第七章-蒸餾和吸收塔設(shè)備-全

1、第三章 氣液傳質(zhì)設(shè)備Chapter 3 Mass Transfer Equipments氣液傳質(zhì)設(shè)備的基本功能：氣液傳質(zhì)設(shè)備的基本功能：形成氣液兩相充分接觸的相形成氣液兩相充分接觸的相界面，使質(zhì)、熱的傳遞快速界面，使質(zhì)、熱的傳遞快速有效地進(jìn)行，接觸混合與傳有效地進(jìn)行，接觸混合與傳質(zhì)后的氣、液兩相能及時(shí)分質(zhì)后的氣、液兩相能及時(shí)分開(kāi)，互不夾帶等。開(kāi)，互不夾帶等。氣液傳質(zhì)設(shè)備的分類：液傳質(zhì)設(shè)備的分類：氣液傳質(zhì)設(shè)備的種類很多，按接觸方氣液傳質(zhì)設(shè)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(jí)接觸式（板式可分為連續(xù)（微分）接觸式（填料塔）和逐級(jí)接觸式（板式塔）兩大類，在吸收和蒸餾操作中應(yīng)

2、用極廣式塔）兩大類，在吸收和蒸餾操作中應(yīng)用極廣 。填料塔填料塔在圓柱形殼體內(nèi)裝填一定高度的填料，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自上頂部上，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；氣體則而下流經(jīng)填料層后自塔底排出；氣體則在壓強(qiáng)差推動(dòng)下穿過(guò)填料層的空隙，由在壓強(qiáng)差推動(dòng)下穿過(guò)填料層的空隙，由塔的一端流向另一端。氣液在填料表面塔的一端流向另一端。氣液在填料表面接觸進(jìn)行質(zhì)、熱交換，兩相的組成沿塔接觸進(jìn)行質(zhì)、熱交換，兩相的組成沿塔高連續(xù)變化。高連續(xù)變化。 溶劑填料塔氣體散裝填料散裝填料塑料鮑

3、爾環(huán)填料塑料鮑爾環(huán)填料規(guī)整填料規(guī)整填料 塑料絲網(wǎng)波紋填料塑料絲網(wǎng)波紋填料 板式塔板式塔在圓柱形殼體內(nèi)按一定間距水平設(shè)置若在圓柱形殼體內(nèi)按一定間距水平設(shè)置若干層塔板，液體靠重力作用自上而下流干層塔板，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(dòng)液層；氣體則在壓持有一定厚度的流動(dòng)液層；氣體則在壓強(qiáng)差的推動(dòng)下，自塔底向上依次穿過(guò)各強(qiáng)差的推動(dòng)下，自塔底向上依次穿過(guò)各塔板上的液層上升至塔頂排出。氣、液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)行質(zhì)、熱交換，故兩在塔內(nèi)逐板接觸進(jìn)行質(zhì)、熱交換，故兩相的組成沿塔高呈階躍式變化。相的組成沿

4、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(duì)比填料塔和板式塔的主要對(duì)比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?。淮蟪叽缣盍霞耙?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(yīng)范圍較大對(duì)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(jià)大直徑時(shí)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。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(jìng)爭(zhēng)力較強(qiáng)。新型填料及規(guī)整填料塔競(jìng)爭(zhēng)力較強(qiáng)。 塔型選擇塔徑在塔徑在0.60.7米以上的塔，過(guò)去一般

5、優(yōu)先選用板式塔。米以上的塔，過(guò)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(kāi)發(fā)，大塔也開(kāi)始采用各種隨著低壓降高效率輕材質(zhì)填料的開(kāi)發(fā)，大塔也開(kāi)始采用各種新型填料作為傳質(zhì)構(gòu)件，顯示了明顯的優(yōu)越性。新型填料作為傳質(zhì)構(gòu)件，顯示了明顯的優(yōu)越性。塔型選擇主要需考慮以下幾個(gè)方面的基本性能指標(biāo)：塔型選擇主要需考慮以下幾個(gè)方面的基本性能指標(biāo)：(1) 生產(chǎn)能力生產(chǎn)能力 即為單位時(shí)間單位塔截面上的處理量；即為單位時(shí)間單位塔截面上的處理量；(2) 分離效率分離效率 對(duì)板式塔指每層塔板的分離程度；對(duì)填料塔指對(duì)板式塔指每層塔板的分離程度；對(duì)填料塔指單位高度填料層所達(dá)到的分離程度；單位高度填料層所達(dá)到的分離程度；(3

6、) 操作彈性操作彈性 指在負(fù)荷波動(dòng)時(shí)維持操作穩(wěn)定且保持較高分離指在負(fù)荷波動(dòng)時(shí)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(fù)荷與最小氣速負(fù)荷之比效率的能力，通常以最大氣速負(fù)荷與最小氣速負(fù)荷之比表示；表示；(4) 壓強(qiáng)降壓強(qiáng)降 指氣相通過(guò)每層塔板或單位高度填料的壓強(qiáng)降；指氣相通過(guò)每層塔板或單位高度填料的壓強(qiáng)降；(5) 結(jié)構(gòu)繁簡(jiǎn)及制造成本。結(jié)構(gòu)繁簡(jiǎn)及制造成本。塔板是板式塔的基本構(gòu)件，決定塔的性能塔板是板式塔的基本構(gòu)件，決定塔的性能。液相降液管堰氣相溢流塔板溢流塔板 (錯(cuò)流式塔板錯(cuò)流式塔板)：塔板間有塔板間有專供液體溢流的降液管專供液體溢流的降液管 (溢流管溢流管)，橫向流過(guò)塔板的流體與由下而

7、上穿橫向流過(guò)塔板的流體與由下而上穿過(guò)塔板的氣體呈錯(cuò)流或并流流動(dòng)。過(guò)塔板的氣體呈錯(cuò)流或并流流動(dòng)。板上液體的流徑與液層的高度可通板上液體的流徑與液層的高度可通過(guò)適當(dāng)安排降液管的位置及堰的高過(guò)適當(dāng)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)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。有效面積，影響塔的生產(chǎn)能力。 溢流式塔板應(yīng)用很廣，按塔板的具體結(jié)構(gòu)形式可分為：溢流式塔板應(yīng)用很廣，按塔板的具體結(jié)構(gòu)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。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

8、（穿流式塔板）：逆流塔板（穿流式塔板）：塔板間沒(méi)有降液管，氣、液兩相同時(shí)由塔板間沒(méi)有降液管，氣、液兩相同時(shí)由塔板上的孔道或縫隙逆向穿流而過(guò)，板塔板上的孔道或縫隙逆向穿流而過(guò)，板上液層高度靠氣體速度維持。上液層高度靠氣體速度維持。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：塔板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，板上無(wú)液面差，塔板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，板上無(wú)液面差，板面充分利用，生產(chǎn)能力較大；板面充分利用，生產(chǎn)能力較大；缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：板效率及操作彈性不及溢流塔板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(yīng)用范圍小得多，常見(jiàn)的板與溢流式塔板相比，逆流式塔板應(yīng)用范圍小得多，常見(jiàn)的板型有篩孔式、柵板式、波紋板式等。型有篩孔式、柵板式、波紋板式等。液相氣相1

9、、泡罩塔板（、泡罩塔板（ Bubble-cap Tray ）在工業(yè)上最早（在工業(yè)上最早（1813年）應(yīng)用的年）應(yīng)用的一種塔板，其主要元件由升氣管一種塔板，其主要元件由升氣管和泡罩構(gòu)成，泡罩安裝在升氣管和泡罩構(gòu)成，泡罩安裝在升氣管頂部，泡罩底緣開(kāi)有若干齒縫浸頂部，泡罩底緣開(kāi)有若干齒縫浸入在板上液層中，升氣管頂部應(yīng)入在板上液層中，升氣管頂部應(yīng)高于泡罩齒縫的上沿，以防止液高于泡罩齒縫的上沿，以防止液體從中漏下。體從中漏下。液體橫向通過(guò)塔板經(jīng)溢流堰流入降液管，氣體沿升氣管上升液體橫向通過(guò)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(jìn)入液層，形成兩相混合的鼓泡區(qū)。折流經(jīng)泡罩齒縫分散進(jìn)入液層

10、，形成兩相混合的鼓泡區(qū)。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：操作穩(wěn)定，升氣管使泡罩塔板低氣速下也不致產(chǎn)生嚴(yán)操作穩(wěn)定，升氣管使泡罩塔板低氣速下也不致產(chǎn)生嚴(yán)重的漏液現(xiàn)象，故彈性大。重的漏液現(xiàn)象，故彈性大。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高，塔板壓降大，生產(chǎn)強(qiáng)度低。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高，塔板壓降大，生產(chǎn)強(qiáng)度低。 2、篩孔塔板（、篩孔塔板（ Sieve Tray ）篩孔塔板即篩板出現(xiàn)也較早（篩孔塔板即篩板出現(xiàn)也較早（1830年），是結(jié)構(gòu)最年），是結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的一種板型。但由于早期對(duì)其性能認(rèn)識(shí)不足，簡(jiǎn)單的一種板型。但由于早期對(duì)其性能認(rèn)識(shí)不足，為易漏液、操作彈性小、難以穩(wěn)定操作等問(wèn)題所困，為易漏液、操作彈性小、難以穩(wěn)定操作等問(wèn)題所困，使用受

11、到極大限制。使用受到極大限制。1950 年后開(kāi)始對(duì)篩孔塔板進(jìn)行較系統(tǒng)全面的研究，年后開(kāi)始對(duì)篩孔塔板進(jìn)行較系統(tǒng)全面的研究，從理論和實(shí)踐上較好地解決了有關(guān)篩板效率，流體從理論和實(shí)踐上較好地解決了有關(guān)篩板效率，流體力學(xué)性能以及塔板漏液等問(wèn)題，獲得了成熟的使用力學(xué)性能以及塔板漏液等問(wèn)題，獲得了成熟的使用經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)方法，使之逐漸成為應(yīng)用最廣的塔板類經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)方法，使之逐漸成為應(yīng)用最廣的塔板類型之一。型之一。 3、浮閥塔板（、浮閥塔板（ Valve Tray）自自1950 年代問(wèn)世后，很快在石油、化工行業(yè)得到推廣，至今年代問(wèn)世后，很快在石油、化工行業(yè)得到推廣，至今仍為應(yīng)用最廣的一種塔板。仍為應(yīng)用最廣的一種

12、塔板。結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：以泡罩塔板和篩孔塔板為基礎(chǔ)基礎(chǔ)。有多種浮閥形式，以泡罩塔板和篩孔塔板為基礎(chǔ)基礎(chǔ)。有多種浮閥形式，但基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)相似，即在塔板上按一定的排列開(kāi)若干孔，但基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)相似，即在塔板上按一定的排列開(kāi)若干孔，孔的上方安置可以在孔軸線方向上下浮動(dòng)的閥片。閥片可隨孔的上方安置可以在孔軸線方向上下浮動(dòng)的閥片。閥片可隨上升氣量的變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)開(kāi)啟度。在低氣量時(shí)，開(kāi)度?。簧仙龤饬康淖兓詣?dòng)調(diào)節(jié)開(kāi)啟度。在低氣量時(shí)，開(kāi)度??；氣量大時(shí)，閥片自動(dòng)上升，開(kāi)度增大。因此，氣量變化時(shí)，氣量大時(shí)，閥片自動(dòng)上升，開(kāi)度增大。因此，氣量變化時(shí)，通過(guò)閥片周邊流道進(jìn)入液體層的氣速較穩(wěn)定。同時(shí)，氣體水通過(guò)閥片周邊流道進(jìn)

13、入液體層的氣速較穩(wěn)定。同時(shí)，氣體水平進(jìn)入液層也強(qiáng)化了氣液接觸傳質(zhì)。平進(jìn)入液層也強(qiáng)化了氣液接觸傳質(zhì)。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)能力和操作彈性大，板效率高。綜合結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)能力和操作彈性大，板效率高。綜合性能較優(yōu)異。性能較優(yōu)異。 浮閥塔板（ Valve Tray）F1型浮閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造，應(yīng)用最普遍，為定型產(chǎn)品。型浮閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造，應(yīng)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閥片帶有三條腿，插入閥孔后將各腿底腳外翻 90，用以限，用以限制操作時(shí)閥片在板上升起的最大高度；閥片周邊有三塊略向制操作時(shí)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

14、小開(kāi)啟高度。下彎的定距片，以保證閥片的最小開(kāi)啟高度。F1型浮閥分輕閥和重閥。輕閥塔板漏液稍嚴(yán)重，除真空操作型浮閥分輕閥和重閥。輕閥塔板漏液稍嚴(yán)重，除真空操作時(shí)選用外，一般均采用重閥。時(shí)選用外，一般均采用重閥。 JCV浮閥塔板（雙流噴射浮閥塔板浮閥塔板（雙流噴射浮閥塔板 Jet Co-flow Valve Tray）結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：閥籠與塔板固定，閥片在閥籠內(nèi)上下浮動(dòng)。閥籠與塔板固定，閥片在閥籠內(nèi)上下浮動(dòng)。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(dòng)傳質(zhì)，使塔的分離效率和生產(chǎn)能力都大大提高。為噴射湍動(dòng)傳質(zhì)，使塔的分離效率和生產(chǎn)能力

15、都大大提高。該塔板可作為化工過(guò)程中的氣液傳質(zhì)、換熱設(shè)備。該塔板可作為化工過(guò)程中的氣液傳質(zhì)、換熱設(shè)備。特點(diǎn)：特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、閥片開(kāi)啟靈活、高效、高通量、壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、閥片開(kāi)啟靈活、高效、高通量、壽命長(zhǎng)、耐堵塞。耐堵塞。JCV浮閥 （改進(jìn)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(fù)荷下閥片工作狀態(tài)JCV浮閥塔板效率曲線中負(fù)荷下閥片工作狀態(tài)高負(fù)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）2400 JCV浮閥塔板1800 JCV浮閥塔板4、JCPT

16、塔板（并流噴射填料塔板塔板（并流噴射填料塔板 Jet Co-flow Packing Tray）塔板上的液體通過(guò)提液管與塔板之間的間隙被氣體提升，氣塔板上的液體通過(guò)提液管與塔板之間的間隙被氣體提升，氣液并流通過(guò)提液管，在提液管內(nèi)高速湍動(dòng)混合、傳質(zhì)，然后液并流通過(guò)提液管，在提液管內(nèi)高速湍動(dòng)混合、傳質(zhì)，然后氣液并流進(jìn)入填料中進(jìn)一步強(qiáng)化傳質(zhì)，并完成氣液分離。氣氣液并流進(jìn)入填料中進(jìn)一步強(qiáng)化傳質(zhì)，并完成氣液分離。氣體靠壓差繼續(xù)上升，進(jìn)入上一層塔板；液體基本以清液的形體靠壓差繼續(xù)上升，進(jìn)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(jìn)入降液管，下降到下一層塔板。式回落到塔板上，沿流道進(jìn)入降液管，下

17、降到下一層塔板。與與普通塔板在傳質(zhì)機(jī)理上的區(qū)別：它是填料與塔板的復(fù)合體，普通塔板在傳質(zhì)機(jī)理上的區(qū)別：它是填料與塔板的復(fù)合體，靠填料實(shí)現(xiàn)傳質(zhì)，靠塔板實(shí)現(xiàn)多級(jí)并流靠填料實(shí)現(xiàn)傳質(zhì)，靠塔板實(shí)現(xiàn)多級(jí)并流。JCPT塔板（并流噴射填料塔板 Jet Co-flow Packing Tray）不同結(jié)構(gòu)型式的JCPT塔板5 5、舌形塔板、舌形塔板一種斜噴射型塔板。結(jié)構(gòu)一種斜噴射型塔板。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在塔板上沖出若干簡(jiǎn)單，在塔板上沖出若干按一定排列的舌形孔，舌按一定排列的舌形孔，舌片向上張角片向上張角 以以20左右左右為宜。為宜。20=o50R25氣相優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：氣流由舌片噴出并帶動(dòng)液體沿同方向流動(dòng)。氣液并流氣流由舌片

18、噴出并帶動(dòng)液體沿同方向流動(dòng)。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。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(dá)較高的生產(chǎn)能力。量較小，故可達(dá)較高的生產(chǎn)能力。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：張角固定，在氣量較小時(shí)，經(jīng)舌孔噴射的氣速低，塔張角固定，在氣量較小時(shí)，經(jīng)舌孔噴射的氣速低，塔板漏液嚴(yán)重，操作彈性小。板漏液嚴(yán)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(shí)間太液體在同一方向上加速，有可能使液體在板上的停留時(shí)間太短、液層太薄，板效率降低。短、液層太薄，

19、板效率降低。 在舌形塔板上發(fā)展的斜孔塔在舌形塔板上發(fā)展的斜孔塔板，斜孔的開(kāi)口方向與液流板，斜孔的開(kāi)口方向與液流垂直且相鄰兩排開(kāi)孔方向相垂直且相鄰兩排開(kāi)孔方向相反，既保留了氣體水平噴出、反，既保留了氣體水平噴出、氣液高度湍動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，又避氣液高度湍動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，又避免了液體連續(xù)加速，可維持免了液體連續(xù)加速，可維持板上均勻的低液面，從而既板上均勻的低液面，從而既能獲得大的生產(chǎn)能力，又能能獲得大的生產(chǎn)能力，又能達(dá)到好的傳質(zhì)效果。達(dá)到好的傳質(zhì)效果。 斜孔塔板斜孔塔板浮舌塔板為使舌形塔板適應(yīng)低負(fù)荷生產(chǎn)，提高為使舌形塔板適應(yīng)低負(fù)荷生產(chǎn)，提高操作彈性，研制出了可變氣道截面操作彈性，研制出了可變氣道截面（類似于浮閥

20、塔板）的浮舌塔板。（類似于浮閥塔板）的浮舌塔板。19R20R1683731o20降液管a 斜孔結(jié)構(gòu)b 塔板布置受液區(qū)導(dǎo)向孔6、網(wǎng)孔塔板、網(wǎng)孔塔板網(wǎng)孔塔板由沖有傾斜開(kāi)孔的薄板制網(wǎng)孔塔板由沖有傾斜開(kāi)孔的薄板制成，具有舌形塔板的特點(diǎn)。這種塔成，具有舌形塔板的特點(diǎn)。這種塔板上裝有傾斜的擋沫板，其作用是板上裝有傾斜的擋沫板，其作用是避免液體被直接吹過(guò)塔板，并提供避免液體被直接吹過(guò)塔板，并提供氣液分離和氣液接觸的表面。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，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(diǎn)。加工制造容易的特點(diǎn)。擋沫板塔板AA降液管A-A剖視圖受液盤7、垂直篩板（Vert

21、ical Sieve Tray ）在塔板上開(kāi)按一定排列的若在塔板上開(kāi)按一定排列的若干大孔干大孔(直徑直徑100200mm)，孔上設(shè)置側(cè)壁開(kāi)有許多篩孔孔上設(shè)置側(cè)壁開(kāi)有許多篩孔的泡罩，泡罩底邊留有間隙的泡罩，泡罩底邊留有間隙供液體進(jìn)入罩內(nèi)。供液體進(jìn)入罩內(nèi)。氣流將由泡罩底隙進(jìn)入罩內(nèi)的液體拉成液膜形成兩相上升流氣流將由泡罩底隙進(jìn)入罩內(nèi)的液體拉成液膜形成兩相上升流動(dòng)，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動(dòng)，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(guò)程。塔板。液體從塔板入口流至降液管將多次經(jīng)歷上述過(guò)程。 與普通篩板相比，垂直篩板為氣液兩相提供

22、了很大的不斷更與普通篩板相比，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(qiáng)化了傳質(zhì)過(guò)程；且氣液由水平方向噴新的相際接觸表面，強(qiáng)化了傳質(zhì)過(guò)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較大的生產(chǎn)能力。此垂直篩板可獲得較高的塔板效率和較大的生產(chǎn)能力。 浮閥塔板的板面結(jié)構(gòu)：浮閥塔板的板面結(jié)構(gòu)： 鼓泡區(qū)（有效區(qū)、開(kāi)孔區(qū)）鼓泡區(qū)（有效區(qū)、開(kāi)孔區(qū)） 降液管區(qū)降液管區(qū) 受液盤區(qū)受液盤區(qū) 液體安定區(qū)液體安定區(qū) 邊緣區(qū)邊緣區(qū) 溢流堰溢流堰 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)

23、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(jìn)口安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(jìn)口安定區(qū)進(jìn)入鼓泡區(qū)與浮閥吹出的氣體進(jìn)行質(zhì)、熱交換后，再由定區(qū)進(jìn)入鼓泡區(qū)與浮閥吹出的氣體進(jìn)行質(zhì)、熱交換后，再由溢流堰溢出進(jìn)入降液管流入下一塔板。溢流堰溢出進(jìn)入降液管流入下一塔板。來(lái)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(jìn)入液層。由于閥片具有斜邊，氣體沿斜邊流動(dòng)具有向下的慣性，因此只有進(jìn)入液層一定距離待慣性消失后氣體才會(huì)折轉(zhuǎn)上升。氣體在板面上與液體相互混合接觸進(jìn)行傳熱傳質(zhì)，而后逸出液面上升到上一層塔板。塔板上氣液主體流向?yàn)殄e(cuò)流流動(dòng)。 氣體進(jìn)、出

24、一塊塔板（包括液氣體進(jìn)、出一塊塔板（包括液層）的壓強(qiáng)降即為氣體通過(guò)該層）的壓強(qiáng)降即為氣體通過(guò)該塔板的阻力損失（左側(cè)壓差計(jì)塔板的阻力損失（左側(cè)壓差計(jì)所測(cè)的所測(cè)的 hf 值）。值）。hf 是以液柱高度表示的塔板的是以液柱高度表示的塔板的壓強(qiáng)降或阻力損失，因此壓強(qiáng)降或阻力損失，因此 式中，式中， L 為塔內(nèi)液體的密度，為塔內(nèi)液體的密度，kg/m3。板壓降板壓降 hf 可視為由氣體通過(guò)干板的阻力損失可視為由氣體通過(guò)干板的阻力損失 hd 和氣體穿過(guò)和氣體穿過(guò)板上液層的阻力損失板上液層的阻力損失 hl 兩部分組成，即兩部分組成，即 fLpghp=ldfhhh=有效長(zhǎng)度泡沫h(huán)lhfhowHTh01、干板阻力

25、損失、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?fàn)顟B(tài)，氣體由閥片與塔板之間由定距片隔開(kāi)的縫隙通過(guò)。縫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(diǎn)，閥片開(kāi)始升起。浮閥開(kāi)啟的個(gè)數(shù)及開(kāi)啟度隨氣體流量不斷增加，直至所有浮閥全開(kāi) (B點(diǎn))，氣體通過(guò)閥孔的氣速變化很小，故壓降上升緩慢。區(qū)域：氣體通過(guò)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(kāi)時(shí) (B點(diǎn)) 的閥孔氣速。 ABIIIIIIuoc氣速 u干板壓降 pd2、液層阻力、液層阻力 hl氣體通過(guò)液層的阻力損失

26、氣體通過(guò)液層的阻力損失 hl 由以下三個(gè)方面構(gòu)成：由以下三個(gè)方面構(gòu)成：(1) 克服板上充氣液層的靜壓；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；氣體在液相分散形成氣液界面的能量消耗；(3) 通過(guò)液層的摩擦阻力損失。通過(guò)液層的摩擦阻力損失。其中其中(1)項(xiàng)遠(yuǎn)大于后兩項(xiàng)之和。如果忽略充氣液層中所含氣體項(xiàng)遠(yuǎn)大于后兩項(xiàng)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造成的靜壓，則可由清液層高度代表 hl?？捎孟率接?jì)算。可用下式計(jì)算式中：式中： 充氣系數(shù)，反映液層充氣的程度，無(wú)因次。充氣系數(shù)，反映液層充氣的程度，無(wú)因次。 水水 =0.5；油；油 =0.50.3

27、5；碳?xì)浠衔铮惶細(xì)浠衔?=0.40.5。 hw 和和 how 分別為堰高和堰上液流高度，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(shí)，液層阻力為主；層阻力所占的比例有所不同。氣速較低時(shí)，液層阻力為主；氣速高時(shí)，干板阻力所占比例增大。氣速高時(shí)，干板阻力所占比例增大。 owwlhhh=漏液：部分液體不是橫向流過(guò)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(shí)，氣體通過(guò)閥孔的速度壓頭小，不足以抵消塔板上液層的重力；氣體在塔板上的不均勻分布也是造成漏液的重要原因

28、。后果：嚴(yán)重的漏液使塔板上不能形成液層，氣液無(wú)法進(jìn)行傳熱、傳質(zhì)，塔板將失去其基本功能。若設(shè)計(jì)不當(dāng)或操作時(shí)參數(shù)失調(diào)，輕則會(huì)引起板效率大降低，重則會(huì)出現(xiàn)一些不正?，F(xiàn)象使塔無(wú)法工作。1、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(guò)塔板的阻力由干板阻力和液層阻力兩部分組成。當(dāng)板上結(jié)構(gòu)均勻、各處干板阻力相等時(shí)，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(dòng)和液面落差。液層波動(dòng)：波峰處液層厚，閥孔氣量小、易漏液。由此引起的漏液是隨機(jī)的?？稍谠O(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)增大干板阻力。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

29、側(cè)，入口側(cè)的閥孔則因氣量小而發(fā)生漏液。塔板上設(shè)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(shí)可減少液面落差。 漏液（Weeping）雙流型多流型2、液沫夾帶和氣泡夾帶（Entrainment）液沫夾帶：氣體鼓泡通過(guò)板上液層時(shí)，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(wú)關(guān)；(2) 較大液滴的沉降速度雖大于氣流速度，但它們?cè)跉饬鞯臎_擊或氣泡破裂時(shí)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(guān)。氣泡夾帶：液體在降液管中停留時(shí)間太短，大

30、量氣泡被液體卷進(jìn)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(duì)傳質(zhì)不利。嚴(yán)重時(shí)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(yán)格地控制在最大允許值范圍內(nèi)。 3、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(guò)小，操作液量過(guò)大，上升氣速過(guò)高時(shí)，過(guò)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(shí)往下流動(dòng)而在板上積累所致。hhhhHfowwd=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Hdhf+ h

31、HTh0howhw式中：hf 板壓降。 h 液體經(jīng)過(guò)降液管的阻力損失。液泛（Dumping of liquid） 氣速一定，液體流量時(shí)，、how、hf 及 h ，Hd ，即塔板具有自動(dòng)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(shí)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(guò)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(guò)大必導(dǎo)致 Hd 大，易發(fā)生液泛。如降液管設(shè)計(jì)過(guò)小或發(fā)生部分堵塞， h 急劇增大，也會(huì)導(dǎo)致溢流液泛。 夾帶液泛與溢流液泛互為誘因，交互影響。過(guò)量液沫夾帶阻塞氣體通道，板阻急增，降液

32、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(shí)，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(gè)塔不能正常操作，甚至發(fā)生嚴(yán)重的設(shè)備事故，要特別注意防范。 hhhhHfowwd=第四節(jié)第四節(jié) 負(fù)荷性能圖及操作彈性負(fù)荷性能圖及操作彈性 為一定任務(wù)設(shè)計(jì)的塔板，在一定氣、液相負(fù)荷范圍內(nèi)才能為一定任務(wù)設(shè)計(jì)的塔板，在一定氣、液相負(fù)荷范圍內(nèi)才能實(shí)現(xiàn)良好的氣、液流動(dòng)與接觸狀態(tài)，有高的板效率。實(shí)現(xiàn)良好的氣、液流動(dòng)與接觸狀態(tài)，有高的板效率。 當(dāng)氣、液相負(fù)荷超出此范圍，不僅塔板的分離效率大大降當(dāng)氣、液相負(fù)荷超出此范圍，不僅塔板的分離效率大大降低，甚至塔的穩(wěn)定操作也將難以維持。低，甚至塔的穩(wěn)定操

33、作也將難以維持。 有必要對(duì)已設(shè)計(jì)的塔確定出其氣、液相操作范圍。有必要對(duì)已設(shè)計(jì)的塔確定出其氣、液相操作范圍。012345正常操作范圍Ls (m3/h)Vs (m3/h)1. 漏液線漏液線(氣相負(fù)荷下限線氣相負(fù)荷下限線)2. 過(guò)量液沫夾帶線過(guò)量液沫夾帶線(氣相負(fù)荷氣相負(fù)荷上限線上限線) 3. 液相負(fù)荷下限線液相負(fù)荷下限線 4. 液相負(fù)荷上限線液相負(fù)荷上限線 5. 溢流液泛線溢流液泛線 漏液線（氣相負(fù)荷下限線）操作時(shí)防止塔板發(fā)生嚴(yán)重漏液現(xiàn)象所允許的最小氣體負(fù)荷。操作時(shí)防止塔板發(fā)生嚴(yán)重漏液現(xiàn)象所允許的最小氣體負(fù)荷。塔板漏液與閥孔氣速直接相關(guān)，故可用其大小作為判據(jù)。塔板漏液與閥孔氣速直接相關(guān)，故可用其大

34、小作為判據(jù)。VVFu500=VsNduNdV45420020=式中， d0、N、V 均為已知數(shù)，故由此式求出的氣體負(fù)荷故由此式求出的氣體負(fù)荷Vs 的下限在負(fù)荷性能圖（的下限在負(fù)荷性能圖（Vs-Ls圖）中為一水平線。圖）中為一水平線。0Ls (m3/h)Vs (m3/h)對(duì) F1 型重閥取閥孔動(dòng)能因子 F0=5 時(shí)的氣體負(fù)荷為操作的下限值：1過(guò)量液沫夾帶線（氣相負(fù)荷上限線）控制液沫夾帶量 ev 不大于最大允許值的氣體負(fù)荷上限。將與 ev=0.1（kg液體/kg氣體）相對(duì)應(yīng)的泛點(diǎn)率Fl（如D0.8m 的大塔，取 Fl = 70%）代入下式后所得的 Vs-Ls 關(guān)系式作圖而得。此線與橫軸并不完全平行

35、，此線與橫軸并不完全平行，可見(jiàn)發(fā)生液沫夾帶現(xiàn)象與液可見(jiàn)發(fā)生液沫夾帶現(xiàn)象與液相負(fù)荷相負(fù)荷 Ls 也有一定關(guān)系，但也有一定關(guān)系，但主要取決于氣體負(fù)荷。主要取決于氣體負(fù)荷。 %10036. 1=bFLsVLVslAKCZLVF0Ls (m3/h)Vs (m3/h)12液相負(fù)荷下限線此線為保證塔板上液體流動(dòng)時(shí)此線為保證塔板上液體流動(dòng)時(shí)能均勻分布所需的最小液量。能均勻分布所需的最小液量。對(duì)平頂直堰，取對(duì)平頂直堰，取 how = 6 mm 作作為液相負(fù)荷下限的標(biāo)準(zhǔn)。為液相負(fù)荷下限的標(biāo)準(zhǔn)。32100084. 2006. 0=wsowlLEhfTsAHL =也稱氣泡夾帶線，由液體在降液也稱氣泡夾帶線，由液體在

36、降液管中所需的最小停留時(shí)間決定管中所需的最小停留時(shí)間決定E, lw 已知，為一垂直線。已知，為一垂直線。液相負(fù)荷上限線液相負(fù)荷上限線不易起泡的物系：不易起泡的物系：3s，易起泡物系：易起泡物系：5s。為一垂直線。為一垂直線。0Ls (m3/h)Vs (m3/h)34由上述由上述 5 條線所包圍的區(qū)域即條線所包圍的區(qū)域即一定物系在一定的結(jié)構(gòu)尺寸的一定物系在一定的結(jié)構(gòu)尺寸的塔板上的正常操作區(qū)。在此區(qū)塔板上的正常操作區(qū)。在此區(qū)域內(nèi)，氣、液兩相流率的變化域內(nèi)，氣、液兩相流率的變化對(duì)塔板效率的影響不大。對(duì)塔板效率的影響不大。01234Ls (m3/h)Vs (m3/h)溢流液泛線降液管中泡沫層高度達(dá)最大

37、允許值時(shí)的氣量與液量的關(guān)系wTddhHHH=hhhhHfowwd=塔板的設(shè)計(jì)點(diǎn)及操作點(diǎn)都必須在正常操作區(qū)內(nèi)，才能獲得較高的塔板效率。對(duì)于一定氣液比的操作過(guò)程，對(duì)于一定氣液比的操作過(guò)程，Vs/Ls 為一定值，故塔板的為一定值，故塔板的操作操作線線在圖上為以在圖上為以 Vs/Ls 為斜率過(guò)原點(diǎn)為斜率過(guò)原點(diǎn) o 的直線。的直線。 5OP012345Ls (m3/h)Vs (m3/h)塔板的操作彈性：塔板的操作彈性：上、下操作極限點(diǎn)的氣體流量之比。上、下操作極限點(diǎn)的氣體流量之比。對(duì)一定結(jié)構(gòu)尺寸的塔板，采用不同氣液比時(shí)控制塔的操作彈對(duì)一定結(jié)構(gòu)尺寸的塔板，采用不同氣液比時(shí)控制塔的操作彈性與生產(chǎn)能力的因素均

38、可能不同。性與生產(chǎn)能力的因素均可能不同。塔板的設(shè)計(jì)點(diǎn)應(yīng)落在負(fù)荷性能圖的適中位置，使塔具有相當(dāng)塔板的設(shè)計(jì)點(diǎn)應(yīng)落在負(fù)荷性能圖的適中位置，使塔具有相當(dāng)?shù)目关?fù)荷波動(dòng)的能力，保證塔的良好穩(wěn)定操作。的抗負(fù)荷波動(dòng)的能力，保證塔的良好穩(wěn)定操作。OP 線（高氣液比）：上限 a（過(guò)量液沫夾帶）下限 a（低液層）OPOPOPaabbccOP 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，因降液管流通面積右圖表明，因降液管流通面積偏小，使液體負(fù)荷成為塔板操偏小，使液體負(fù)荷成為塔板操作的主要控制因素。作的主要控制因素。液沫夾帶線液沫夾帶線 2

39、和溢流液泛線和溢流液泛線 5 將上移，甚至使線將上移，甚至使線 5 落到正常落到正常操作范圍之外。操作范圍之外。物系一定，負(fù)荷性能圖取決于塔板的結(jié)構(gòu)尺寸。而負(fù)荷性能物系一定，負(fù)荷性能圖取決于塔板的結(jié)構(gòu)尺寸。而負(fù)荷性能圖的形狀在一定程度上也反映了塔板結(jié)構(gòu)尺寸的相對(duì)情況。圖的形狀在一定程度上也反映了塔板結(jié)構(gòu)尺寸的相對(duì)情況。減小降液管面積，液相上限流減小降液管面積，液相上限流量量 Ls 下降下降(線線 4 將左移將左移)；塔板的負(fù)荷性能圖可清楚地表示塔板的允許的氣、液相負(fù)荷塔板的負(fù)荷性能圖可清楚地表示塔板的允許的氣、液相負(fù)荷范圍及塔板操作彈性的大小，對(duì)塔板的改造和設(shè)計(jì)以及塔的范圍及塔板操作彈性的大小

40、，對(duì)塔板的改造和設(shè)計(jì)以及塔的操作均有一定的指導(dǎo)意義。操作均有一定的指導(dǎo)意義。 012345Ls (m3/h)Vs (m3/h)OPaa425板式塔的工藝設(shè)計(jì)主要包括兩大方面：(1) 塔高、塔徑以及塔板結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算；(2) 塔板的流體力學(xué)校核以及塔板的負(fù)荷性能圖的確定。 浮閥塔工藝尺寸的計(jì)算 實(shí)際塔板數(shù) 可根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或用經(jīng)驗(yàn)公式估算塔高主要取決于實(shí)際塔板數(shù)和板間距。給定任務(wù)所需實(shí)際塔板數(shù)可通過(guò)平衡級(jí)(理論板)假設(shè)求得所需的理論板數(shù) N，然后由全塔效率(總板效率)修正TTENN=實(shí)際塔板數(shù)實(shí)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

41、 ，mm200300300350350450450600 500800600211ZZHNZTT=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(duì)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(duì)D0.8m的塔，為了安裝及檢修需要，需開(kāi)設(shè)人孔。 人孔處的板間距一般不應(yīng)小于 0.6m。 全塔效率的關(guān)聯(lián)式 塔板效率是氣、液兩相的傳質(zhì)速率、混合和流動(dòng)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(jié)果。板效率是設(shè)計(jì)重要數(shù)據(jù)。由于影響因素很多且關(guān)系復(fù)雜，至今還難以正確

42、可靠地對(duì)其進(jìn)行預(yù)測(cè)。工業(yè)裝置或?qū)嶒?yàn)裝置的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)是板效率最可靠的來(lái)源。全塔效率實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)式可用于塔板效率的估算。奧康內(nèi)爾（Oconnell）關(guān)聯(lián)方法精餾塔：采用相對(duì)揮發(fā)度 與液相粘度 L 的乘積為參數(shù)來(lái)表示全塔效率 ET：245. 049. 0=LTE 與 L 取塔頂與塔底平均溫度下的值。對(duì)多組分物系，取關(guān)鍵組分的 。液相的平均粘度 L 可按下式計(jì)算 iiLx=全塔效率的關(guān)聯(lián)式 橫坐標(biāo) 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(qiáng)，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(gè)部分：氣體流

43、通截面和降液管所占截面（液體下流截面）。TTffTAAAAAAA=1或TAD4=fuu85. 06 . 0=求 A 得與 Af / AT 后，即可求得 AT ，而塔徑設(shè)適宜氣速為 u，當(dāng)體積流量為 Vs 時(shí)， A =Vs / u。求 A 的關(guān)鍵在于確定流通截面積上的適宜氣速 u 。塔板的計(jì)算中，通常是以?shī)A帶液泛發(fā)生的氣速（泛點(diǎn)氣速）作為上限。一般取A 的計(jì)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(jì)算246223fVpVLpudgd=VVLVVLpfCgdu=34液泛氣速：在重力場(chǎng)中懸浮于氣流中的液滴所受的合力為零時(shí)的氣速。當(dāng) uut 時(shí)，液滴將被氣流帶出。對(duì)直徑為

44、 dp 的液滴 索德?tīng)査购筒祭剩⊿ouders and Brown）公式L 、 V 氣、液相的密度，kg/m3； 阻力系數(shù)； C 氣體負(fù)荷因子，m/s。C 取決于dp和。因氣泡破裂形成的液滴的直徑和阻力系數(shù)都難以確定，故 C 需由實(shí)驗(yàn)確定。實(shí)驗(yàn)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(guān)。史密斯（Smith, R. B）關(guān)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owwLhhh=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(shí)際液相表面張力不同，按下式校

45、正2 . 02020=CC5 . 02 . 02020=VVLfCuu，AAf / AT 的確定Af /AT：降液管面積與塔截面積之比，與液體溢流形式有關(guān)。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(zhǎng) 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(shí)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(jìn)行圓整。rxWsAfDhwAAh0HTAfAaWslwWdWdWc注意：塔高和D的計(jì)算涉及的參數(shù)(

46、HT、hL、lw/D) 是按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)在一定范圍選取的，故所得塔高和D是初估值，需根據(jù)后面介紹的流體力學(xué)原則進(jìn)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(guān)。上兩區(qū)均需根據(jù)塔板上的流體力學(xué)狀況進(jìn)行專門計(jì)算。進(jìn)口安定區(qū)(分布區(qū))：保證進(jìn)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rxWsAfDhwAAh0HTAfAaWslwWdWdWcD900mm 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

47、盤組成。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(chǎng)所。常見(jiàn)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(zhǎng)，氣液接觸時(shí)間就越長(zhǎng)，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(shí)間 為 單溢流弓形降液管結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算降液管的寬度 Wd 和截面積 AfsTfLHA=計(jì)算塔徑時(shí)已根據(jù)溢流形式確定了堰長(zhǎng)與塔徑的

48、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(yīng)小于 35s，對(duì)于高壓塔以及易起泡沫的物系，停留時(shí)間應(yīng)更長(zhǎng)些。若計(jì)算出的 過(guò)短，不滿足要求，則應(yīng)調(diào)整相關(guān)的參數(shù)，重新計(jì)算。出口溢流堰與進(jìn)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(shè)置。出口堰長(zhǎng) lw：弓形降液管的弦長(zhǎng)，由液體負(fù)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 決定了板上液層的高度 hL。owLwhhh=32100

49、084. 2=wsowlLEh對(duì)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(jìn)口溢流堰進(jìn)口堰：保證液體均勻進(jìn)入塔板，也起液封作用。一般僅在較大塔中設(shè)置。進(jìn)口堰高一般與降液管底隙高度 h0 相等。進(jìn)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(shí)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(yīng)保證溢流液順暢并防止沉淀物堵塞(不可太小) ，但也應(yīng)防止氣體進(jìn)入降液管(不可太大)。對(duì)于弓形降液管可按下式計(jì)算oLwsulLh=0式中：uoL 液體通過(guò)降液管底端出口處的流速，m/s。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般取 uoL = 0.070.25 m/s。D 800 mm，h0

50、= 40 mm。最大時(shí)可達(dá) 150 mm。降液管底隙高度及受液盤受液盤：承接來(lái)自降液管的液體。凹形受液盤：用于大塔（D800mm）。在液體流量低時(shí)仍能形成良好的液封，對(duì)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(hào)決定。浮閥數(shù) N：由氣體負(fù)荷量 Vs 決定?？捎上率接?jì)算 0204udVNs=VuF00=閥孔氣速 u0 可根據(jù)由實(shí)驗(yàn)結(jié)果綜合的閥孔動(dòng)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(duì) F1 型浮閥，d0 = 39 mm。根據(jù)

51、工業(yè)設(shè)備數(shù)據(jù)，對(duì)F1重型浮閥（約33g），當(dāng)塔板上的浮閥剛?cè)_(kāi)時(shí)，F(xiàn)0 在 812 之間。設(shè)計(jì)時(shí)可在此范圍內(nèi)選擇適宜的 F0 后計(jì)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tNAta=tt叉排等腰三角形叉排可使相鄰的浮閥容易吹開(kāi)，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)面積為 Aa，則一個(gè)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(jì)算的 Aa 值可得 t ，據(jù)此可確定 t 的實(shí)際取值（65、80、100mm）；根據(jù)已確定

52、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(jì)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(yīng)重新調(diào)整 t 值，再作圖、校核，直到滿足要求為止。)(m222csdsdWDrWWDxWWDx=)(sin180)(sixrxrxrxrxrxAa對(duì)單溢流塔板 Aa 可按下式計(jì)算：浮閥的數(shù)目與排列 %100%1004420220=NDdDNd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

53、大塔，取 Fl = 70%）代入下式后所得的 Vs-Ls 關(guān)系式作圖而得。此線與橫軸并不完全平行，可見(jiàn)發(fā)生液沫夾帶現(xiàn)象與液相負(fù)荷 Ls 也有一定關(guān)系，但主要取決于氣體負(fù)荷。 %10036. 1=bFLsVLVslAKCZLVF0Ls (m3/h)Vs (m3/h)12液相負(fù)荷下限線此線為保證塔板上液體流動(dòng)時(shí)能均勻分布所需的最小液量。對(duì)平頂直堰，取 how = 6 mm 作為液相負(fù)荷下限的標(biāo)準(zhǔn)。32100084. 2006. 0=wsowlLEhfTsAHL =也稱氣泡夾帶線，由液體在降液管中所需的最小停留時(shí)間決定E, lw 已知，為一垂直線。液相負(fù)荷上限線不易起泡的物系：3s，易起泡物系：5s

54、。為一垂直線。0Ls (m3/h)Vs (m3/h)34由上述 5 條線所包圍的區(qū)域即一定物系在一定的結(jié)構(gòu)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(duì)塔板效率的影響不大。01234Ls (m3/h)Vs (m3/h)溢流液泛線降液管中泡沫層高度達(dá)最大允許值時(shí)的氣量與液量的關(guān)系wTddhHHH=hhhhHfowwd=塔板的設(shè)計(jì)點(diǎn)及操作點(diǎn)都必須在正常操作區(qū)內(nèi)，才能獲得較高的塔板效率。對(duì)于一定氣液比的操作過(guò)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(guò)原點(diǎn) o 的直線。 5OP012345Ls (m3/h)Vs (m3/h)塔板的操作彈性：塔板的操作彈性：上

55、、下操作極限點(diǎn)的氣體流量之比。上、下操作極限點(diǎn)的氣體流量之比。對(duì)一定結(jié)構(gòu)尺寸的塔板，采用不同氣液比時(shí)控制塔的操作彈對(duì)一定結(jié)構(gòu)尺寸的塔板，采用不同氣液比時(shí)控制塔的操作彈性與生產(chǎn)能力的因素均可能不同。性與生產(chǎn)能力的因素均可能不同。塔板的設(shè)計(jì)點(diǎn)應(yīng)落在負(fù)荷性能圖的適中位置，使塔具有相當(dāng)塔板的設(shè)計(jì)點(diǎn)應(yīng)落在負(fù)荷性能圖的適中位置，使塔具有相當(dāng)?shù)目关?fù)荷波動(dòng)的能力，保證塔的良好穩(wěn)定操作。的抗負(fù)荷波動(dòng)的能力，保證塔的良好穩(wěn)定操作。OP 線（高氣液比）：上限 a（過(guò)量液沫夾帶）下限 a（低液層）OPOPOPaabbccOP 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

56、帶）下限 c（漏液）右圖表明，因降液管流通面積右圖表明，因降液管流通面積偏小，使液體負(fù)荷成為塔板操偏小，使液體負(fù)荷成為塔板操作的主要控制因素。作的主要控制因素。液沫夾帶線液沫夾帶線 2 和溢流液泛線和溢流液泛線 5 將上移，甚至使線將上移，甚至使線 5 落到正常落到正常操作范圍之外。操作范圍之外。物系一定，負(fù)荷性能圖取決于塔板的結(jié)構(gòu)尺寸。而負(fù)荷性能物系一定，負(fù)荷性能圖取決于塔板的結(jié)構(gòu)尺寸。而負(fù)荷性能圖的形狀在一定程度上也反映了塔板結(jié)構(gòu)尺寸的相對(duì)情況。圖的形狀在一定程度上也反映了塔板結(jié)構(gòu)尺寸的相對(duì)情況。減小降液管面積，液相上限流減小降液管面積，液相上限流量量 Ls 下降下降(線線 4 將左移將左

57、移)；塔板的負(fù)荷性能圖可清楚地表示塔板的允許的氣、液相負(fù)荷塔板的負(fù)荷性能圖可清楚地表示塔板的允許的氣、液相負(fù)荷范圍及塔板操作彈性的大小，對(duì)塔板的改造和設(shè)計(jì)以及塔的范圍及塔板操作彈性的大小，對(duì)塔板的改造和設(shè)計(jì)以及塔的操作均有一定的指導(dǎo)意義。操作均有一定的指導(dǎo)意義。 012345Ls (m3/h)Vs (m3/h)OPaa425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(chǎng)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

58、作用沿填料表面自上而下流動(dòng)，并與在壓強(qiáng)差推動(dòng)下穿過(guò)填料空隙的氣體相互接觸，發(fā)生傳熱和傳質(zhì)。 7653421液體氣體8填料（Tower packing） 填料塔的核心，是氣液兩相接觸進(jìn)行質(zhì)、熱傳遞的場(chǎng)所。填料的流體力學(xué)和傳質(zhì)性能與填料的材質(zhì)、大小和幾何形狀緊密相關(guān)，材質(zhì)一定時(shí)，表征填料特性的數(shù)據(jù)主要有：比表面積 a：?jiǎn)挝惑w積填料層所具有的表面積(m2/m3)。被液體潤(rùn)濕的填料表面就是氣液兩相的接觸面。大的 a 和良好的潤(rùn)濕性能有利于傳質(zhì)速率的提高。對(duì)同種填料，填料尺寸越小，a 越大，但氣體流動(dòng)的阻力也要增加。空隙率 ：?jiǎn)挝惑w積填料所具有的空隙體積(m3/m3)。代表的是氣液兩相流動(dòng)的通道， 大，

59、氣、液通過(guò)的能力大，氣體流動(dòng)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(xué)性能，值越小，流動(dòng)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 ：?jiǎn)挝惑w積填料的質(zhì)量(kg/m3)。在機(jī)械強(qiáng)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(jī)械強(qiáng)度大，化學(xué)穩(wěn)定性好以及價(jià)格低廉等也是優(yōu)良填料應(yīng)盡量兼有的性質(zhì)。注意：一些難以定量表達(dá)的因素(幾何形狀)對(duì)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(kāi)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

60、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(diǎn)：易于制造，價(jià)格低廉，且對(duì)它的研究較為充分，所以在過(guò)去較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。缺點(diǎn)：高徑比大，堆積時(shí)填料間易形成線接觸，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)表面潤(rùn)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(chǔ)上衍生了環(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)，以增大填料的比表面積。鮑爾環(huán)（Pall ring）填料在環(huán)的側(cè)壁上開(kāi)