化工原理下3-1蒸餾與吸收塔設(shè)備

1、1第第3 3章章 蒸餾和吸收塔設(shè)備蒸餾和吸收塔設(shè)備 通過本章學(xué)習(xí)，應(yīng)掌握板式塔的結(jié)構(gòu)、塔板的類型、板式塔的流體力學(xué)性能與操作特性；掌握填料塔的結(jié)構(gòu)、填料的類型、填料塔的流體力學(xué)性能；了解填料塔的設(shè)計(jì)原則。學(xué)習(xí)目的與要求2塔設(shè)備的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)塔設(shè)備的性能評(píng)價(jià)指標(biāo) 通量通量單位塔截面的單位塔截面的生產(chǎn)能力生產(chǎn)能力 分離效率分離效率對(duì)板式塔以對(duì)板式塔以板效率板效率表示，對(duì)填料塔以表示，對(duì)填料塔以等板高度等板高度表示。表示。 適應(yīng)能力適應(yīng)能力操作彈性操作彈性，表現(xiàn)為對(duì)物料的適應(yīng)性及對(duì)負(fù)荷波，表現(xiàn)為對(duì)物料的適應(yīng)性及對(duì)負(fù)荷波動(dòng)的適應(yīng)性。動(dòng)的適應(yīng)性。 其他：其他：流動(dòng)流動(dòng)阻力阻力小，小，結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于簡(jiǎn)

2、單、易于操作操作控制、控制、造價(jià)造價(jià)低。低。3 板 式 塔 為逐級(jí)接觸式的氣液傳質(zhì)設(shè)備，它主要由圓柱形殼體、塔板、溢流堰以及降液管和受液盤等部件構(gòu)成。 板式塔的結(jié)構(gòu) 1-殼體2-塔板3-溢流堰4-受液盤5-降液管3.1 板式塔3.1.1 板式塔的結(jié)構(gòu)與塔板類型5 |總體上使兩相呈總體上使兩相呈逆逆流流流動(dòng)流動(dòng) |每一塊塔板上呈均每一塊塔板上呈均勻的勻的錯(cuò)流錯(cuò)流(或逆流）或逆流）接觸接觸|氣液兩相能充分氣液兩相能充分接接觸觸|接觸后氣液兩相能接觸后氣液兩相能及時(shí)及時(shí)分離分離 6塔板 有降液管式塔板 無降液管式塔板 塔板的分類(a)有降液管式塔板(b)無降液管式塔板錯(cuò)流式逆流式1. 塔板分類v板式

3、塔的塔板基本結(jié)構(gòu)板式塔的塔板基本結(jié)構(gòu)液體流動(dòng)方向液體流動(dòng)方向1234 561、降液管的受液區(qū)、降液管的受液區(qū)2、進(jìn)口安定區(qū)、進(jìn)口安定區(qū)3、鼓泡區(qū)、鼓泡區(qū)4、出口安定區(qū)（破沫區(qū)）、出口安定區(qū)（破沫區(qū)）5、降液管的溢流區(qū)、降液管的溢流區(qū)6、無效區(qū)、無效區(qū)氣體通道氣體通道 形式很多，如篩板、浮閥、泡罩等，對(duì)塔形式很多，如篩板、浮閥、泡罩等，對(duì)塔板性能影響很大。板性能影響很大。 降液管（降液管（液體通道液體通道） 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 溢流堰溢流堰 使塔板上維持一定高度的液層，保證兩相使塔板上維持一定高度的液層，保證兩相充

4、分接觸。充分接觸。10(1)(1)泡罩塔板泡罩塔板 泡罩塔板是工業(yè)上應(yīng)用最早的塔板，它由升氣管及泡罩構(gòu)成。泡罩安裝在升氣管的頂部，分圓形和條形兩種，以前者使用較廣。泡罩有80m m 、100 m m 和150mm三種尺寸，可根據(jù)塔徑大小選擇。泡罩下部周邊開有很多齒縫，齒縫一般為三角形、矩形或梯形。泡罩在塔板上為正三角形排列。2. 塔板的結(jié)構(gòu)形式 11操作彈性適中；塔板不易堵塞。生產(chǎn)能力及板效率較低；結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高。優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：泡罩塔板的優(yōu)缺點(diǎn)12(2)(2)篩孔塔板篩孔塔板 篩孔塔板簡(jiǎn)稱篩板，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在塔板上開有許多均勻小孔，孔徑一般為38mm。篩孔在塔板上為正三角形排列。塔板上設(shè)置溢流

5、堰，使板上能保持一定厚度的液層。13板上液面落差小，氣體壓降低；生產(chǎn)能力大；操作彈性??；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低；塔板效率較高。優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：篩孔易堵塞，不宜處理易結(jié)焦、黏度大的物料。篩孔塔板的優(yōu)缺點(diǎn)14(3)(3)浮閥塔板浮閥塔板 F-1型型V-4型型 浮閥塔板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在塔板上開有若干個(gè)閥孔，每個(gè)閥孔裝有一個(gè)可上下浮動(dòng)的閥片，閥片本身連有幾個(gè)閥腿，插入閥孔后將閥腿底腳撥轉(zhuǎn)90，以限制閥片升起的最大高度，并防止閥片被氣體吹走。閥片周邊沖出幾個(gè)略向下彎的定距片，當(dāng)氣速很低時(shí)，由于定距片的作用，閥片與塔板呈點(diǎn)接觸而坐落在閥孔上，可防止閥片與板面的黏結(jié)。 15(3)浮閥塔板 16 操作彈性大； 生產(chǎn)能力大

6、； 處理易結(jié)焦、高黏度物料閥片易與塔板黏結(jié)； 操作時(shí)閥片易脫落或卡死。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低； 塔板效率較高。優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：浮閥塔板的優(yōu)缺點(diǎn)17(4)(4)噴射型塔板噴射型塔板 1） 舌形塔板 舌形塔板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，在塔板上沖出許多舌孔，方向朝塔板液體流出口一側(cè)張開。舌片與板面成一定的角度，有18、20、25三種（一般為20），舌片尺寸有50mm50mm和25mm25mm兩種。舌孔按正三角形排列，塔板的液體流出口一側(cè)不設(shè)溢流堰，只保留降液管。18舌形塔板示意圖192）浮舌塔板 浮舌塔板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，其舌片可上下浮動(dòng)。因此，浮舌塔板兼有浮閥板和固定舌形板的特點(diǎn)，處理能力大、壓降低、操作彈性大。浮舌塔板

7、示意圖20塔板的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)： 生產(chǎn)能力大；塔板效率高；塔板壓降低；操作彈性大；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造維修方便，造價(jià)低。3. 塔板的性能評(píng)價(jià)21 常見塔板的性能比較 塔板類型 相對(duì)生 相對(duì)塔 操作 壓力降 結(jié)構(gòu) 成本 產(chǎn)能力 板效率 彈性 泡罩塔板 1.0 1.0 中 高 復(fù)雜 1.0 篩孔塔板 1.2 1.4 1.1 低 低 簡(jiǎn)單 0.4 0.5 浮閥塔板 1.2 1.3 1.1 1.2 大 中 一般 0.4 0.5 舌形塔板 1.3 1.5 1.1 小 低 簡(jiǎn)單 0.4 0.5 斜孔塔板 1.5 1.8 1.1 中 低 簡(jiǎn)單 0.4 0.5 22一、塔板上氣液兩相的接觸狀態(tài) 塔板上氣液兩相的接觸狀

8、態(tài)是決定板上兩相流體力學(xué)及傳質(zhì)和傳熱規(guī)律的重要因素。當(dāng)液體流量一定時(shí)，隨著氣速的增加，可以出現(xiàn)四種不同的接觸狀態(tài)： 鼓泡接觸狀態(tài)； 蜂窩接觸狀態(tài)；泡沫接觸狀態(tài)； 噴射接觸狀態(tài)。 3.1.2 板式塔的流體力學(xué)性能231. 鼓泡接觸狀態(tài)鼓泡接觸狀態(tài) 氣速較低時(shí)，氣體以鼓泡形式通過液層。由于氣泡的數(shù)量不多，形成的氣液混合物基本上以液體為主，氣液兩相接觸的表面積不大，傳質(zhì)效率很低。 242. 蜂窩狀接觸狀態(tài)蜂窩狀接觸狀態(tài) 隨著氣速增加，氣泡數(shù)量不斷增加。當(dāng)氣泡形成速度大于氣泡浮升速度時(shí)，氣泡在液層中累積。氣泡間相互碰撞，形成各種多面體的大氣泡。由于氣泡不易破裂，表面得不到更新，所以此種狀態(tài)不利于傳熱和

9、傳質(zhì)。 253. 泡沫接觸狀態(tài)泡沫接觸狀態(tài) 當(dāng)氣速繼續(xù)增加，氣泡數(shù)量急劇增加，氣泡不斷發(fā)生碰撞和破裂，此時(shí)板上液體大部分以液膜的形式存在于氣泡之間，形成一些直徑較小、擾動(dòng)十分劇烈的動(dòng)態(tài)泡沫，由于泡沫接觸狀態(tài)表面積大，并不斷更新，所以是一種較好的接觸狀態(tài)。 264. 噴射接觸狀態(tài)噴射接觸狀態(tài) 當(dāng)氣速繼續(xù)增加，把板上液體向上噴成大小不等的液滴，直徑較大的液滴受重力作用落回到塔板上，直徑較小的液滴被氣體帶走，形成液沫夾帶。液滴回到塔板上又被分散，這種液滴反復(fù)形成和聚集，使傳質(zhì)面積增加，表面不斷更新，是一種較好的接觸狀態(tài)。27氣體通過塔板需克服一定的阻力塔板壓降。塔板阻力板上各部件所造成的局部阻力。板

10、上充氣液層的靜壓力形成的阻力。液體表面張力形成的阻力。塔板壓降 = 干板壓降+充氣液層壓降+表面張力壓降二、氣體通過塔板的壓降 干板阻力充氣液層阻力表面張力阻力28氣液接觸時(shí)間塔板效率塔釜溫度氣體阻力塔板壓降塔板壓降能量消耗對(duì)熱敏性物系的分離，應(yīng)采用較低的塔板壓降。二、氣體通過塔板的壓降 分析29 當(dāng)液體橫向流過塔板時(shí)，為克服板上的摩擦阻力和板上部件（如泡罩、浮閥等）的局部阻力，需要一定的液位差，則在板上形成由液體進(jìn)入板面到離開板面的液面落差。塔板上的液面落差示意圖三、塔板上的液面落差 液面落差30氣液分布均勻程度塔板效率與塔板的結(jié)構(gòu)有關(guān)泡罩塔板大浮閥塔板中篩孔塔板小與塔徑、液體流量有關(guān)塔徑流

11、量三、塔板上的液面落差 分析（a）單流型（）單流型（b）雙流型）雙流型 （c）四程流型）四程流型(d）階梯流型）階梯流型（e）U型流型型流型塔板溢流類型塔板溢流類型流徑長(zhǎng)度與液面落差關(guān)系？流徑長(zhǎng)度與液面落差關(guān)系？321.漏液 在正常操作塔板上，液體橫向流過塔板，然后經(jīng)降液管流下。當(dāng)氣體速度較小時(shí)，氣體通過升氣孔道的動(dòng)壓不足以阻止板上液體經(jīng)孔道流下時(shí)，便會(huì)出現(xiàn)漏液現(xiàn)象。 為保證塔正常操作，漏液量應(yīng)不大于液體流量的10%。漏液量為10%的氣體速度稱為漏液速度，它是板式塔操作氣速的下限。 一、板式塔的異常操作現(xiàn)象 3.1.3 板式塔的操作特性33 上升氣流穿過塔板上液層時(shí)，必然將部分液體分散成微小液滴，氣體夾帶著這些液滴在板間的空間上升，如液滴來不及沉降分離，則將隨氣體進(jìn)入上層塔板，這種現(xiàn)象稱為霧沫夾帶。 為維持正常操作，需將霧沫夾帶限制在一定范圍，一般為 eV 0.1kg(液)/ kg(氣)。 2.霧沫夾帶 霧沫夾帶量一、板式塔的異常操作現(xiàn)象 343.液泛 塔板正常操作時(shí)，在塔板上應(yīng)維持一定厚度的液層，以和氣體進(jìn)行接