分離設(shè)備的處理能力和效率培訓(xùn)課程

1、 化工分離工程化工分離工程 Chemical Separation Processes第八章第八章 分離設(shè)備的處理分離設(shè)備的處理能力和效率能力和效率2 8.1 氣液傳質(zhì)設(shè)備的處理能力和效率氣液傳質(zhì)設(shè)備的處理能力和效率 8.1.1 氣液傳質(zhì)設(shè)備處理能力的影響因素氣液傳質(zhì)設(shè)備處理能力的影響因素 8.1.2 氣液傳質(zhì)設(shè)備的效率及其影響因素氣液傳質(zhì)設(shè)備的效率及其影響因素 8.1.3 氣液傳質(zhì)設(shè)備效率的估計(jì)方法氣液傳質(zhì)設(shè)備效率的估計(jì)方法 8.2 傳質(zhì)設(shè)備的選擇傳質(zhì)設(shè)備的選擇 8.2.1 氣液傳質(zhì)設(shè)備的選擇氣液傳質(zhì)設(shè)備的選擇 8.2.2 萃取設(shè)備的選擇萃取設(shè)備的選擇第八章第八章 分離設(shè)備的處理能力和效率分

2、離設(shè)備的處理能力和效率3 本章將要研究傳質(zhì)設(shè)備問題，重點(diǎn)分析本章將要研究傳質(zhì)設(shè)備問題，重點(diǎn)分析和討論影響和討論影響氣液傳質(zhì)設(shè)備的處理能力和效率氣液傳質(zhì)設(shè)備的處理能力和效率的因素，確定的因素，確定效率的經(jīng)驗(yàn)方法和機(jī)理模型效率的經(jīng)驗(yàn)方法和機(jī)理模型。同時(shí)還對(duì)同時(shí)還對(duì)氣液和液液傳質(zhì)設(shè)備的選型氣液和液液傳質(zhì)設(shè)備的選型問題進(jìn)問題進(jìn)行了研討。行了研討。第八章第八章 分離設(shè)備的處理能力和效率分離設(shè)備的處理能力和效率48.1 氣液傳質(zhì)設(shè)備的處理能力和效率氣液傳質(zhì)設(shè)備的處理能力和效率氣液分離設(shè)備分類氣液分離設(shè)備分類微分接觸式（填料塔）微分接觸式（填料塔） 氣液分離設(shè)備氣液分離設(shè)備逐級(jí)接觸式（板式塔）逐級(jí)接觸式（板

3、式塔） 58.1 氣液傳質(zhì)設(shè)備的處理能力和效率氣液傳質(zhì)設(shè)備的處理能力和效率逐級(jí)接觸式（板式塔）逐級(jí)接觸式（板式塔） 在圓柱形殼體內(nèi)按一定間距在圓柱形殼體內(nèi)按一定間距水平設(shè)置若干層塔板，液體靠重水平設(shè)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塔底排出，各層塔板上保持有一定厚度的流動(dòng)液層；氣體則在壓定厚度的流動(dòng)液層；氣體則在壓強(qiáng)差的推動(dòng)下，自塔底向上依次強(qiáng)差的推動(dòng)下，自塔底向上依次穿過各塔板上的液層上升至塔頂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(jìn)排出。氣、液在塔內(nèi)逐板接觸進(jìn)行質(zhì)、熱交換，兩相組成沿塔高行質(zhì)、熱交換，兩

4、相組成沿塔高呈階躍式變化。呈階躍式變化。板式塔板式塔溶劑溶劑氣體氣體68.1 氣液傳質(zhì)設(shè)備的處理能力和效率氣液傳質(zhì)設(shè)備的處理能力和效率微分接觸式（填料塔）微分接觸式（填料塔） 圓柱形殼體內(nèi)裝填一定高圓柱形殼體內(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，置均勻分布于填料層頂部上，依靠重力作用沿填料表面自上依靠重力作用沿填料表面自上而下流經(jīng)填料層后自塔底排出；而下流經(jīng)填料層后自塔底排出；氣體在壓強(qiáng)差推動(dòng)下穿過填料氣體在壓強(qiáng)差推動(dòng)下穿過填料層的空隙，由塔的一端流向另層的空隙，由塔的一端流向另一端。氣液在填料表面接觸進(jìn)一端。氣液在填料表面接觸進(jìn)行質(zhì)、熱交換

5、，兩相的組成沿行質(zhì)、熱交換，兩相的組成沿塔高連續(xù)變化。塔高連續(xù)變化。溶劑溶劑填料塔填料塔氣體氣體78.1 氣液傳質(zhì)設(shè)備的處理能力和效率氣液傳質(zhì)設(shè)備的處理能力和效率氣液傳質(zhì)設(shè)備處理能力的影響因素氣液傳質(zhì)設(shè)備處理能力的影響因素8.1.1液泛液泛霧沫霧沫夾帶夾帶壓力壓力降降停留停留時(shí)間時(shí)間88.1.1 氣液傳質(zhì)設(shè)備處理能力的影響因素氣液傳質(zhì)設(shè)備處理能力的影響因素夾帶液泛和溢流液泛夾帶液泛和溢流液泛 夾帶液泛夾帶液泛：過量液沫夾帶：過量液沫夾帶引起。板間距過小，塔板上引起。板間距過小，塔板上操作液流量過大，上升氣速操作液流量過大，上升氣速過高時(shí)，液體被氣體夾帶到過高時(shí)，液體被氣體夾帶到上層塔板的量增加

6、很快，塔上層塔板的量增加很快，塔板間將充滿氣、液混合物，板間將充滿氣、液混合物，引發(fā)液泛。引發(fā)液泛。 溢流液泛溢流液泛：液體在降液管：液體在降液管內(nèi)受阻不能及時(shí)往下流動(dòng)而內(nèi)受阻不能及時(shí)往下流動(dòng)而在板上積累所致。在板上積累所致。Hdhf+ hHTh0howhw98.1.1 氣液傳質(zhì)設(shè)備處理能力的影響因素氣液傳質(zhì)設(shè)備處理能力的影響因素液泛的影響液泛的影響 任何逆流流動(dòng)的分離設(shè)備的處理能力都受到液泛的限任何逆流流動(dòng)的分離設(shè)備的處理能力都受到液泛的限制，制，液泛氣速大，設(shè)備的處理能力大液泛氣速大，設(shè)備的處理能力大。 對(duì)于板式塔氣液分離設(shè)備，對(duì)于板式塔氣液分離設(shè)備，液泛氣速隨液泛氣速隨L/V的減小和板的

7、減小和板間距的增加而提高間距的增加而提高。對(duì)于填料塔，由于規(guī)整填料的流道具。對(duì)于填料塔，由于規(guī)整填料的流道具有更大的連貫性，所以，對(duì)具有相同空隙率的填料塔，規(guī)有更大的連貫性，所以，對(duì)具有相同空隙率的填料塔，規(guī)整填料塔的處理能力比亂堆填料塔要大。整填料塔的處理能力比亂堆填料塔要大。 此外，隨著此外，隨著L/V的減小，液體粘度（液膜厚度）的減小、的減小，液體粘度（液膜厚度）的減小、填料空隙率的增加和比表面積的減少，液泛氣速增加。填料空隙率的增加和比表面積的減少，液泛氣速增加。 108.1.1 氣液傳質(zhì)設(shè)備處理能力的影響因素氣液傳質(zhì)設(shè)備處理能力的影響因素霧沫夾帶的影響霧沫夾帶的影響 霧沫夾帶霧沫夾帶

8、是氣液兩相的物理分離不完全的現(xiàn)是氣液兩相的物理分離不完全的現(xiàn)象，由于它對(duì)級(jí)效率有不利的影響，并增加了級(jí)象，由于它對(duì)級(jí)效率有不利的影響，并增加了級(jí)間流量，在分離設(shè)備中霧沫夾帶常常表現(xiàn)為間流量，在分離設(shè)備中霧沫夾帶常常表現(xiàn)為處理處理能力的極限能力的極限。 霧沫夾帶隨霧沫夾帶隨板間距的減小板間距的減小而增加，隨而增加，隨塔負(fù)荷塔負(fù)荷的增加的增加急劇上升。在低的急劇上升。在低的L/V或低壓下，霧沫夾或低壓下，霧沫夾帶是限制處理能力的主要因素。帶是限制處理能力的主要因素。 118.1.1 氣液傳質(zhì)設(shè)備處理能力的影響因素氣液傳質(zhì)設(shè)備處理能力的影響因素壓力降的影響壓力降的影響 與處理能力密切相關(guān)的另一與處理

9、能力密切相關(guān)的另一個(gè)因素是接觸設(shè)備中的個(gè)因素是接觸設(shè)備中的壓力降壓力降。 對(duì)于減壓分離過程，壓力降對(duì)于減壓分離過程，壓力降存在某個(gè)上限，往往成為限制設(shè)存在某個(gè)上限，往往成為限制設(shè)備處理能力的主要因素。備處理能力的主要因素。 此外，在板式塔中，板與板此外，在板式塔中，板與板之間的壓力降是構(gòu)成降液管內(nèi)液之間的壓力降是構(gòu)成降液管內(nèi)液位高度的重要組成部分，因此，位高度的重要組成部分，因此，過高的壓力降就可能引起液泛。過高的壓力降就可能引起液泛。 有效長度有效長度泡沫泡沫h(huán)lhfhowHTh0128.1.1 氣液傳質(zhì)設(shè)備處理能力的影響因素氣液傳質(zhì)設(shè)備處理能力的影響因素停留時(shí)間的影響停留時(shí)間的影響 對(duì)于給

10、定的設(shè)備，限制處理能力的另一個(gè)因?qū)τ诮o定的設(shè)備，限制處理能力的另一個(gè)因素是獲得適宜效率所需要的流體的素是獲得適宜效率所需要的流體的停留時(shí)間停留時(shí)間。 接觸相在設(shè)備內(nèi)的接觸相在設(shè)備內(nèi)的停留時(shí)間越長，則級(jí)效率停留時(shí)間越長，則級(jí)效率越高，但處理能力低。越高，但處理能力低。 若處理能力過高，物流通過一個(gè)級(jí)的流速增若處理能力過高，物流通過一個(gè)級(jí)的流速增加，則級(jí)效率通常降低，產(chǎn)品達(dá)不到分離要求。加，則級(jí)效率通常降低，產(chǎn)品達(dá)不到分離要求。13氣液傳質(zhì)設(shè)備的效率的表示方法氣液傳質(zhì)設(shè)備的效率的表示方法8.1.2全塔全塔效率效率板板效率效率點(diǎn)點(diǎn)效率效率等板等板高度高度8.1 氣液傳質(zhì)設(shè)備的處理能力和效率氣液傳質(zhì)設(shè)

11、備的處理能力和效率14塔板塔板是塔設(shè)備中用來進(jìn)行是塔設(shè)備中用來進(jìn)行兩相接觸傳質(zhì)和流動(dòng)再兩相接觸傳質(zhì)和流動(dòng)再分布分布的平臺(tái)。的平臺(tái)。斜孔塔板斜孔塔板浮閥塔板浮閥塔板泡罩塔板泡罩塔板噴射填料塔板噴射填料塔板8.1.1 氣液傳質(zhì)設(shè)備處理能力的影響因素氣液傳質(zhì)設(shè)備處理能力的影響因素158.1.1 氣液傳質(zhì)設(shè)備處理能力的影響因素氣液傳質(zhì)設(shè)備處理能力的影響因素實(shí)際板與理論板的差異實(shí)際板與理論板的差異引入效率引入效率的概念的概念168.1.1 氣液傳質(zhì)設(shè)備處理能力的影響因素氣液傳質(zhì)設(shè)備處理能力的影響因素 板效率板效率概述概述（1）板效率就是塔設(shè)備中）板效率就是塔設(shè)備中實(shí)際板與理論板差異實(shí)際板與理論板差異的的

12、 定量描述。定量描述。（2）板效率與傳質(zhì)速率、板上汽液兩相混合情）板效率與傳質(zhì)速率、板上汽液兩相混合情 況、非理想流動(dòng)以及級(jí)間返混（霧沫夾帶，況、非理想流動(dòng)以及級(jí)間返混（霧沫夾帶， 泡沫夾帶，漏液）等因素有關(guān)。泡沫夾帶，漏液）等因素有關(guān)。178.1.2 氣液傳質(zhì)設(shè)備的效率及其影響因素氣液傳質(zhì)設(shè)備的效率及其影響因素全塔效率（全塔效率（ET） 全塔效率全塔效率：完成給定分離任務(wù)所須理論板與實(shí)際板之比。：完成給定分離任務(wù)所須理論板與實(shí)際板之比。 全塔板效率是板式塔分離性能的綜合全塔板效率是板式塔分離性能的綜合度度量，它將各種量，它將各種可能對(duì)塔分離效率有影響的因素全考慮在內(nèi)。由于分離設(shè)可能對(duì)塔分離效

13、率有影響的因素全考慮在內(nèi)。由于分離設(shè)備的復(fù)雜性，所有這些因素與全塔效率的關(guān)系難以理清。備的復(fù)雜性，所有這些因素與全塔效率的關(guān)系難以理清。所以，關(guān)于全塔效率的可靠數(shù)據(jù)只能通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定獲得。所以，關(guān)于全塔效率的可靠數(shù)據(jù)只能通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定獲得。也有人對(duì)全塔效率進(jìn)行關(guān)聯(lián)，目前得到比較廣應(yīng)用的關(guān)聯(lián)也有人對(duì)全塔效率進(jìn)行關(guān)聯(lián)，目前得到比較廣應(yīng)用的關(guān)聯(lián)方法是方法是Oconncll的關(guān)聯(lián)法。的關(guān)聯(lián)法。18 實(shí)理NNET188.1.2 氣液傳質(zhì)設(shè)備的效率及其影響因素氣液傳質(zhì)設(shè)備的效率及其影響因素（1）氣相默弗里效率：以組分）氣相默弗里效率：以組分i的氣相濃度表示。的氣相濃度表示。默弗里（默弗里（Murphree）板

14、效率）板效率 假定板間氣相完全混合，氣相以活塞流假定板間氣相完全混合，氣相以活塞流垂直通過液層。板上液體完全混合，其組成垂直通過液層。板上液體完全混合，其組成等于離開該板降液管中的液體組成。那么，等于離開該板降液管中的液體組成。那么，定義定義實(shí)際板上的濃度變化實(shí)際板上的濃度變化與與平衡時(shí)應(yīng)達(dá)到的平衡時(shí)應(yīng)達(dá)到的濃度變化濃度變化之比為默弗里板效率。之比為默弗里板效率。成平衡與jijijijijijiMVixyyyyyE,1,1,28xi,jyi,jjyi,j+1xi,j-1j-1圖圖8-1198.1.2 氣液傳質(zhì)設(shè)備的效率及其影響因素氣液傳質(zhì)設(shè)備的效率及其影響因素)1)(MLMLMLMVELmVE

15、EE（3）氣相默弗里效率和液相默弗里效率的關(guān)系）氣相默弗里效率和液相默弗里效率的關(guān)系式中，式中，m為板上平衡線的斜率。為板上平衡線的斜率。當(dāng)當(dāng)mV/L=1時(shí)，時(shí)，EMV=EML；當(dāng)；當(dāng)mV/L1時(shí)，時(shí)，EMVEOG348.1.2 氣液傳質(zhì)設(shè)備的效率及其影響因素氣液傳質(zhì)設(shè)備的效率及其影響因素液體在塔板上的非均勻流動(dòng)液體在塔板上的非均勻流動(dòng)板上環(huán)流情況板上環(huán)流情況358.1.2 氣液傳質(zhì)設(shè)備的效率及其影響因素氣液傳質(zhì)設(shè)備的效率及其影響因素汽體流動(dòng)情況對(duì)板效率的影響汽體流動(dòng)情況對(duì)板效率的影響（1）在板間的不完全混合在板間的不完全混合 實(shí)驗(yàn)研究表明，汽相在板間實(shí)驗(yàn)研究表明，汽相在板間的混合情況對(duì)板效率

16、的影響較小。的混合情況對(duì)板效率的影響較小。（2）通過塔板不均勻分布通過塔板不均勻分布 將導(dǎo)致板上不同位置的汽液將導(dǎo)致板上不同位置的汽液接觸時(shí)間不同，因而傳質(zhì)效果也接觸時(shí)間不同，因而傳質(zhì)效果也不同；嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致局部穿流不同；嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致局部穿流和漏液。和漏液。368.1.2 氣液傳質(zhì)設(shè)備的效率及其影響因素氣液傳質(zhì)設(shè)備的效率及其影響因素 1.液相在板上軸向不完全混合，使液相在板上軸向不完全混合，使EMV提高；液相在塔板提高；液相在塔板上橫向流動(dòng)能削弱液相不均勻流動(dòng)的影響。上橫向流動(dòng)能削弱液相不均勻流動(dòng)的影響。 2.液相不均勻流動(dòng)，尤其是環(huán)流，使液相不均勻流動(dòng)，尤其是環(huán)流，使EMV明顯下降。明顯

17、下降。 3.汽相在級(jí)間的不完全混合和通過塔板時(shí)不均勻流動(dòng)對(duì)板汽相在級(jí)間的不完全混合和通過塔板時(shí)不均勻流動(dòng)對(duì)板效率產(chǎn)生不利影響。效率產(chǎn)生不利影響。 4.在計(jì)算默弗里板效率（在計(jì)算默弗里板效率（EMVEOG）時(shí)只考慮了塔板上液）時(shí)只考慮了塔板上液體軸向流動(dòng)的影響，沒有考慮非理想流動(dòng)的不利影響和液體軸向流動(dòng)的影響，沒有考慮非理想流動(dòng)的不利影響和液相在板上橫向流動(dòng)的作用。相在板上橫向流動(dòng)的作用。流型和混合效應(yīng)影響小結(jié)流型和混合效應(yīng)影響小結(jié)378.1.2 氣液傳質(zhì)設(shè)備的效率及其影響因素氣液傳質(zhì)設(shè)備的效率及其影響因素霧沫夾帶的影響霧沫夾帶的影響 霧沫夾帶會(huì)將一部分重組分霧沫夾帶會(huì)將一部分重組分直接帶到上一

18、層塔板，從而降低直接帶到上一層塔板，從而降低了上層塔板上輕組分的濃度，抵了上層塔板上輕組分的濃度，抵消了部分分離效果，降低了板效消了部分分離效果，降低了板效率。率。 霧沫夾帶實(shí)質(zhì)上是一種級(jí)間霧沫夾帶實(shí)質(zhì)上是一種級(jí)間液體返混，會(huì)造成分離效果降低。液體返混，會(huì)造成分離效果降低。388.1.2 氣液傳質(zhì)設(shè)備的效率及其影響因素氣液傳質(zhì)設(shè)備的效率及其影響因素Ea有霧沫夾帶下的板效率；有霧沫夾帶下的板效率；e單位液體流率的霧沫夾帶量。單位液體流率的霧沫夾帶量。20511aeeEEEMVMVEa的簡化：的簡化： 所以，所以，Ea總是小于總是小于EMV的。的。并且，霧沫夾帶越大，并且，霧沫夾帶越大，e越大，越

19、大，Ea越小。因此，在塔板設(shè)計(jì)中越小。因此，在塔板設(shè)計(jì)中應(yīng)控制應(yīng)控制e0.6m 不受限制不受限制 設(shè)備費(fèi)用設(shè)備費(fèi)用 小塔：小塔： 大大 小小 大塔：大塔： 小小 大大 操作彈性：操作彈性： 大大 小?。?）塔的操作方式塔的操作方式 間歇精餾：填料塔（減少中間餾分的采出）間歇精餾：填料塔（減少中間餾分的采出） 多股加料和側(cè)線采出：板式塔（簡便）多股加料和側(cè)線采出：板式塔（簡便）498.2 傳質(zhì)設(shè)備的選擇傳質(zhì)設(shè)備的選擇二、填料的選擇二、填料的選擇（1）材質(zhì)選擇材質(zhì)選擇 陶瓷、金屬、塑料等陶瓷、金屬、塑料等 考慮：價(jià)格、硬度、腐蝕性考慮：價(jià)格、硬度、腐蝕性（2）種類種類 考慮：效率、壓力、表面積、操

20、作彈性等考慮：效率、壓力、表面積、操作彈性等（3）尺寸尺寸 取適宜的塔徑與填料尺寸大小的比值取適宜的塔徑與填料尺寸大小的比值508.2 傳質(zhì)設(shè)備的選擇傳質(zhì)設(shè)備的選擇一、萃取設(shè)備的選擇一、萃取設(shè)備的選擇（1）所需理論級(jí)數(shù)所需理論級(jí)數(shù) N 設(shè)備設(shè)備 23 都可以都可以 45 轉(zhuǎn)盤塔、振動(dòng)篩板塔、脈沖塔轉(zhuǎn)盤塔、振動(dòng)篩板塔、脈沖塔 5 混合澄清器混合澄清器（2）處理量處理量 處理量處理量 設(shè)備設(shè)備 大大 轉(zhuǎn)盤塔、篩板塔、混合轉(zhuǎn)盤塔、篩板塔、混合澄清器澄清器 小小 填料塔、脈沖塔、離心萃取器填料塔、脈沖塔、離心萃取器8.2.2 萃取設(shè)備的選擇萃取設(shè)備的選擇518.2 傳質(zhì)設(shè)備的選擇傳質(zhì)設(shè)備的選擇（3）停留時(shí)間停留時(shí)間 短：離心萃取器短：離心萃取器 長：混合長：混合澄清器澄清器（4）兩相流量比兩相流量比 過大：不易采用噴灑塔、填料塔和