化工過程及設(shè)備課程設(shè)計課件

1、2021-10-221化工過程及設(shè)備課程設(shè)計化工過程及設(shè)備課程設(shè)計 信陽師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院信陽師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院劉劉 鵬鵬 教授教授20122012年年0909月月2021-10-222性質(zhì)、任務(wù)與目的性質(zhì)、任務(wù)與目的 化工過程及設(shè)備課程設(shè)計是綜合運用化工過程及設(shè)備課程設(shè)計是綜合運用化工原化工原理理、化工設(shè)備機械基礎(chǔ)化工設(shè)備機械基礎(chǔ)、化工制圖化工制圖、化工儀表及自動化化工儀表及自動化課程和有關(guān)先修課程所學(xué)知課程和有關(guān)先修課程所學(xué)知識，完成以化工單元操作為主的一次工程設(shè)計，從識，完成以化工單元操作為主的一次工程設(shè)計，從而對學(xué)生進(jìn)行一次設(shè)計技能的基本訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生而對學(xué)生進(jìn)行一次設(shè)計技能的基本

2、訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)的書本知識解決實際問題的能力，也綜合運用所學(xué)的書本知識解決實際問題的能力，也為畢業(yè)設(shè)計打下基礎(chǔ)。因此，化工過程及設(shè)備課程為畢業(yè)設(shè)計打下基礎(chǔ)。因此，化工過程及設(shè)備課程設(shè)計是提高學(xué)生實際工作能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)。設(shè)計是提高學(xué)生實際工作能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)。 2021-10-223 1.1.對學(xué)生進(jìn)行化工工程設(shè)計的基本訓(xùn)練，使學(xué)生掌握化工對學(xué)生進(jìn)行化工工程設(shè)計的基本訓(xùn)練，使學(xué)生掌握化工設(shè)計的基本內(nèi)容、程序與方法；設(shè)計的基本內(nèi)容、程序與方法； 2.2.結(jié)合設(shè)計課題培養(yǎng)學(xué)生查閱有關(guān)技術(shù)資料及物性參數(shù)的結(jié)合設(shè)計課題培養(yǎng)學(xué)生查閱有關(guān)技術(shù)資料及物性參數(shù)的能力；能力； 3.3.通過查閱技術(shù)

3、資料，選用設(shè)計計算公式，搜集數(shù)據(jù)，分通過查閱技術(shù)資料，選用設(shè)計計算公式，搜集數(shù)據(jù)，分析工藝參數(shù)與結(jié)構(gòu)尺寸間的相互影響，增強學(xué)生分析問題、析工藝參數(shù)與結(jié)構(gòu)尺寸間的相互影響，增強學(xué)生分析問題、解決問題的能力；解決問題的能力； 4.4.通過編寫設(shè)計說明書，提高學(xué)生文字表達(dá)能力，掌握撰通過編寫設(shè)計說明書，提高學(xué)生文字表達(dá)能力，掌握撰寫技術(shù)文件的有關(guān)要求；寫技術(shù)文件的有關(guān)要求； 5.5.了解一般化工設(shè)備圖基本要求，對學(xué)生進(jìn)行繪圖基本技了解一般化工設(shè)備圖基本要求，對學(xué)生進(jìn)行繪圖基本技能訓(xùn)練；能訓(xùn)練； 通過課程設(shè)計達(dá)到以下目的：通過課程設(shè)計達(dá)到以下目的：2021-10-224設(shè)計內(nèi)容設(shè)計內(nèi)容 化工過程及設(shè)備

4、課程設(shè)計主要包括以下內(nèi)容：化工過程及設(shè)備課程設(shè)計主要包括以下內(nèi)容： 1 1、化工工藝設(shè)計、化工工藝設(shè)計 （1 1）設(shè)計方案確定：對選定的工藝路線、主要設(shè)備）設(shè)計方案確定：對選定的工藝路線、主要設(shè)備等作簡要介紹與評述。等作簡要介紹與評述。 （2 2）工藝流程圖繪制：）工藝流程圖繪制：工藝流程圖工藝流程圖用單線形式繪制，用單線形式繪制，用示意圖表示單元操作所有主體設(shè)備及輔助設(shè)備，用示意圖表示單元操作所有主體設(shè)備及輔助設(shè)備，標(biāo)出物流量（或能流量）、物流向、控制閥門，標(biāo)出物流量（或能流量）、物流向、控制閥門，以及溫度、壓力控制點的控制標(biāo)記。以及溫度、壓力控制點的控制標(biāo)記。2021-10-225圖圖1-

5、1合成氨工段方案流程圖合成氨工段方案流程圖2021-10-226（3 3）主要設(shè)備的工藝設(shè)計計算）主要設(shè)備的工藝設(shè)計計算內(nèi)容包括：內(nèi)容包括： 設(shè)計工藝參數(shù)的選定及依據(jù)；設(shè)計工藝參數(shù)的選定及依據(jù)； 系統(tǒng)的物料衡算，產(chǎn)品收率及原料耗用量計算；系統(tǒng)的物料衡算，產(chǎn)品收率及原料耗用量計算； 系統(tǒng)的熱量衡算，水蒸汽耗量計算；系統(tǒng)的熱量衡算，水蒸汽耗量計算； 主要設(shè)備的工藝尺寸設(shè)計計算或校核計算。主要設(shè)備的工藝尺寸設(shè)計計算或校核計算。 （4 4）系統(tǒng)流體力學(xué)性能計算，主要設(shè)備的流體壓降損失計）系統(tǒng)流體力學(xué)性能計算，主要設(shè)備的流體壓降損失計算。算。 （5 5）輔助設(shè)備設(shè)計計算，典型輔助設(shè)備（如風(fēng)機、泵、換）輔

6、助設(shè)備設(shè)計計算，典型輔助設(shè)備（如風(fēng)機、泵、換熱器、貯罐等）主要工藝尺寸或參數(shù)的確定，設(shè)備規(guī)格熱器、貯罐等）主要工藝尺寸或參數(shù)的確定，設(shè)備規(guī)格及型號的選定。及型號的選定。2021-10-2272.2.主體設(shè)備強度設(shè)計：主體設(shè)備強度設(shè)計： 設(shè)備材料選擇、強度設(shè)計、支座設(shè)計等，根據(jù)設(shè)計設(shè)備材料選擇、強度設(shè)計、支座設(shè)計等，根據(jù)設(shè)計結(jié)果繪制主要化工設(shè)備裝配圖結(jié)果繪制主要化工設(shè)備裝配圖 1 1 張，圖面應(yīng)包括下列內(nèi)張，圖面應(yīng)包括下列內(nèi)容：容：設(shè)備總體結(jié)構(gòu)設(shè)計；設(shè)備總體結(jié)構(gòu)設(shè)計； 設(shè)備的主要工藝尺寸；設(shè)備的主要工藝尺寸； 設(shè)備技術(shù)特性表；設(shè)備技術(shù)特性表； 設(shè)備接管表（規(guī)格和用途）；設(shè)備接管表（規(guī)格和用途）；

7、 設(shè)備零部件明細(xì)表。設(shè)備零部件明細(xì)表。 2021-10-2283 .設(shè)計說明書編寫設(shè)計說明書編寫 設(shè)計說明書是將所作的課程設(shè)計予以綜合簡介、設(shè)計說明書是將所作的課程設(shè)計予以綜合簡介、并對設(shè)計給予評述。內(nèi)容包括：并對設(shè)計給予評述。內(nèi)容包括： （ 1 ）設(shè)計任務(wù)書；）設(shè)計任務(wù)書； （ 2 ）目錄；）目錄； （ 3 ）設(shè)計方案簡介與評述；）設(shè)計方案簡介與評述； （ 4 ）工藝設(shè)計及計算；）工藝設(shè)計及計算； （ 5 ）主要設(shè)備設(shè)計；）主要設(shè)備設(shè)計； （ 6 ）輔助設(shè)備選型計算；）輔助設(shè)備選型計算； （ 7 ）設(shè)計結(jié)果匯總表；）設(shè)計結(jié)果匯總表； （ 8 ）參考資料。）參考資料。2021-10-2294

8、.圖紙圖紙 （1）帶控制點工藝流程圖）帶控制點工藝流程圖 1 張張 （2）主體設(shè)備裝配圖）主體設(shè)備裝配圖 1 張張 2021-10-2210時間安排時間安排 主要內(nèi)容主要內(nèi)容時間時間工藝設(shè)計計算含設(shè)計方案確定、工工藝設(shè)計計算含設(shè)計方案確定、工藝流程設(shè)計、主體設(shè)備設(shè)計計算、藝流程設(shè)計、主體設(shè)備設(shè)計計算、主要工藝參數(shù)的計算機優(yōu)化設(shè)計等主要工藝參數(shù)的計算機優(yōu)化設(shè)計等 第第 1 周周設(shè)備強度設(shè)計、輔助設(shè)備的選型計設(shè)備強度設(shè)計、輔助設(shè)備的選型計算、設(shè)計說明書的編寫算、設(shè)計說明書的編寫 第第 2 周周帶控制點的工藝流程圖、設(shè)備裝配帶控制點的工藝流程圖、設(shè)備裝配圖的繪制，答辯圖的繪制，答辯第第 3 周周20

9、21-10-2211成績評定成績評定 完成了所有設(shè)計內(nèi)容并撰寫完課程設(shè)計完成了所有設(shè)計內(nèi)容并撰寫完課程設(shè)計說明書后，進(jìn)行答辯考核。課程設(shè)計成績根說明書后，進(jìn)行答辯考核。課程設(shè)計成績根據(jù)學(xué)生設(shè)計期間的表現(xiàn)、設(shè)計計算結(jié)果、設(shè)據(jù)學(xué)生設(shè)計期間的表現(xiàn)、設(shè)計計算結(jié)果、設(shè)計說明書質(zhì)量、圖紙質(zhì)量及答辯考核情況等計說明書質(zhì)量、圖紙質(zhì)量及答辯考核情況等進(jìn)行綜合評分，并按優(yōu)、良、中、及格、不進(jìn)行綜合評分，并按優(yōu)、良、中、及格、不及格五級記分。及格五級記分。 2021-10-2212主要參考書目主要參考書目 1. 化工原理（上、下冊），譚天恩，麥本熙，丁惠華編著，化工原理（上、下冊），譚天恩，麥本熙，丁惠華編著， 化

10、工出版社，化工出版社， 1998 ； 2. 化工原理課程設(shè)計相關(guān)參考資料化工原理課程設(shè)計相關(guān)參考資料3. 化工設(shè)備機械基礎(chǔ)課程設(shè)計化工設(shè)備機械基礎(chǔ)課程設(shè)計4. 化工設(shè)備機械基礎(chǔ)，刁玉瑋編，大連理工大學(xué)出版社，化工設(shè)備機械基礎(chǔ)，刁玉瑋編，大連理工大學(xué)出版社，5. 物性數(shù)據(jù)的計算與圖表（），王蓮琴編，化工出版社，物性數(shù)據(jù)的計算與圖表（），王蓮琴編，化工出版社， 1992 ； 6. 化工工藝設(shè)計手冊，上、下冊，國家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥化工工藝設(shè)計手冊，上、下冊，國家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥設(shè)計院編，化工出版社，設(shè)計院編，化工出版社， 1986 ； 7. 化工過程及設(shè)備設(shè)計，華南理工大學(xué)，化學(xué)工業(yè)出版社，化工

11、過程及設(shè)備設(shè)計，華南理工大學(xué)，化學(xué)工業(yè)出版社， 1986 ； 8. 化學(xué)工程手冊，化學(xué)工業(yè)出版社，化學(xué)工程手冊，化學(xué)工業(yè)出版社， 1982 2021-10-22131. 板板 式式 塔塔1.1 板式塔結(jié)構(gòu)及性能板式塔結(jié)構(gòu)及性能（1） 板式塔結(jié)構(gòu)板式塔結(jié)構(gòu) 進(jìn)料回流液塔頂氣相塔底液相2021-10-2214塔板結(jié)構(gòu)塔板結(jié)構(gòu) 氣體通道氣體通道 形式很多，如篩板、浮閥、泡罩等，對塔板性能影響很大。形式很多，如篩板、浮閥、泡罩等，對塔板性能影響很大。 降液管（液體通道）降液管（液體通道） 液體流通通道，多為弓形。液體流通通道，多為弓形。 受液盤受液盤 塔板上接受液體的部分。塔板上接受液體的部分。 溢流

12、堰溢流堰 使塔板上維持一定高度的液層，保證兩相充分接觸。使塔板上維持一定高度的液層，保證兩相充分接觸。2021-10-2215浮閥塔板結(jié)構(gòu)浮閥塔板結(jié)構(gòu)2021-10-2216（2） 塔板上的氣塔板上的氣液兩相流動液兩相流動2021-10-2217汽、液兩相接觸方式汽、液兩相接觸方式 全塔：逆流接觸全塔：逆流接觸塔板上：錯流接觸塔板上：錯流接觸兩相流動的推動力兩相流動的推動力 液體：重力液體：重力氣體：壓力差氣體：壓力差2021-10-2218 塔板上塔板上理想流動理想流動情況：情況： 液體橫向均勻流過塔板，氣體從氣體通道上升，均勻穿過液層。液體橫向均勻流過塔板，氣體從氣體通道上升，均勻穿過液層

13、。 氣液兩相接觸傳質(zhì)，達(dá)相平衡，分離后，繼續(xù)流動。氣液兩相接觸傳質(zhì)，達(dá)相平衡，分離后，繼續(xù)流動。 塔板上的塔板上的非理想非理想流動情況流動情況： 氣相或液相返混氣相或液相返混 液沫夾帶、氣泡夾帶 ，即：返混現(xiàn)象返混現(xiàn)象 后果后果：板效率降低板效率降低。 不均勻流動不均勻流動 液面落差液面落差（水力坡度）：引起塔板上氣體分布?xì)怏w分布不均勻； 塔壁作用塔壁作用（阻力）：引起塔板上液體分布液體分布不均勻。后果：后果：使塔板上氣液接觸不充分，板效率降低。板效率降低。2021-10-2219液泛現(xiàn)象液泛現(xiàn)象1.2 塔內(nèi)氣、液兩相異常流動塔內(nèi)氣、液兩相異常流動 （1 1）液泛）液泛 如果由于某種原因，使得

14、氣、液兩相流動不暢，使板上液如果由于某種原因，使得氣、液兩相流動不暢，使板上液層迅速積累，以致充滿整個空間，破壞塔的正常操作，稱此現(xiàn)層迅速積累，以致充滿整個空間，破壞塔的正常操作，稱此現(xiàn)象為象為液泛液泛。2021-10-2220(2) 過量霧沫夾帶液泛過量霧沫夾帶液泛原因：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；氣相在液層中鼓泡，氣泡破裂，將霧沫彈濺至上一層塔板； 氣相運動是噴射狀，將液體分散并可攜帶一部分液沫流動。氣相運動是噴射狀，將液體分散并可攜帶一部分液沫流動。 液泛氣速：液泛氣速： 開始發(fā)生液泛時的氣速開始發(fā)生液泛時的氣速。2021-10-22212）降液管液泛）降

15、液管液泛 當(dāng)塔內(nèi)氣、液兩相流量較大，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)阻力增大導(dǎo)致塔板阻力及降液管內(nèi)阻力增大時，均會引起降液管液層升高，以時，均會引起降液管液層升高，以致達(dá)到上一層塔板，破壞降液管的致達(dá)到上一層塔板，破壞降液管的正常流動，直至液相逐漸充滿塔板正常流動，直至液相逐漸充滿塔板空間，發(fā)生液泛?？臻g，發(fā)生液泛。說明：兩種液泛互相影響和關(guān)聯(lián)，其最終現(xiàn)象相同。說明：兩種液泛互相影響和關(guān)聯(lián)，其最終現(xiàn)象相同。2021-10-2222（2） 嚴(yán)重漏液嚴(yán)重漏液 漏液量增大漏液量增大, ,導(dǎo)致塔板上難以維持正常操作所需的液面導(dǎo)致塔板上難以維持正常操作所需的液面, ,無法無法操作。此漏液

16、為嚴(yán)重漏液，稱相應(yīng)的孔流氣速為操作。此漏液為嚴(yán)重漏液，稱相應(yīng)的孔流氣速為漏液點氣速漏液點氣速 。2021-10-22232.3 常用塔板的類型常用塔板的類型（1）泡罩塔板）泡罩塔板優(yōu)點優(yōu)點：塔板操作彈性大，塔效率也比較高，不易堵。缺點：缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，塔板阻力大。 組成：組成：升氣管和泡罩2021-10-2224圓形泡罩條形泡罩泡罩塔2021-10-2225（2）篩板塔板）篩板塔板優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、造價低、塔板阻力小。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、造價低、塔板阻力小。 目前，廣泛應(yīng)用的一種塔型。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。202

17、1-10-2226（3）浮閥塔板）浮閥塔板圓形浮閥條形浮閥浮閥塔盤方形浮閥2021-10-2227優(yōu)點：浮閥根據(jù)氣體流量，自動調(diào)節(jié)開度，提高了塔板的操作彈優(yōu)點：浮閥根據(jù)氣體流量，自動調(diào)節(jié)開度，提高了塔板的操作彈性、降低塔板的壓降，同時具有較高塔板效率，在生產(chǎn)中得到廣性、降低塔板的壓降，同時具有較高塔板效率，在生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。泛的應(yīng)用。缺點：浮閥易脫落或損壞。缺點：浮閥易脫落或損壞。方形浮閥F1型浮閥2021-10-2228（4）多降液管（）多降液管（MD）塔板）塔板 優(yōu)點：優(yōu)點：提高允許液體流量2021-10-22291.4 篩板塔化工設(shè)計計算篩板塔化工設(shè)計計算（1）塔的有效高度）塔的有

18、效高度 Z 已知：已知：實際塔板數(shù) NP ； 塔板間距 HT； pTNHZ 選取塔板間距選取塔板間距 HT ：理論塔板數(shù)計算軟件塔塔 徑徑D ， m0.3-0.50.5-0.80.8-1.61.6-2.02.0-2.42.4塔塔 板板 間間 距距HT， m0.2-0.30.3-0.350.35-0.450.45-0.60.5-0.8 0.6塔板間距和塔徑的經(jīng)驗關(guān)系塔板間距和塔徑的經(jīng)驗關(guān)系塔體高度：有效高塔體高度：有效高+頂部頂部+底部底部+ 其它其它 有效塔高：有效塔高：2021-10-2230VVLfCuLVmVmLvlVVVLLVqqqqFss C：氣體負(fù)荷因子，與 HT、 液體表面張力和

19、兩相接觸狀況有關(guān)。有關(guān)。 液泛氣速液泛氣速兩相流動參數(shù)兩相流動參數(shù) FLV：（2）塔徑）塔徑 確定原則：確定原則： 防止過量液沫夾帶液泛 步驟：步驟： 先確定液泛氣速 uf (m/s)； 然后選設(shè)計氣速 u； 最后計算塔徑 D。2 . 02020CC2021-10-2231對于篩板塔(浮閥、泡罩塔)，可查圖 ，C20=(HT 、FLV)0.2HT=0.60.450.30.150.40.30.21.00.70.10.040.030.020.070.010.040.030.020.070.010.10.090.060.05vlVVVLLVssqqFVLVf20 uC篩板塔泛點關(guān)聯(lián)圖塔板間距塔板間距

20、 H HT T2021-10-2232 選取設(shè)計氣速選取設(shè)計氣速 u 選取泛點率：泛點率： u / uf 一般液體， 0.6 0.8 易起泡液體，0.5 0.6uVAs所需氣體流通截面積所需氣體流通截面積設(shè)計氣速設(shè)計氣速 u = 泛點率泛點率 ufADAd 計算塔徑計算塔徑 DTdTAAAA1塔截面積：塔截面積：A = AT - AdTAD4塔徑塔徑說明：計算塔徑需圓整，且重新計算實際氣速及泛點率。說明：計算塔徑需圓整，且重新計算實際氣速及泛點率。液泛氣速 uf2021-10-2233（3）溢流裝置設(shè)計）溢流裝置設(shè)計 溢流型式的選擇溢流型式的選擇 依據(jù)：依據(jù)：塔徑 、流量； 型式型式：單流型、

21、U 形流型、雙流型、階梯流型等。 降液管形式和底隙降液管形式和底隙 降液管：弓形弓形、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）溢流堰（出口堰） 作用作用：維持塔板上一定液層，使液體均勻橫向流過。 型式型式：平直堰、溢流輔堰、三角形齒堰及柵欄堰。2021-10-2235堰長堰長 lW ：影響液層高度。堰高堰高 hW：直接影響塔板上液層厚度 過小，過小，相際傳質(zhì)面積過小； 過大過大，塔板阻力大，效率低。 常、加壓塔：40 80 mm ； 減壓塔：25 mm 左右。 TdWAAfDlDbfDldW75. 06 .

22、0 DlW7 . 05 . 0 DlW說明：通常應(yīng)使溢流強度說明：通常應(yīng)使溢流強度qVLh/lW 不大于不大于100130 m3/（m h）。）。 或： 雙流型:單流型：2021-10-22363/231084.2WVLowlqEhh(4) 塔板及其布置塔板及其布置 受液區(qū)和降液區(qū)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)入口安定區(qū)和出口安定區(qū) 其中， E：液流收縮系數(shù)，：液流收縮系數(shù)，一般可近似取 E =1。mmhOW6mmbbss10050mmbc50堰上方液頭高度堰上方液頭高度 hOW ：要求：要求： 邊緣區(qū)：邊緣區(qū)：bcbdbslWrx2021-10-2237)sin(

23、21222rxrxrxAa)sin( 2)sin( 211221211222rxrxrxrxrxrxAa（5）篩孔的尺寸和排列）篩孔的尺寸和排列 篩孔篩孔： 有效傳質(zhì)區(qū)內(nèi)，常按正三角形排列。 篩板開孔率篩板開孔率 ： 單流型弓形降液管塔板單流型弓形降液管塔板： 有效傳質(zhì)區(qū)：有效傳質(zhì)區(qū)： 雙流型弓形降液管塔板雙流型弓形降液管塔板：20220907. 060sin21421tdtdAAoaobcbdbslWrxd0t2021-10-223800AquSVV20200785. 04dAdAna篩孔直徑篩孔直徑 d0 : 3 8 mm (一般)。 12 25 mm (大篩孔) 孔中心距孔中心距 t :

24、 (2.55) d0 取整。 開孔率開孔率: : 通常為 0.08 0.12。 板厚：板厚：碳鋼（3 4mm）、不銹鋼。 篩孔氣速：篩孔氣速：篩孔數(shù)：篩孔數(shù)：d0t2021-10-2239(6) 塔板的校核塔板的校核 對初步設(shè)計的結(jié)果進(jìn)行調(diào)整和修正。VmVmLVLmeqqeeqevVVLVLVmLmvssqqqqe11 液沫夾帶量校核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

25、塔板液體流量的分?jǐn)?shù)。 故有： 所以2021-10-22402 . 33107 . 5fTvHHue說明：說明：超過允許值，可調(diào)整塔板間距塔板間距或塔徑塔徑。 ev的計算方法的計算方法：方法1：利用Fair關(guān)聯(lián)圖求，進(jìn)而求出ev。方法2：用Hunt經(jīng)驗公式計算ev。)(5 . 2OWWfhhH式中Hf 為板上泡沫層高度：要求要求： ev 0.1 kg 液體 / kg氣體。2021-10-2241 塔板阻力的計算和校核塔板阻力的計算和校核 塔板阻力：塔板阻力：液柱mgphLff 塔板阻力 hf包括 以下幾部分: （a）干板阻力 h0氣體通過板上孔的阻力（設(shè)無液體時）； （b）液層阻力 hl 氣體通

26、過液層阻力； （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）干板阻力h0200,021CuggphLVLof2021-10-2242d0/C0塔板孔流系數(shù)C0 孔流系數(shù)孔流系數(shù)2021-10-2243OWWlhhh（b）液層阻力）液層阻力 hl查圖求充氣系數(shù)查圖求充氣系數(shù)2/1V32/1aamkgsmuF2021-10-2244說明：說明：若塔板阻力過大，可增加開孔率增加開孔率或 降低堰高。降低堰高。03104dghL（c）克服液體表面張力阻力克服液體表面張力阻力（一般可不計） 降液管液泛校核降液管液泛校核dLOWWdhgpphhH12dfOWWhhhh故塔板阻

27、力：hhhhLf0降液管中清液柱高度降液管中清液柱高度 (m)2021-10-2245)()()4(0476.032vLfsLfbHLZHb（a） 液面落差液面落差一般較小，可不計。當(dāng)一般較小，可不計。當(dāng)不可忽略時不可忽略時，一般要求：一般要求： 0.5h0282211018. 1153. 02bWsbWsddhlLhlLguh（b b） 液體通過降液管阻力液體通過降液管阻力 hd21dddhhh包括底隙阻力 hd1和進(jìn)口堰阻力hd2。無進(jìn)口堰時：無進(jìn)口堰時：02dh2021-10-2246dlLddHHHWTdhHH泡沫層高度泡沫層高度要求：要求：說明：說明：若泡沫高度過大，可減小塔板阻力減

28、小塔板阻力或 增大塔板間距。增大塔板間距。泡沫層相對密度：對不易起泡物系，6 . 05 . 04 . 03 . 0易起泡物系， 液體在降液管中停留時間校核液體在降液管中停留時間校核 目的：目的：避免嚴(yán)重的氣泡夾帶。 sVLTdqHA停留時間：停留時間：要求：要求：s53說明：說明：停留時間過小，可增加降液管面積增加降液管面積 或 增大塔板間距。增大塔板間距。2021-10-2247（a）計算嚴(yán)重漏液時干板阻力嚴(yán)重漏液時干板阻力 h0 hhhhOWW13.00056.00（b）計算漏液點氣速漏液點氣速 u0 0002hgCuVL說明：說明：如果穩(wěn)定系數(shù)k過小，可 減小開孔率減小開孔率 或 降低堰

29、高。降低堰高。 嚴(yán)重漏液校核嚴(yán)重漏液校核 漏液點氣速漏液點氣速 u0 ：發(fā)生嚴(yán)重漏液時篩孔氣速。 穩(wěn)定系數(shù)：穩(wěn)定系數(shù)：00uuk要求：要求：25 . 1k2021-10-2248 過量液沫夾帶線（氣相負(fù)荷上限線）過量液沫夾帶線（氣相負(fù)荷上限線） 規(guī)定：ev = 0.1（ kg 液體 / kg氣體） 為限制條件。3232 . 313)(101 . 75 . 21081. 8WVLWTVVlqhHAqhh（6）塔板的負(fù)荷性能圖）塔板的負(fù)荷性能圖確定塔板的操作彈性 液相下限線液相下限線006. 01084. 23/23WVLowlqEhh整理出：規(guī)定：WVLhlq07. 3 嚴(yán)重漏液線（氣相下限線）

30、嚴(yán)重漏液線（氣相下限線）hhhhOWW13.00056.002021-10-2249代入相關(guān)公式，如hOW、u0，整理出。 液相上限線液相上限線sLHAsTd5dThAHV720 降液管液泛線降液管液泛線WTdhHHLvcugh2000)(21WTbWhWhhLVhHhlLlLndV)5 . 1(1018. 11026. 41041. 3283232208規(guī)定：2021-10-2250min,max,hhVVVVqqmin,max,hhVLVLqq塔板的操作彈性：塔板的操作彈性： 或2021-10-2251塔體塔體：一般取為圓筒形，可由金屬、塑：一般取為圓筒形，可由金屬、塑料或陶瓷制成，金屬筒

31、體內(nèi)壁常襯以防料或陶瓷制成，金屬筒體內(nèi)壁常襯以防腐材料。腐材料。 填料填料：大致可分為散裝填料和規(guī)整填料：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。兩大類，是傳熱和傳質(zhì)的場所。塔內(nèi)件塔內(nèi)件：包括填料支承與壓緊裝置、液：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與氣體分布器、液體再分布器以及氣體除沫器等。體除沫器等。操作原理操作原理：液體經(jīng)塔頂噴淋裝置均勻分：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，并與在壓強差推動下穿自上而下流動，并與在壓強差推動下穿過填料空隙的氣體相互接觸，發(fā)生傳熱過填料空隙的

32、氣體相互接觸，發(fā)生傳熱和傳質(zhì)。和傳質(zhì)。 7653421液體氣體82021-10-2252填料（Tower packing） 填料塔的核心填料塔的核心，是氣液兩相接觸進(jìn)行質(zhì)、熱傳遞的場所。，是氣液兩相接觸進(jìn)行質(zhì)、熱傳遞的場所。填料的流體力學(xué)和傳質(zhì)性能與填料的材質(zhì)、大小和幾何形狀填料的流體力學(xué)和傳質(zhì)性能與填料的材質(zhì)、大小和幾何形狀緊密相關(guān)，材質(zhì)一定時，表征填料特性的數(shù)據(jù)主要有：緊密相關(guān)，材質(zhì)一定時，表征填料特性的數(shù)據(jù)主要有：比表面積比表面積 a：單位體積填料層所具有的表面積：單位體積填料層所具有的表面積(m2/m3)。被液。被液體潤濕的填料表面就是氣液兩相的接觸面。大的體潤濕的填料表面就是氣液兩相

33、的接觸面。大的 a 和良好的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，小，a 越大，但氣體流動的阻力也要增加。越大，但氣體流動的阻力也要增加?？障堵士障堵?：單位體積填料所具有的空隙體積單位體積填料所具有的空隙體積(m3/m3)。代表的。代表的是氣液兩相流動的通道，是氣液兩相流動的通道， 大，氣、液通過的能力大，氣體大，氣、液通過的能力大，氣體流動的阻力小。流動的阻力小。 = 0.450.95。填料因子填料因子 ：填料比表面積與空隙率三次方的比值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(xué)性能

34、，值越小，流動阻力越小。，表示填料的流體力學(xué)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。有干填料因子與濕填料因子之分。2021-10-2253填料（Tower packing） 堆積密度堆積密度 p ：單位體積填料的質(zhì)量單位體積填料的質(zhì)量(kg/m3)。在機械強度允。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。而既可降低成本又可增加空隙率。機械強度機械強度大大，化學(xué)穩(wěn)定性化學(xué)穩(wěn)定性好以及好以及價格低廉價格低廉等也是優(yōu)良填料應(yīng)等也是優(yōu)良填料應(yīng)盡量兼有的性質(zhì)。盡量兼有的性質(zhì)。注意注意

35、：一些難以定量表達(dá)的因素一些難以定量表達(dá)的因素(幾何形狀幾何形狀)對填料的流體力對填料的流體力學(xué)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(jìn)學(xué)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(jìn)填料幾何形狀使之更為合理，從而獲得高的填料效率。填料幾何形狀使之更為合理，從而獲得高的填料效率。 常用的填料（Typical tower packing） 常用的填料可分為常用的填料可分為散裝填料散裝填料和和規(guī)整填料規(guī)整填料兩大類。散裝填料在兩大類。散裝填料在塔內(nèi)可亂堆，也可以整砌。塔內(nèi)可亂堆，也可以整砌。2021-10-2254優(yōu)點：優(yōu)點：易于制造，價格低廉，且對它易于制造，價格低廉，且對它的研究

36、較為充分，所以在過去較長的的研究較為充分，所以在過去較長的時間內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。時間內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。缺點：缺點：高徑比大，堆積時填料間易形高徑比大，堆積時填料間易形成線接觸，故液體常存在嚴(yán)重的溝流成線接觸，故液體常存在嚴(yán)重的溝流和壁流現(xiàn)象。且拉西環(huán)填料的內(nèi)表面和壁流現(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。潤濕率較低，因而傳質(zhì)速率也不高。拉西環(huán)（拉西環(huán)（Raschig ring）填料）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(chǔ)上衍生了在拉西環(huán)基礎(chǔ)上衍生了環(huán)、十字環(huán)及螺旋環(huán)等，其基本改環(huán)、十字環(huán)及螺旋環(huán)等，其基本改進(jìn)是在拉西環(huán)內(nèi)增加一結(jié)構(gòu)

37、，以增大填料的比表面積。進(jìn)是在拉西環(huán)內(nèi)增加一結(jié)構(gòu)，以增大填料的比表面積。2021-10-2255鮑爾環(huán)（鮑爾環(huán)（Pall ringPall ring）填料）填料在環(huán)的側(cè)壁上開一層或兩層長方形在環(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。上下兩層長是形成向內(nèi)彎的葉片。上下兩層長方形小孔位置交錯。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(yīng)用十分廣鮑爾環(huán)填料的優(yōu)良性能使它一直為工業(yè)所重視，應(yīng)用十分廣泛。可由陶瓷、金屬或塑料制成。泛?？捎商沾伞⒔饘倩蛩芰现瞥?。同尺寸的鮑爾環(huán)與拉西環(huán)雖有相同同尺寸的鮑爾環(huán)與拉西環(huán)雖有相同

38、的比表面積和空隙率，但鮑爾環(huán)在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。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。效率較高，溝流現(xiàn)象也大大降低。2021-10-2256這樣的結(jié)構(gòu)使得階梯環(huán)填料的性能在鮑爾這樣的結(jié)構(gòu)使得階梯環(huán)填料的性能在鮑爾環(huán)的基礎(chǔ)上又有提高，其生產(chǎn)能力可提高環(huán)的基礎(chǔ)上又有提高，其生產(chǎn)能力可提高約約10%10%，壓降則可降低，壓降則可降低25%25%，且由于填料，且由于填料間呈

39、多點接觸，床層均勻，較好地避免了間呈多點接觸，床層均勻，較好地避免了溝流現(xiàn)象。溝流現(xiàn)象。階梯環(huán)填料（階梯環(huán)填料（Stair ring）階梯環(huán)填料的結(jié)構(gòu)與鮑爾環(huán)填料相似，環(huán)階梯環(huán)填料的結(jié)構(gòu)與鮑爾環(huán)填料相似，環(huán)壁上開有長方形小孔，環(huán)內(nèi)有兩層交錯壁上開有長方形小孔，環(huán)內(nèi)有兩層交錯 4545的十字形葉片，環(huán)的高度為直徑的一的十字形葉片，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。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(yīng)用。開孔的填料，因此獲得廣泛的應(yīng)用。2021-10-22

40、57弧鞍形弧鞍形(Berl saddle)矩鞍形矩鞍形(Intalox saddle)填料填料一種表面全部展開的具有馬鞍形狀的瓷質(zhì)一種表面全部展開的具有馬鞍形狀的瓷質(zhì)型填料型填料 ( (馬鞍填料馬鞍填料) )?；“疤盍显谒?nèi)呈?；“疤盍显谒?nèi)呈相互搭接狀態(tài)，形成弧形氣體通道，相互搭接狀態(tài)，形成弧形氣體通道，優(yōu)點優(yōu)點：空隙率高，氣體阻力小，液體分布：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)。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，且填料兩面大小矩鞍填料的兩端為矩形，且填料兩面大小不等?？朔嘶“疤盍舷嗷ブ丿B的缺點，不等?？朔嘶“疤盍舷嗷ブ丿B的缺點，填料的均勻性得到

41、改善。液體分布均勻，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。前采用最多的一種瓷質(zhì)填料。缺點缺點：相鄰填料易相互套疊，使填料有效表面降低，從而影：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。響傳質(zhì)速率。2021-10-2258優(yōu)點優(yōu)點：網(wǎng)絲細(xì)密，空隙很高，比表：網(wǎng)絲細(xì)密，空隙很高，比表面積很大。由于毛細(xì)管作用，填料面積很大。由于毛細(xì)管作用，填料表面潤濕性能很好。故網(wǎng)體填料氣表面潤濕性能很好。故網(wǎng)體填料氣體阻力小，傳質(zhì)速率高。體阻力小，傳質(zhì)速率高。缺點：缺點：造價很高，故多用于實驗室造價很高

42、，故多用于實驗室中難分離物系的分離。中難分離物系的分離。 金屬英特洛克斯（金屬英特洛克斯（Intalox）填料）填料有環(huán)形與鞍形的結(jié)構(gòu)特點，生產(chǎn)能力大、壓有環(huán)形與鞍形的結(jié)構(gòu)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。彈性大，在減壓蒸餾中其優(yōu)勢更為顯著。與實體填料對應(yīng)的另一類填料為網(wǎng)體填料。與實體填料對應(yīng)的另一類填料為網(wǎng)體填料。有多種形式，如金屬絲網(wǎng)制成的網(wǎng)環(huán)和鞍型網(wǎng)等。有多種形式，如金屬絲網(wǎng)制成的網(wǎng)環(huán)和鞍型網(wǎng)等。網(wǎng)體填料（網(wǎng)體填料（Wire gauze packings）2021-10-2259規(guī)整填料規(guī)整

43、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。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(jié)構(gòu)尺寸，疊成圓筒形整塊放入塔內(nèi)或使用時根據(jù)填料塔的結(jié)構(gòu)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。分塊拼成圓筒形在塔內(nèi)砌裝。優(yōu)點優(yōu)點：空隙大，生產(chǎn)能力大，壓降小。流道規(guī)則，只要液體：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(yīng)，通常具有很高的傳質(zhì)效率。料幾乎無放大效應(yīng)，通常具有很高的傳質(zhì)效率。缺點缺點：造價較高，易堵塞難清洗，因此工業(yè)上一般用于較難：造價較

44、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。分離或分離要求很高的情況。 2021-10-2260規(guī)整填料規(guī)整填料Corrugated MetalPlates Packings 6400金屬板波紋規(guī)整填料 300脈沖規(guī)整填料脈沖規(guī)整填料各種陶瓷規(guī)整填料各種陶瓷規(guī)整填料2021-10-2261填料的流體力學(xué)性能填料的流體力學(xué)性能 壓降壓降填料塔效率主要取決于填充填料流體力學(xué)性能和傳質(zhì)性能。填料塔效率主要取決于填充填料流體力學(xué)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(shè)計和操作壓降、液泛氣速、持液量及氣液分布對填料塔的設(shè)計和操作參數(shù)的確定至關(guān)重要。參數(shù)的確定至關(guān)

45、重要。壓降與氣速的關(guān)系：壓降與氣速的關(guān)系：氣體通過干填料層時的氣體通過干填料層時的流動與氣體通過顆粒固流動與氣體通過顆粒固定床的流動相似，只是定床的流動相似，只是通常填料層的空隙率更通常填料層的空隙率更大，故氣體在空隙中的大，故氣體在空隙中的流速更高而處于湍流。流速更高而處于湍流。載液區(qū)高液量低液量CCBBAAL=0L1L2lg ulg p載點氣速液泛氣速2021-10-2262有一定持液量時，有一定持液量時， pu 將不再為簡單的直線關(guān)將不再為簡單的直線關(guān)系系(噴淋密度為噴淋密度為L1、L2曲曲線線)，且存在兩個較明顯，且存在兩個較明顯的轉(zhuǎn)折點。的轉(zhuǎn)折點。壓降壓降氣體通過干填料層的壓氣體通過

46、干填料層的壓降降 p 與空塔氣速與空塔氣速 u 的關(guān)的關(guān)系在雙對數(shù)坐標(biāo)上為直系在雙對數(shù)坐標(biāo)上為直線，斜率線，斜率 1.82.0。原因原因：噴淋液體在填料上形成液膜，占據(jù)部分空隙，減小了：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。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CCBBAAL=0L1L2lg ulg p載點氣速液泛氣速2021-10-2263P點后，液沫夾帶量點后，液沫夾帶量 ，液相返混，液相返混可導(dǎo)致填料效率可導(dǎo)致填料效率 ，(HETP )。載點載點(B)后，持液量后，持液量 ，氣液相互作，氣液相互作用用 ，相界面積，相界面

47、積 ，湍動增強，湍動增強 ，傳，傳質(zhì)過程質(zhì)過程 ，填料效率，填料效率 (HETP )；載液和液泛對傳質(zhì)的影響：載液和液泛對傳質(zhì)的影響：壓降壓降氣速較低時，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(guān)，氣體壓降與氣速的關(guān)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 LPB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。到較高的傳質(zhì)效率，填料層的壓降也不會過大。 2021-10-2264壓降與氣速的

48、關(guān)聯(lián)圖壓降與氣速的關(guān)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。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(yīng)控制的壓降范圍不同。選擇填料和確定塔徑時，不同系統(tǒng)應(yīng)控制的壓降范圍不同。吸收吸收（mmH2O/m）蒸餾蒸餾（mmH2O/m）系統(tǒng)不起泡系統(tǒng)不起泡系統(tǒng)起泡系統(tǒng)起泡常壓或加壓常壓或加壓真空真空20358203565835壓降壓降：表面摩擦阻力：表面摩擦阻力+形體阻力，前者是氣體在空隙中流動形體阻力，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(yīng)力，后者是由于氣時在填料表面和氣液界面上產(chǎn)生的粘性應(yīng)力，后者是由于氣體流道的突然增大或縮小

49、，方向的改變等造成的動能損失。體流道的突然增大或縮小，方向的改變等造成的動能損失。影響因素影響因素：填料特性：填料特性(幾何形狀、比表面積、幾何形狀、比表面積、 等等)，流體物，流體物性性( 、 等等)以及操作條件以及操作條件(氣液流量、氣液流量、T 等等)。難以進(jìn)行準(zhǔn)確的理論計算，迄今仍然只能由各種經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式難以進(jìn)行準(zhǔn)確的理論計算，迄今仍然只能由各種經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式或關(guān)聯(lián)圖進(jìn)行估算?；蜿P(guān)聯(lián)圖進(jìn)行估算。2021-10-2265埃克特?？颂?(Eckert) 壓降通用關(guān)聯(lián)圖壓降通用關(guān)聯(lián)圖橫坐標(biāo)：橫坐標(biāo)：GG ,GL 氣體和液體的質(zhì)量流速，氣體和液體的質(zhì)量流速，kg/(m2.s)； u 空塔氣速，空塔氣

50、速，m/s； V , L 氣體和液體的密度，氣體和液體的密度，kg/m3； L 液體的粘度，液體的粘度，mPa.s；WG ,WL 氣體和液體的質(zhì)量流量，氣體和液體的質(zhì)量流量，kg/s； 濕填料因子濕填料因子(泛點填料因子泛點填料因子)，1/m； Vs ,Ls 氣體和液體的體積流量，氣體和液體的體積流量，m3/s； g 重力加速度重力加速度 9.81m/s2； 液體密度校正系數(shù)液體密度校正系數(shù)(水與液相密度之比水與液相密度之比 = / L) 。縱坐標(biāo)：縱坐標(biāo)：5 . 05 . 05 . 0,VLssLVGLLVGLVLWWGG或2 . 022 . 02LLVGLLVgGgu或2021-10-22

51、66?？颂匕？颂?(Eckert) 壓降通用關(guān)聯(lián)圖壓降通用關(guān)聯(lián)圖適用范圍適用范圍：亂堆填料：亂堆填料(Random packings)，如拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、如拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、矩鞍環(huán)等。矩鞍環(huán)等。與泛點線相對應(yīng)的空與泛點線相對應(yīng)的空塔氣速為空塔液泛氣塔氣速為空塔液泛氣速。速。利用此圖可根據(jù)選定利用此圖可根據(jù)選定的空塔氣速求壓降，的空塔氣速求壓降，或根據(jù)規(guī)定的壓降求或根據(jù)規(guī)定的壓降求算相應(yīng)的空塔氣速。算相應(yīng)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。亂堆填料的等壓降線。2021-10-2

52、267泛點氣速泛點氣速泛點：泛點：液泛開始發(fā)生，是填料塔的操作極限。液泛開始發(fā)生，是填料塔的操作極限。泛點氣速：泛點氣速：開始發(fā)生液泛時的氣速，泛點的直接表達(dá)參數(shù)。開始發(fā)生液泛時的氣速，泛點的直接表達(dá)參數(shù)。 為防止液泛發(fā)生，最大操作氣速應(yīng)為防止液泛發(fā)生，最大操作氣速應(yīng) 95% 95%泛點氣速，設(shè)計點的氣速泛點氣速，設(shè)計點的氣速通常取泛點氣速的通常取泛點氣速的50%80%50%80%。故正確估算泛點氣速對填料塔的設(shè)計和。故正確估算泛點氣速對填料塔的設(shè)計和操作都十分重要。操作都十分重要。 填料的種類，物系的物性以及氣、液相負(fù)荷等因素對泛點都有一定填料的種類，物系的物性以及氣、液相負(fù)荷等因素對泛點都

53、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)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(guān)聯(lián)式或關(guān)聯(lián)圖。驗關(guān)聯(lián)式或關(guān)聯(lián)圖。 對于散裝填料，目前廣泛采用?？颂貙τ谏⒀b填料，目前廣泛采用?？颂?Eckert)(Eckert)壓降和氣速通用關(guān)聯(lián)壓降和氣速通用關(guān)聯(lián)圖中的泛點曲線。圖中的泛點曲線。 規(guī)整填料有類似的泛點實驗關(guān)聯(lián)圖，可參考有關(guān)文獻(xiàn)。規(guī)整填料有類似的泛點實驗關(guān)聯(lián)圖，可參考有關(guān)文獻(xiàn)。 根據(jù)兩相流動參數(shù)即可由?？颂馗鶕?jù)兩相流動參數(shù)即可由埃克特(Eckert)(Eckert)關(guān)聯(lián)圖中的泛點線查縱坐關(guān)聯(lián)圖中的泛點線查縱坐標(biāo)值，若填料因子已知，即可求得泛點氣速。標(biāo)值

54、，若填料因子已知，即可求得泛點氣速。 2021-10-2268持液量（持液量（Liquid holdup）填料的持液量填料的持液量：操作時單位體積填料在表面和空隙中所積存的液體體積：操作時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。量。由靜持液量和動持液量兩部分組成。動持液量：動持液量：停止氣液兩相進(jìn)料后從填料中排放出來的液體。與填料特性停止氣液兩相進(jìn)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(guān)。，物性及氣液兩相流量有關(guān)。靜持液量靜持液量：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：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

55、面積，表面特征及潤濕性有關(guān)。積，表面特征及潤濕性有關(guān)。 持液量對填料的壓降、氣液通量以及分離效率均有影響。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。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。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。填料塔穩(wěn)定操作時持液量越小，靈敏度越高。理想的操作理想的操作：大傳質(zhì)表面，較小持液量。：大傳質(zhì)表面，較小持液量。 2021-10-2269填料塔內(nèi)的氣、液分布填料塔內(nèi)的氣

56、、液分布 氣、液兩相分布不均勻?qū)λ蕰a(chǎn)生不利的影響。氣、液兩相分布不均勻?qū)λ蕰a(chǎn)生不利的影響。小尺度不良分布小尺度不良分布：單個填料尺度或規(guī)整填料的通道尺度上的不均勻：單個填料尺度或規(guī)整填料的通道尺度上的不均勻分布。分布。原因原因：由于氣體的彌散性，氣體在小尺度上容易分布均勻。而液體：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(guān)。即使填料潤濕能否在填料表面擴展成膜與填料的潤濕性直接相關(guān)。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

57、為細(xì)股流，使另一部分填料表面不能為液層后部分液體必然會匯集為細(xì)股流，使另一部分填料表面不能為液體所潤濕。體所潤濕。 小尺度的不良分布是填料的特性，當(dāng)液體流經(jīng)一定距離后，這種小尺度的不良分布是填料的特性，當(dāng)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。良分布較規(guī)整填料突出。2021-10-2270填料塔內(nèi)的氣、液分布填料塔內(nèi)的氣、液分布大尺度不良分布：大尺度不良分布：由液體初始分布不均、填料層結(jié)構(gòu)不均和塔體傾斜等由液體初始分布不均、填料層結(jié)構(gòu)不均和塔體傾斜等非正常因素所引起。非正常

58、因素所引起。壁效應(yīng)：壁效應(yīng)：若塔壁附近空隙率顯著大于填料主體區(qū)，則會造成液體向壁區(qū)若塔壁附近空隙率顯著大于填料主體區(qū)，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。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。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。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，使填大尺度液流不均還會引發(fā)氣流分布不均，造

59、成氣體走短路，使填料塔操作惡化。料塔操作惡化。改進(jìn)措施：改進(jìn)措施：加強液流入塔的初始分布均勻性，在塔內(nèi)設(shè)置液體再分布器加強液流入塔的初始分布均勻性，在塔內(nèi)設(shè)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，填料充填均勻，對大型塔填料尺寸與塔徑之比不大于 1/30 1/30 以避免壁以避免壁效應(yīng)等。效應(yīng)等。2021-10-2271填料塔塔徑與塔高的計算 塔徑塔徑 填料塔的直徑可根據(jù)圓形管道內(nèi)的流量公式計算填料塔的直徑可根據(jù)圓形管道內(nèi)的流量公式計算uVDs4式中：式中：Vs 操作條件下氣體體積流量，操作條件下氣體體積流量，m3/s； u 操作條件下的空塔氣速，操作條件下的空塔氣速，m

60、/s。 一般取一般取 u = (0.50.8) uf 。對一定氣體負(fù)荷，塔徑計算關(guān)鍵在于空塔泛點氣速的求取。當(dāng)缺乏實測對一定氣體負(fù)荷，塔徑計算關(guān)鍵在于空塔泛點氣速的求取。當(dāng)缺乏實測數(shù)據(jù)時，泛點氣速數(shù)據(jù)時，泛點氣速 uf 可用?？颂乜捎冒？颂?Eckert)壓降關(guān)聯(lián)圖估算。一般填料塔壓降關(guān)聯(lián)圖估算。一般填料塔的操作氣速大致在的操作氣速大致在 0.21.0 m/s。按上式算出的塔徑，應(yīng)按壓力容器公稱直徑進(jìn)行圓整，如圓整為按上式算出的塔徑，應(yīng)按壓力容器公稱直徑進(jìn)行圓整，如圓整為600、800、1000、1200 mm 等。等。2021-10-2272塔徑塔徑驗算液體噴淋密度，以確保填料能得到充分的潤