(shù)與排列; 溢流區(qū):與所選溢流裝置類型有關。 上兩區(qū)均需根據(jù)塔板上的流體力學狀 況進行專門計算。 進口安定區(qū)(分布區(qū)):保證進塔板液 體的平穩(wěn)均勻分布,也防止氣體竄入 降液管。Ws = 50100 mm。 出口安定區(qū)(脫氣區(qū)):避免降液管大 量氣泡夾帶。Ws = 70100 mm。 塔板布置 r x Ws Af D hw AA h0 HT Af Aa Ws lw Wd Wd Wc D900mm 分塊式塔板。 邊緣區(qū):塔板支撐件塔板連接。 D 2.5 m WC 60 mm。 溢流裝置 溢流裝置:由降液管、溢流堰和受液盤組成。
30、 降液管:連通塔板間液體的通道,也是供溢流中所夾帶的氣 體分離的場所。常見的有弓形、圓形和矩形降液管 弓形降液管:有較大容積,能充分利用塔板面積,一般塔徑 大于800mm的大塔均采用弓形。 降液管的布置確定了液體在塔板上的流徑以及液體的溢流形 式。液體在塔板上的流徑越長,氣液接觸時間就越長,有利 于提高塔板效率;但是液面落差也隨之加大,不利于氣體均 勻分布,使板效率降低。 溢流形式的選擇:根據(jù)塔徑及流體流量等條件全面考慮。 D 2.0 m 雙溢流式或階梯流式 液體在降液管中的停留時間 為 單溢流弓形降液管結構尺寸的計算 降液管的寬度 Wd 和截面積 Af s Tf L HA = 計算塔徑時已根
31、據(jù)溢流形式確定了堰長與塔徑的比值 lw/D。 由 lw/D 查圖可得 Wd /D 和 Af /AT,D 和 AT 已確定,故降液管 的寬度 Wd 和截面積 Af 也可求得。 為降低氣泡夾帶, 一般不應小于 35s,對于高壓塔以及易起泡沫的 物系,停留時間應更長些。 若計算出的 過短,不滿足要求, 則應調(diào)整相關的參數(shù),重新計算。 出口溢流堰與進口溢流堰 出口堰:維持板上液層高度,各種形式的降液管均需設置。 出口堰長 lw:弓形降液管的弦長,由液體負荷及溢流形式?jīng)Q 定。 單溢流 lw=(0.60.8)D,雙溢流 lw=(0.50.7)D。 出口堰高 hw:降液管上端高出板面的高度。堰高 hw 決定
32、了 板上液層的高度 hL。 owLw hhh= 3 2 1000 84. 2 = w s ow l L Eh 對于平堰: 弗朗西斯(Francis)公式 液流收縮系數(shù) E 出口溢流堰與進口溢流堰 進口堰:保證液體均勻進入塔板,也起液封作用。一般僅在 較大塔中設置。進口堰高一般與降液管底隙高度 h0 相等。 進口堰與降液管間的水平距離 w0 h0,以保證液體由降液管 流出時不致受到大的阻力。 降液管底隙高度及受液盤 降液管底隙高度應保證溢流液順暢并防止沉淀物堵塞(不可太 小) ,但也應防止氣體進入降液管(不可太大)。 對于弓形降液管可按下式計算 oLw s ul L h = 0 式中:uoL 液
33、體通過降液管底端出口處的流速,m/s。 根據(jù)經(jīng)驗一般取 uoL = 0.070.25 m/s。 D 800 mm,h0 = 40 mm。最 大時可達 150 mm。 降液管底隙高度及受液盤 受液盤:承接來自降液管的液體。 凹形受液盤:用于大塔(D800mm)。在液體流量低時仍能 形成良好的液封,對改變液體流向有緩沖作用,且便于液體 的側(cè)線抽出,但不適于易聚合及有懸浮固體的情況。凹形受 液盤深度一般在 50mm 以上。 浮閥的數(shù)目與排列 閥孔直徑:由浮閥的型號決定。 浮閥數(shù) N:由氣體負荷量 Vs 決定??捎上率接嬎?0 2 0 4 ud V N s = V uF 00 = 閥孔氣速 u0 可根
34、據(jù)由實驗結果 綜合的閥孔動能因子 F0 確定 式中:Vs 氣體流量,m3/s; u0 閥孔氣速,m/s; d0 閥孔直徑。對 F1 型浮閥,d0 = 39 mm。 根據(jù)工業(yè)設備數(shù)據(jù),對F1重型浮閥(約33g),當塔板上的 浮閥剛?cè)_時,F(xiàn)0 在 812 之間。設計時可在此范圍內(nèi)選擇 適宜的 F0 后計算 u0 。 浮閥的數(shù)目與排列 浮閥在塔板上常按三角形排列,可順排或叉排。 液流方向 順排 t NA t a = t t 叉排 等腰三角形叉排可使相鄰的浮閥容易吹開,鼓泡更均勻。 通常將同一橫排的閥孔中心距定為 75 mm,而相鄰兩排間的 距離可取 65、80、100 mm 等幾種規(guī)格。 若鼓泡區(qū)
35、面積為 Aa,則一個閥孔 的鼓泡面積 Aa / N 約為 t t,故有 浮閥的數(shù)目與排列 由 t=75mm 及上式計算的 Aa 值可得 t ,據(jù)此可確定 t 的實際 取值(65、80、100mm); 根據(jù)已確定的孔距(t 與 t),按等腰三角形叉排方式作圖, 確切排出在鼓泡區(qū)內(nèi)可以布置的浮閥總數(shù); 若作圖排列與計算所得浮閥數(shù)相等或相近,則按作圖所得浮 閥數(shù)重算閥孔氣速,然后校核 F0 (812) 。若 F0 不在該范圍 內(nèi),應重新調(diào)整 t 值,再作圖、校核,直到滿足要求為止。 )(m 222 csdsd W D rWW D xWW D x= = )(sin 180 )(sin 180 1222
36、1222 r x rxrx r x rxrxAa 對單溢流塔板 Aa 可按下式計算: 浮閥的數(shù)目與排列 %100%100 4 4 2 0 2 2 0 =N D d D Nd 常壓塔或減壓塔: = 1014% 加壓塔: 0.9m :Fl 80%;D0.9m:Fl 70%;減壓塔:Fl 0.8m 的大 塔,取 Fl = 70%)代入下式后所得的 Vs-Ls 關系式作圖而得。 此線與橫軸并不完全平行, 可見發(fā)生液沫夾帶現(xiàn)象與液 相負荷 Ls 也有一定關系,但 主要取決于氣體負荷。 %100 36. 1 = bF Ls VL V s l AKC ZLV F 0 Ls (m3/h) Vs (m3/h)
37、1 2 液相負荷下限線 此線為保證塔板上液體流動時 能均勻分布所需的最小液量。 對平頂直堰,取 how = 6 mm 作 為液相負荷下限的標準。 3 2 1000 84. 2 006. 0 = w s ow l L Eh fT s AH L = 也稱氣泡夾帶線,由液體在降液 管中所需的最小停留時間決定 E, lw 已知,為一垂直線。 液相負荷上限線 不易起泡的物系:3s,易起泡物系:5s。為一垂直線。 0 Ls (m3/h) Vs (m3/h) 3 4 由上述 5 條線所包圍的區(qū)域即 一定物系在一定的結構尺寸的 塔板上的正常操作區(qū)。在此區(qū) 域內(nèi),氣、液兩相流率的變化 對塔板效率的影響不大。 0
38、 1 2 3 4 Ls (m3/h) Vs (m3/h) 溢流液泛線 降液管中泡沫層高度達最大允許值時的氣量與液量的關系 wT d d hH H H= hhhhH fowwd = 塔板的設計點及操作點都必須在正常操作區(qū)內(nèi),才能獲得較 高的塔板效率。 對于一定氣液比的操作過程,Vs/Ls 為一定值,故塔板的操作 線在圖上為以 Vs/Ls 為斜率過原點 o 的直線。 5 OP 0 1 2 3 4 5 Ls (m3/h) Vs (m3/h) 塔板的操作彈性:上、下操作極限點的氣體流量之比。 對一定結構尺寸的塔板,采用不同氣液比時控制塔的操作彈 性與生產(chǎn)能力的因素均可能不同。 塔板的設計點應落在負荷性
39、能圖的適中位置,使塔具有相當 的抗負荷波動的能力,保證塔的良好穩(wěn)定操作。 OP 線(高氣液比): 上限 a(過量液沫夾帶) 下限 a(低液層) OP OP OP a a b b c c OP 線(較高氣液比): 上限 b(溢流液泛) 下限 b(漏液) OP 線(低氣液比): 上限 c(氣泡夾帶) 下限 c(漏液) 右圖表明,因降液管流通面積 偏小,使液體負荷成為塔板操 作的主要控制因素。 液沫夾帶線 2 和溢流液泛線 5 將上移,甚至使線 5 落到正常 操作范圍之外。 物系一定,負荷性能圖取決于塔板的結構尺寸。而負荷性能 圖的形狀在一定程度上也反映了塔板結構尺寸的相對情況。 減小降液管面積,液
40、相上限流 量 Ls 下降(線 4 將左移); 塔板的負荷性能圖可清楚地表示塔板的允許的氣、液相負荷 范圍及塔板操作彈性的大小,對塔板的改造和設計以及塔的 操作均有一定的指導意義。 0 1 2 3 4 5 Ls (m3/h) Vs (m3/h) OP a a 4 2 5 塔體:一般取為圓筒形,可由金屬、塑 料或陶瓷制成,金屬筒體內(nèi)壁常襯以防 腐材料。 填料:大致可分為散裝填料和規(guī)整填料 兩大類,是傳熱和傳質(zhì)的場所。 塔內(nèi)件:包括填料支承與壓緊裝置、液 體與氣體分布器、液體再分布器以及氣 體除沫器等。 操作原理:液體經(jīng)塔頂噴淋裝置均勻分 布于填料上,依靠重力作用沿填料表面 自上而下流動,并與在壓強
41、差推動下穿 過填料空隙的氣體相互接觸,發(fā)生傳熱 和傳質(zhì)。 7 6 5 3 4 2 1 液體 氣體 8 填料(Tower packing) 填料塔的核心,是氣液兩相接觸進行質(zhì)、熱傳遞的場所。 填料的流體力學和傳質(zhì)性能與填料的材質(zhì)、大小和幾何形狀 緊密相關,材質(zhì)一定時,表征填料特性的數(shù)據(jù)主要有: 比表面積 a:單位體積填料層所具有的表面積(m2/m3)。被液 體潤濕的填料表面就是氣液兩相的接觸面。大的 a 和良好的 潤濕性能有利于傳質(zhì)速率的提高。對同種填料,填料尺寸越 小,a 越大,但氣體流動的阻力也要增加。 空隙率 :單位體積填料所具有的空隙體積(m3/m3)。代表的 是氣液兩相流動的通道, 大
42、,氣、液通過的能力大,氣體 流動的阻力小。 = 0.450.95。 填料因子 :填料比表面積與空隙率三次方的比值(1/m), a/3,表示填料的流體力學性能,值越小,流動阻力越小。 有干填料因子與濕填料因子之分。 填料(Tower packing) 堆積密度 p :單位體積填料的質(zhì)量(kg/m3)。在機械強度允 許的條件下,填料壁要盡量薄,以減小填料的堆積密度,從 而既可降低成本又可增加空隙率。 機械強度大,化學穩(wěn)定性好以及價格低廉等也是優(yōu)良填料應 盡量兼有的性質(zhì)。 注意:一些難以定量表達的因素(幾何形狀)對填料的流體力 學和傳質(zhì)性能也有重要的影響。新型填料的開發(fā)一般是改進 填料幾何形狀使之更
43、為合理,從而獲得高的填料效率。 常用的填料(Typical tower packing) 常用的填料可分為散裝填料和規(guī)整填料兩大類。散裝填料在 塔內(nèi)可亂堆,也可以整砌。 優(yōu)點:易于制造,價格低廉,且對它 的研究較為充分,所以在過去較長的 時間內(nèi)得到了廣泛的應用。 缺點:高徑比大,堆積時填料間易形 成線接觸,故液體常存在嚴重的溝流 和壁流現(xiàn)象。且拉西環(huán)填料的內(nèi)表面 潤濕率較低,因而傳質(zhì)速率也不高。 拉西環(huán)(Raschig ring)填料 最早使用的一種填料,為高徑比相等 的陶瓷和金屬等制成的空心圓環(huán)。 在拉西環(huán)基礎上衍生了環(huán)、十字環(huán)及螺旋環(huán)等,其基本改 進是在拉西環(huán)內(nèi)增加一結構,以增大填料的比表
44、面積。 鮑爾環(huán)(Pall ring)填料 在環(huán)的側(cè)壁上開一層或兩層長方形 小孔,小孔的母材并不脫離側(cè)壁而 是形成向內(nèi)彎的葉片。上下兩層長 方形小孔位置交錯。 鮑爾環(huán)填料的優(yōu)良性能使它一直為工業(yè)所重視,應用十分廣 泛。可由陶瓷、金屬或塑料制成。 同尺寸的鮑爾環(huán)與拉西環(huán)雖有相同 的比表面積和空隙率,但鮑爾環(huán)在 其側(cè)壁上的小孔可供氣液流通,使 環(huán)的內(nèi)壁面得以充分利用。 比之拉西環(huán),鮑爾環(huán)不僅具有較大 的生產(chǎn)能力和較低的壓降,且分離 效率較高,溝流現(xiàn)象也大大降低。 這樣的結構使得階梯環(huán)填料的性能在鮑爾 環(huán)的基礎上又有提高,其生產(chǎn)能力可提高 約10%,壓降則可降低25%,且由于填料 間呈多點接觸,床層均
45、勻,較好地避免了 溝流現(xiàn)象。 階梯環(huán)填料(Stair ring) 階梯環(huán)填料的結構與鮑爾環(huán)填料相似,環(huán) 壁上開有長方形小孔,環(huán)內(nèi)有兩層交錯 45的十字形葉片,環(huán)的高度為直徑的一 半,環(huán)的一端成喇叭口形狀的翻邊。 階梯環(huán)一般由塑料和金屬制成,由于其性能優(yōu)于其它側(cè)壁上 開孔的填料,因此獲得廣泛的應用。 弧鞍形(Berl saddle)矩鞍形(Intalox saddle)填料 一種表面全部展開的具有馬鞍形狀的瓷質(zhì) 型填料 (馬鞍填料)?;“疤盍显谒?nèi)呈相 互搭接狀態(tài),形成弧形氣體通道, 優(yōu)點:空隙率高,氣體阻力小,液體分布 性能較好,填料性能優(yōu)于拉西環(huán)。 矩鞍填料的兩端為矩形,且填料兩面大小 不等
46、??朔嘶“疤盍舷嗷ブ丿B的缺點, 填料的均勻性得到改善。液體分布均勻, 氣液傳質(zhì)速率得到提高。瓷矩鞍填料是目 前采用最多的一種瓷質(zhì)填料。 缺點:相鄰填料易相互套疊,使填料有效表面降低,從而影 響傳質(zhì)速率。 優(yōu)點:網(wǎng)絲細密,空隙很高,比表 面積很大。由于毛細管作用,填料 表面潤濕性能很好。故網(wǎng)體填料氣 體阻力小,傳質(zhì)速率高。 缺點:造價很高,故多用于實驗室 中難分離物系的分離。 金屬英特洛克斯(Intalox)填料 有環(huán)形與鞍形的結構特點,生產(chǎn)能力大、壓 降低、液體分布性能好、傳質(zhì)速率高及操作 彈性大,在減壓蒸餾中其優(yōu)勢更為顯著。 與實體填料對應的另一類填料為網(wǎng)體填料。 有多種形式,如金屬絲網(wǎng)制
47、成的網(wǎng)環(huán)和鞍型網(wǎng)等。 網(wǎng)體填料(Wire gauze packings) 規(guī)整填料 規(guī)整填料一般由波紋狀的金屬網(wǎng)絲或多孔板重疊而成。 使用時根據(jù)填料塔的結構尺寸,疊成圓筒形整塊放入塔內(nèi)或 分塊拼成圓筒形在塔內(nèi)砌裝。 優(yōu)點:空隙大,生產(chǎn)能力大,壓降小。流道規(guī)則,只要液體 初始分布均勻,則在全塔中分布也均勻,因此規(guī)整填 料幾乎無放大效應,通常具有很高的傳質(zhì)效率。 缺點:造價較高,易堵塞難清洗,因此工業(yè)上一般用于較難 分離或分離要求很高的情況。 規(guī)整填料 Corrugated Metal Plates Packings 6400金屬板波紋規(guī)整填料 300脈沖規(guī)整填料各種陶瓷規(guī)整填料 填料的流體力學性
48、能 壓降 填料塔效率主要取決于填充填料流體力學性能和傳質(zhì)性能。 壓降、液泛氣速、持液量及氣液分布對填料塔的設計和操作 參數(shù)的確定至關重要。 壓降與氣速的關系: 氣體通過干填料層時的 流動與氣體通過顆粒固 定床的流動相似,只是 通常填料層的空隙率更 大,故氣體在空隙中的 流速更高而處于湍流。 載液區(qū) 高液量 低液量 C C B B A A L=0 L1L2 lg u lg p 載點氣速 液泛氣速 有一定持液量時,pu 將不再為簡單的直線關 系(噴淋密度為L1、L2曲 線),且存在兩個較明顯 的轉(zhuǎn)折點。 壓降 氣體通過干填料層的壓 降 p 與空塔氣速 u 的關 系在雙對數(shù)坐標上為直 線,斜率 1.
49、82.0。 原因:噴淋液體在填料上形成液膜,占據(jù)部分空隙,減小了 氣體的流通截面,對相同空塔氣速壓降升高。 載液區(qū) 高液量 低液量 C C B B A A L=0 L1L2 lg u lg p 載點氣速 液泛氣速 P點后,液沫夾帶量,液相返混 可導致填料效率,(HETP )。 載點(B)后,持液量,氣液相互作 用,相界面積,湍動增強,傳 質(zhì)過程,填料效率 (HETP ); 載液和液泛對傳質(zhì)的影響: 壓降 氣速較低時,氣液相間相互影響 小,在一定的液體噴淋密度下, 填料持液量與氣速無關,氣體壓 降與氣速的關系為直線且基本與 L=0 的直線平行。 lg u 高液量 低液量 載點線 lg L P B
50、 泛點C 載液區(qū) 空塔氣速 u 等板高度HETP 填料塔的操作一般控制在偏離泛點一定距離的載液區(qū)內(nèi),這 樣,既可得到較高的傳質(zhì)效率,填料層的壓降也不會過大。 壓降與氣速的關聯(lián)圖 壓降對填料塔操作的可靠性和經(jīng)濟性有著決定性的影響。 選擇填料和確定塔徑時,不同系統(tǒng)應控制的壓降范圍不同。 吸收(mmH2O/m)蒸餾(mmH2O/m) 系統(tǒng)不起泡系統(tǒng)起泡常壓或加壓真空 20358203565835 壓降:表面摩擦阻力+形體阻力,前者是氣體在空隙中流動 時在填料表面和氣液界面上產(chǎn)生的粘性應力,后者是由于氣 體流道的突然增大或縮小,方向的改變等造成的動能損失。 影響因素:填料特性(幾何形狀、比表面積、 等
51、),流體物 性(、 等)以及操作條件(氣液流量、T 等)。 難以進行準確的理論計算,迄今仍然只能由各種經(jīng)驗關聯(lián)式 或關聯(lián)圖進行估算。 ??颂?(Eckert) 壓降通用關聯(lián)圖 橫坐標: GG ,GL 氣體和液體的質(zhì)量流速,kg/(m2.s); u 空塔氣速,m/s; V , L 氣體和液體的密度,kg/m3; L 液體的粘度,mPa.s; WG ,WL 氣體和液體的質(zhì)量流量,kg/s; 濕填料因子(泛點填料因子),1/m; Vs ,Ls 氣體和液體的體積流量,m3/s; g 重力加速度 9.81m/s2; 液體密度校正系數(shù)(水與液相密度之比=/L) 。 縱坐標: 5 . 05 . 05 . 0
52、 , V L s s L V G L L V G L V L W W G G 或 2 . 0 2 2 . 0 2 L LV G L L V g G g u 或 ??颂?(Eckert) 壓降通用關聯(lián)圖 適用范圍:亂堆填料 (Random packings), 如拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、 矩鞍環(huán)等。 與泛點線相對應的空 塔氣速為空塔液泛氣 速。 利用此圖可根據(jù)選定 的空塔氣速求壓降, 或根據(jù)規(guī)定的壓降求 算相應的空塔氣速。 最上方的三條線分別為弦柵、整砌拉西環(huán)及亂堆填料的泛點 線。其余為亂堆填料的等壓降線。 泛點氣速 泛點:液泛開始發(fā)生,是填料塔的操作極限。 泛點氣速:開始發(fā)生液泛時的氣速,泛點的直接表
53、達參數(shù)。 為防止液泛發(fā)生,最大操作氣速應 95%泛點氣速,設計 點的氣速通常取泛點氣速的50%80%。故正確估算泛點 氣速對填料塔的設計和操作都十分重要。 填料的種類,物系的物性以及氣、液相負荷等因素對泛點 都有一定的影響。泛點氣速的估算式通常仍是借助于實驗 數(shù)據(jù)所得的各種經(jīng)驗關聯(lián)式或關聯(lián)圖。 對于散裝填料,目前廣泛采用埃克特(Eckert)壓降和氣速 通用關聯(lián)圖中的泛點曲線。 規(guī)整填料有類似的泛點實驗關聯(lián)圖,可參考有關文獻。 根據(jù)兩相流動參數(shù)即可由??颂?Eckert)關聯(lián)圖中的泛點 線查縱坐標值,若填料因子已知,即可求得泛點氣速。 持液量(Liquid holdup) 填料的持液量:操作時
54、單位體積填料在表面和空隙中所積存 的液體體積量。由靜持液量和動持液量兩部分組成。 動持液量:停止氣液兩相進料后從填料中排放出來的液體。 與填料特性,物性及氣液兩相流量有關。 靜持液量:液體排放完后仍保留在填料層內(nèi)的那部分液體。 與填料表面積,表面特征及潤濕性有關。 持液量對填料的壓降、氣液通量以及分離效率均有影響。 液體在填料層中的停留時間與持液量成正比,故熱敏性物系 分離不宜采用持液量大的填料。 對間歇蒸餾不宜采用持液量大的填料。 填料塔穩(wěn)定操作時持液量越小,靈敏度越高。 理想的操作:大傳質(zhì)表面,較小持液量。 填料塔內(nèi)的氣、液分布 氣、液兩相分布不均勻?qū)λ蕰a(chǎn)生不利的影響。 小尺度不良分
55、布:單個填料尺度或規(guī)整填料的通道尺度上的 不均勻分布。 原因:由于氣體的彌散性,氣體在小尺度上容易分布均勻。 而液體能否在填料表面擴展成膜與填料的潤濕性直接相關。 即使填料潤濕性很好,液體的初始分布也很均勻,但在向下 流過一定高度的填料層后部分液體必然會匯集為細股流,使 另一部分填料表面不能為液體所潤濕。 小尺度的不良分布是填料的特性,當液體流經(jīng)一定距離后, 這種不良分布特性保持穩(wěn)定,稱為特征分布。通常散裝填料 的小尺度不良分布較規(guī)整填料突出。 填料塔內(nèi)的氣、液分布 大尺度不良分布:由液體初始分布不均、填料層結構不均和 塔體傾斜等非正常因素所引起。 壁效應:若塔壁附近空隙率顯著大于填料主體區(qū),
56、則會造成 液體向壁區(qū)偏流并最終形成沿塔壁垂直向下的壁流,減少了 填料氣體區(qū)的液流量。 塔體傾斜會造成液體優(yōu)先流向下方塔壁而匯集,上方塔壁及 靠壁區(qū)液體分布則不足。 填料破碎、變形等也會造成大范圍的液流分布不均。 大尺度液流不均還會引發(fā)氣流分布不均,造成氣體走短路, 使填料塔操作惡化。 改進措施:加強液流入塔的初始分布均勻性,在塔內(nèi)設置液 體再分布器,填料充填均勻,對大型塔填料尺寸與塔徑之比 不大于 1/30 以避免壁效應等。 填料塔塔徑與塔高的計算 塔徑 填料塔的直徑可根據(jù)圓形管道內(nèi)的流量公式計算 u V D s 4 = 式中:Vs 操作條件下氣體體積流量,m3/s; u 操作條件下的空塔氣速
57、,m/s。 一般取 u = (0.50.8) uf 。 對一定氣體負荷,塔徑計算關鍵在于空塔泛點氣速的求取。 當缺乏實測數(shù)據(jù)時,泛點氣速 uf 可用??颂?Eckert)壓降關 聯(lián)圖估算。一般填料塔的操作氣速大致在 0.21.0 m/s。 按上式算出的塔徑,應按壓力容器公稱直徑進行圓整,如圓 整為600、800、1000、1200 mm 等。 塔徑 驗算液體噴淋密度,以確保填料能得到充分的潤濕。填料塔 的液體最小噴淋密度與填料的比表面積 a 有關,其關系為: aLU w min min = 式中:Umin 最小噴淋密度,m3/(m2s); (Lw)min 最小潤濕速率,m3/(ms)。 最小潤
58、濕速率:在塔橫截面上,單位長度的填料周邊上潤濕 填料所需最少液體的體積流量。 直徑75mm 的環(huán)形填料,(Lw)min= 0.12 m3/(mh)。 實際噴淋密度應大于最小噴淋密度。若不能滿足此條件,可 采用增大回流比或液體再循環(huán)等方法加大塔內(nèi)液體流量,或 適當提高氣速,減小塔徑等。 塔高 取決于所需的填料層高度及塔內(nèi)附屬構件所需的高度。 附屬構件(如氣液分布裝置,除沫器及液體再分布器等)的高 度要由所選的類型和計算的尺寸來確定。 填料層的高度通常采用傳質(zhì)單元法 (第9章吸收計算) 或等板 高度法進行計算。 等板高度(HETP):與一層理論塔板的分離效果相當?shù)奶盍蠈?高度。等板高度的大小,表明
59、填料效率的高低。 等板高度一般由實驗測定,或取生產(chǎn)設備的經(jīng)驗數(shù)據(jù)。 若完成分離任務所需的理論板數(shù)為 N,則填料層高度 Z 為 HETPNZ= 默奇 (Murch) 等板高度經(jīng)驗公式 GG 氣體的空塔質(zhì)量速度,kg/(m2h); 相對揮發(fā)度; D 塔徑,m; L 液體粘度,mPas; Z 填料層高度,m; L 液體的密度,kg/m3; c1, c2, c3 常數(shù),取決于填料類型及尺寸。 L L cc G ZDGcHETP 3 1 32 1 = 適用范圍: (1) 常壓操作,操作氣速為泛點氣速的2585%; (2) 高回流比操作; (3) 值不大于3的碳氫化合物蒸餾系統(tǒng); (4) 填料層高度為0.
60、93.0m,塔徑為0.50.75m,填料尺寸不 大于塔徑的1/8。 默奇 (Murch) 等板高度經(jīng)驗公式 L L cc G ZDGcHETP 3 1 32 1 = 默奇(Murch)等板高度經(jīng)驗公式中的常數(shù) 填料類型尺寸mmc1c2c3 陶瓷拉西環(huán) 91.36104-0.371.24 12.54.48104-0.241.24 252.39103-0.101.24 弧鞍 501.510301.24 12.52.55104-0.451.11 252.11103-0.141.11 填料塔的附屬結構 填料支承板(Packing support plate ) 主要包括:填料支承裝置、液體分布及再分布
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