廣東工業(yè)大學(xué)蒸餾和吸收塔設(shè)備

1、第三章 蒸餾和吸收塔設(shè)備 蒸餾操作和吸收操作從氣液傳質(zhì)的角度有著共同的特點，可在同樣的塔設(shè)備中進(jìn)行。按其結(jié)構(gòu)形式有 板式塔，一般處理量大 傳質(zhì)設(shè)備 填料塔，一般處理量小第一節(jié) 板式塔 板式塔為逐板接觸式的氣液傳質(zhì)設(shè)備，塔板類型按氣液流動的方式，可將塔板分為錯流塔板和逆流塔板。13-1-1 塔板類型 逆流塔板，少用 錯流塔板，常用 錯流塔板主要形式有： 生產(chǎn)能力小 氣流阻力大 一、泡罩塔板 操作彈性大 結(jié)構(gòu)復(fù)雜 生產(chǎn)能力大 氣流阻力小 二、 篩板 操作彈性小 結(jié)構(gòu)簡單 2三、 浮閥塔板 F1 型，適用普通系統(tǒng)1類型 V-4型，適用減壓系統(tǒng) T型，適用含顆粒或易聚合的物料 生產(chǎn)能力大，開孔率大、泡

2、罩2040%、篩板塔 操作彈性大，閥片可以自由升降以適應(yīng)氣量的變化 塔板效率高，平吹、接觸時間長、霧沫夾帶少2優(yōu)點 氣流阻力小，開孔大 液面落差小，液流阻力小 造價適中，約等于6080%泡罩、120130%篩板四、 噴射型塔板 生產(chǎn)能力大，開孔率大、可用較高的空塔氣速 氣流阻力小，液層較薄1舌形塔板 落差小、無返混、霧沫夾帶小，水平分力 操作彈性小，氣流截面積固定 氣相夾帶嚴(yán)重，斜吹32浮舌塔板 操作彈性大 氣流阻力小 效率較高，介于浮閥與舌形之間3. 斜孔塔板 結(jié)構(gòu)簡單、壓降低 43-1-2 板式塔的流體力學(xué)性能 評價塔設(shè)備的性能指標(biāo)為： 生產(chǎn)能力 塔板效率 設(shè)備性能 操作彈性 塔板壓力降塔

3、的操作能否正常進(jìn)行，與塔內(nèi)的氣液兩相的流體力學(xué)狀況有關(guān)： 塔板壓力降 液泛流體力學(xué)性能 霧沫夾帶 漏液 液面落差一、 塔板壓降總阻力 = 干板阻力 + 液層靜壓力 + 表面張力 在較高板效率前提下，力求減小塔板壓力降二、 液泛：氣液量大到使全塔液體相連 三、 霧沫夾帶 氣流將液體從下層板帶入上層板5四、 漏液：液體從升氣孔流下，要求10% 氣速太小，或液面落差引起氣流分布不均 塔板入口處往往上漏液，設(shè)安定區(qū)五、 液面落差：液體克服板面阻力形成位差六、 負(fù)荷性能圖：各種極限條件下Vs-Ls關(guān)系曲線組成的圖 1 霧沫夾帶線（氣相負(fù)荷上限線） 2液泛線 3液相負(fù)荷上限線 （降液管超負(fù)荷線，氣泡夾帶線

4、） 4漏液線（氣相負(fù)荷下限線） 5液相負(fù)荷下限線 操作彈性兩極限的氣量之比63-1-3 浮閥塔設(shè)計 一、 浮閥塔工藝尺寸的計算（工藝設(shè)計）1塔高式中 Z塔高，m； NT理論板層數(shù)； ET總板效率； HT塔板間距，m。 取整數(shù) HTD，表3-2（經(jīng)驗數(shù)據(jù)） 易起泡、負(fù)荷波動大時，應(yīng)HT2塔徑 式中 D塔徑，m；VS氣體流量，m3/s；u空塔氣速，m/s。關(guān)鍵在于確定適宜的空塔氣速u。7式中 d液滴的直徑，m。由凈重力與摩擦阻力的平衡，得整理，得 式中 umax極限空塔氣速，m/s； 負(fù)荷系數(shù)， 8圖中 Vh、Lh氣、液兩相的體積流量，m3/h； V、L氣、液兩相的密度，kg/m3； hL板上液層

5、高度，m； 液氣動能參數(shù)校正負(fù)荷系數(shù)式中 操作物系的液體表面張力，mN/m。求出塔徑后還需園整，之后還要進(jìn)行流體力學(xué)核算。3溢流裝置 溢流堰溢流裝置 園形，一般用于小塔 降液管 弓形，常用 U型流，一般用于小塔 單溢流，D2 m 階梯流，D3 m 9(1) 出口堰（溢流堰） ，單溢流 堰長 ，雙溢流式中 hL板上液層高度，m； hw堰高，m； how堰上液層高度，m。 6mm，單溢流 60mm，雙溢流平直堰：式中 Lh塔內(nèi)液體流量，m3/h。 E液流收縮系數(shù)，見圖3-11當(dāng)E=1時，可用列線圖3-12求hOW。齒形堰：一般齒深hn50mm。4塔板布置塔板可分為： 整塊式，D800mm 分塊式，

6、D900mm塔板面積分區(qū)： 鼓泡區(qū)，有效傳質(zhì)區(qū) 溢流區(qū)，降液管（及受液盤）所占區(qū)域 破沫區(qū)（安定區(qū)），進(jìn)口防漏液，出口防汽泡夾帶 12 6075mm，D1.5m 無效區(qū)（邊緣區(qū)），支承塔板 3050mm, 小塔 5075mm, 大塔5浮閥的數(shù)目與排列 浮閥塔的操作性能可采用由氣體通過閥孔時速度與密度組成的“動能因子”來衡量，其定義式為 式中 F0氣體通過閥孔時的動能因數(shù)； u0氣體通過閥孔時的速度，m/s； V氣體密度，kg/m3。對于F1型浮閥，F(xiàn)0=912，選定F0，后求uo： 再求閥孔數(shù)N 式中 d0閥孔直徑，do=0.039m浮閥在塔板鼓泡區(qū)內(nèi)的排列有正三角形和等腰三角形兩種形式，按照

7、閥孔中心聯(lián)線與液流方向的關(guān)系，又有順排與叉排之分。 13 （等邊三角形） （等腰三角形）式中 t同一排孔心距，m； 相鄰兩排孔心距，m；d0閥孔直徑，m；A0閥孔總面積，m2；Aa鼓泡區(qū)面積，m2；N閥孔總數(shù)。而 式中 ，m； ，m； 以角度數(shù)表示的反三角函數(shù)值。 二、 浮閥塔板的流體力學(xué)驗算1氣體通過浮閥塔板的壓力降氣體通過一層浮閥塔板時的壓力降應(yīng)為： 14式中 pp塔板壓力降，Pa； pc平板壓力降，Pa； pl液層壓力降，Pa； p克服表面張力的壓力降，Pa?；?(1) 平板阻力 ，閥全開前(u0u0c)對F1型閥， ，閥全開后(u0u0c)式中 u0c臨界孔速，即板上所有閥剛好全部開啟

8、時的孔速，m/s； u0閥孔氣速，m/s； L液體密度，kg/m3； V氣體密度，kg/m3。先聯(lián)立求解臨界孔速u0c，即令：將g=9.81m/s2代入，解得：15(1) 板上充氣液層阻力（經(jīng)驗公式）式中 hL液層高度，m； 0充氣因數(shù) 水 0.5 0 = 油 0.20.35 碳?xì)浠衔?0.40.5(2) 液體表面張力所造成的阻力（很小，可忽略）式中 液體的表面張力，N/m；h浮閥的開度，m。 265530Pa，常壓和加壓塔一般：pp = 200Pa，減壓塔2液泛式中 Hd降液管內(nèi)的清液層高度，m； hp塔板壓力降相當(dāng)?shù)囊褐叨?，m； hL板上液層高度，m； hd降液管壓力降相當(dāng)?shù)囊褐叨龋?/p>

9、m。 16 ，無進(jìn)口堰 ，有進(jìn)口堰式中 液體通過降液管底隙時的流速，m/s。必須： 0.30.4，一般物系式中 校正系數(shù) = 0.60.7，不易發(fā)泡物系3霧沫夾帶通常用泛點率操作空塔氣速與液泛空塔氣速之比來估算霧沫夾帶的大小。 80%，大塔泛點率 70%，D75mm的環(huán)形填料 253-2-3 填料塔的計算 一、 塔徑 然后園整、檢驗大于最小噴淋密度。二、 塔高1傳質(zhì)單元法 2等板高度法等板高度(HETP)：與理論塔板的傳質(zhì)作用相當(dāng)?shù)奶盍蠈痈叨取?式中 G氣相的空塔質(zhì)量速度，kg/(m2h)；相對揮發(fā)度。263-2-4 填料塔附件 一、 填料支承裝置 柵板式 升氣管式二、 液體分布裝置 蓮蓬式

10、溢流管式 盤式 篩孔式 齒槽式 多孔環(huán)管式 三、 液體再分布裝置 截錐形 支承板截錐形四、 除沫裝置：除去出口氣流中的液滴。 折流板除沫器 旋流板除沫器 絲網(wǎng)除沫器 此處還有填料壓板或擋網(wǎng)，氣體進(jìn)口裝置27填料塔發(fā)展簡史 1914年拉西環(huán)的出現(xiàn)使填料塔進(jìn)入了科學(xué)發(fā)展的軌道，至50年代取得了很大的發(fā)展，但由于填料塔的“放大效應(yīng)”，50年代后填料塔進(jìn)入了緩慢發(fā)展時期，而板式塔應(yīng)運而生。70年代由于世界性的能源危機(jī)后，為了節(jié)能，填料塔得到了蓬勃發(fā)展，規(guī)整填料的出現(xiàn)和塔內(nèi)件的改進(jìn)使“放大效應(yīng)”問題基本解決。 一、 填料塔的特點 1生產(chǎn)能力大 2分離效率高 3壓力降小 4操作彈性大 5 . 持液量小 二

11、、 分類 散裝填料 填料填料塔 塔內(nèi)件 規(guī)整填料 筒體 28 液體分布裝置 填料固定裝置或填料壓緊裝置 填料支承裝置 塔內(nèi)件 液體收集再分布裝置 氣體分布裝置 液、氣進(jìn)料裝置 整體式，800mm 筒體 分段式，800mm 瓦礫、卵石、焦炭等，1914以前 拉西環(huán)(Raschig Ring)，1914，第一代 鮑爾環(huán)(Pall Ring)，1948，第二代 改進(jìn)型鮑爾環(huán)(Hy-Pak) 階梯環(huán)填料(CMR) 貝爾鞍形填料(Bell Saddles) 英特勒鞍形填料(Intalox Saddles) 散花填料 金屬環(huán)矩鞍填料(IMTP)，1978，第三代 塑料諾派克環(huán)(Nor-Pak Ring) 塑料、金屬和陶瓷哈佛羅(Hiflow Ring) 網(wǎng)環(huán) 鞍型網(wǎng)型 分離效率高 壓延孔環(huán) 高效散裝填料 螺線圈 生產(chǎn)能力小 網(wǎng)帶卷29斯特曼填料(Stedman)，1937司帕雷派克填料(Spraypak)古德洛卷帶型填料(Goodloe)麥特派克填料(Metpak)格里奇柵格型填料(Gritsch)派如納派克填料(Panapak)顆粒型規(guī)則排列填料蘇爾壽金屬絲網(wǎng)波紋填料(Sulzer Gause Packing)，1960s板片波紋型填料(Mellapak)，1977RombopakMo