南京林業(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9/22/20221要求：1.了解板式塔和填料塔的主要結(jié)構(gòu)；2.掌握板式塔和填料塔的流體力學(xué)性能；3.了解評(píng)價(jià)設(shè)備的基本性能；4.熟悉浮閥塔的工藝設(shè)計(jì)。9/22/20222重點(diǎn)：1.板式塔和填料塔的流體力學(xué)性能；2.浮閥塔的工藝設(shè)計(jì)。9/22/20223板式塔：塔板類(lèi)型、操作特點(diǎn)、浮閥塔的設(shè)計(jì)填料塔：填料類(lèi)型、填料塔的流體力學(xué)特性和計(jì)算9/22/202249/22/20225第一節(jié) 板式塔氣相流動(dòng)：靠壓強(qiáng)差由下到上。液相流動(dòng)：靠重力由上至下。9/22/202263-1-1 塔板類(lèi)型錯(cuò)流塔板：在塔板上氣液兩相呈錯(cuò)流流動(dòng)。逆流塔板：氣液兩相以逆流的方式穿過(guò)塔板。9/22/2

2、0227一、泡罩塔板應(yīng)用最早的氣液傳質(zhì)設(shè)備。結(jié)構(gòu)：泡罩直徑80-150mm，正三角形排列。優(yōu)點(diǎn)：較大的操作彈性。缺點(diǎn)：塔板結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高；塔板壓降大；板效 率和生產(chǎn)能力低。9/22/202289/22/20229二、篩板結(jié)構(gòu)：孔徑3-8mm，正三角形排列。優(yōu)點(diǎn)：塔板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低；塔板壓降??；板效率和生產(chǎn)能力較高。缺點(diǎn)：操作彈性小。易堵（改進(jìn)方法，采用大孔徑10-25 mm）。9/22/2022109/22/202211三、浮閥塔板應(yīng)用廣泛，兼有泡罩塔板和篩板的優(yōu)點(diǎn)。結(jié)構(gòu)：標(biāo)準(zhǔn)孔徑39mm。優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)能力大；操作彈性大；板效率高；塔板壓降和液面落差??；造價(jià)低。缺點(diǎn)：不易處理易結(jié)焦或粘度大的

3、物系。9/22/2022129/22/202213四、噴射塔板1.舌形塔板2.浮動(dòng)噴射塔板3.浮射塔板9/22/2022149/22/2022159/22/2022163-1-2 板式塔的流體力學(xué)性能評(píng)價(jià)塔設(shè)備性能的主要指標(biāo)：生產(chǎn)能力、塔板效率、操作彈性、塔板壓強(qiáng)降。這些指標(biāo)和塔板結(jié)構(gòu)及塔內(nèi)氣液兩相流體力學(xué)性能密切相關(guān)。流體力學(xué)性能包括：塔板壓降、液泛、霧沫夾帶、漏液、液面落差。9/22/202217一、塔板壓降干板壓降、板上充氣液層的靜壓降、液體表面張力產(chǎn)生的壓降。二、液泛（淹塔）降液管內(nèi)液體不能順利下流，造成板上積液。原因：氣速或液速過(guò)大，與流體物性、塔板結(jié)構(gòu)、板間距有關(guān)。9/22/202

4、218三、霧沫夾帶eV=0.1kg液/kg氣體主要影響因素：空塔氣速、塔板間距。四、漏液產(chǎn)生原因：氣速太小，板上液面落差大引起氣流分布不均。漏液量為10%液體流量時(shí)的氣流速度為漏液速度。9/22/202219五、液面落差克服板面和板上部件的阻力。影響因素：塔板結(jié)構(gòu)、塔徑、流體流量。六、負(fù)荷性能圖霧沫夾帶線、液泛線、液相負(fù)荷上限線、漏液線、液相負(fù)荷下限線。操作彈性：操作線與負(fù)荷性能圖上曲線的兩個(gè)交點(diǎn)的氣體流量之比。9/22/2022201霧沫夾帶線（氣相上限） 2液泛線（氣液）3液相負(fù)荷上限線（降液管超負(fù)荷線）4漏液線（氣相下限） 5液相負(fù)荷下限線9/22/2022213-1-3 浮閥塔設(shè)計(jì)工藝

5、計(jì)算：塔高、塔徑、塔板主要部件工藝尺寸、流體力學(xué)驗(yàn)算、操作負(fù)荷性能圖、操作彈性。9/22/202222一、工藝尺寸的計(jì)算1.塔高HT：的確定：與塔徑匹配；與生產(chǎn)能力、操作彈性、板效率有關(guān)；考慮安裝、檢修方便。9/22/2022232.塔徑9/22/2022249/22/202225hL：常壓塔（0.050.1m）； 減壓塔（0.0250.03m）D需圓整為標(biāo)準(zhǔn)塔徑：0.6、0.7、0.8、1.0、1.2、1.4、1.6、1.8、2.0、2.2 9/22/2022263.溢流裝置9/22/202227 溢流堰溢流裝置 降液管：圓形、弓形 U型流（回轉(zhuǎn)流） 單溢流（直徑流）溢流類(lèi)型 雙溢流（半徑流

6、） 階梯雙溢流以弓形降液管為例：9/22/2022289/22/202229（1）出口堰（溢流堰）：堰長(zhǎng) lW、堰高 hW單溢流： lW = (0.6 0.8) D雙溢流： lW = (0.5 0.6) DhL=hW + hOWhW = hL - hOWhOW = 60 70 mm，小于 6 mm，采用齒形堰,大于 70 mm，采用雙溢流。hW = 0.03 0.05 m9/22/2022309/22/2022319/22/2022329/22/202233（2）弓形降液管的寬度 Wd和截面積 Af9/22/202234核算：9/22/202235（3）降液管底隙高度h0 原則：局部阻力不太大

7、，防止沉淀物阻塞降液管；良好的液封作用，防止氣體通過(guò)降液管造成短路。9/22/202236（4）進(jìn)口堰及受液盤(pán)9/22/2022374.塔板布置 整塊式（小塔）、分塊式塔板（大塔）(1)鼓泡區(qū)(2)溢流區(qū)(3)破沫區(qū)（安定區(qū)） D1.5 m，Ws=80110 mm9/22/202238(4)無(wú)效區(qū) 小塔：Wc=3050 mm 大塔：Wc=5070 mm9/22/2022395.浮閥的數(shù)目及排列浮閥的排列：正三角形等腰三角形順排叉排（氣液傳質(zhì)效果較好）9/22/2022409/22/202241整塊塔板：正三角形叉排，t =75 125 mm分塊塔板：等腰三角形叉排， t = 75 mm， t1

8、 = 65, 80, 100 mm9/22/202242單溢流塔板：孔距 t 排出閥孔總數(shù) Np F0=? 912開(kāi)孔率 = 閥孔總面積/塔面積 10-14%9/22/202243二、浮閥塔板流體力學(xué)驗(yàn)算1.氣體通過(guò)浮閥塔板的壓強(qiáng)降9/22/2022442.液泛9/22/2022453.霧沫夾帶泛點(diǎn)率：操作時(shí)的空塔氣速與發(fā)生液泛時(shí)的空塔氣速之比。大塔： 泛點(diǎn)率 80%小塔： 泛點(diǎn)率 70%減壓塔：泛點(diǎn)率 75%9/22/202246取大的計(jì)算結(jié)果。注意：若泛點(diǎn)率不在規(guī)定的范圍內(nèi)，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整有關(guān)參數(shù)：板間距、塔徑等，再重新計(jì)算。9/22/2022479/22/2022484.漏液F0=56最后，

9、繪出負(fù)荷性能圖。9/22/2022493-1-4 塔板效率一、塔板效率的表示法1.總板效率（全塔效率）ET簡(jiǎn)單地反應(yīng)了整個(gè)塔內(nèi)的平均傳質(zhì)效果。9/22/2022502.單板效率直接反應(yīng)該層塔板的傳質(zhì)效果；操作線與平衡線平行時(shí)，EMV=EMVEM有可能大于零。9/22/2022513.點(diǎn)效率EO板上液體完全混合時(shí)，EOV=EMV9/22/202252二、塔板效率的估算1.物系性質(zhì)：粘度、密度、表面張力、擴(kuò)散系數(shù)、相對(duì)揮發(fā)度等2.塔板結(jié)構(gòu)：塔徑、板間距、堰高、開(kāi)孔率等3.操作條件：溫度、壓強(qiáng)、氣體上升速度、氣液流量比等9/22/202253估算方法：1. A.I.CH.E法2. 經(jīng)驗(yàn)計(jì)算法9/22

10、/202254第二節(jié) 填料塔液體分布裝置、填料、液體再分布器、支撐柵板特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、阻力小、使用耐腐蝕材料制造9/22/2022559/22/2022563-2-1 填料一、填料特性1.比表面積2.空隙率3.填料因子:干填料因子 /3，濕填料因子 要求： 大，大，潤(rùn)濕性能好，單體體積的填料質(zhì)量小，價(jià)格低，機(jī)械強(qiáng)度大。9/22/202257二、填料類(lèi)型 實(shí)體填料 亂堆填料 網(wǎng)體填料 整砌填料 1.拉西環(huán) 2.鮑爾環(huán)3.階梯環(huán) 4.弧鞍和矩鞍5.金屬鞍環(huán) 6.波紋板及波紋網(wǎng)7.金屬孔板波紋填料和金屬壓延孔板波紋填料 9/22/2022589/22/2022599/22/2022609/22/20

11、22613-2-2 填料塔的流體力學(xué)性能一、氣體通過(guò)填料層的壓強(qiáng)降持液量：操作時(shí)單位填料層內(nèi)持有的液體體積。恒持液區(qū)載液區(qū)液泛區(qū)載點(diǎn)泛點(diǎn)9/22/202262二、液泛影響因素： 1.填料特性：小，泛點(diǎn)氣速大。 2.流體的物理性質(zhì) L大，泛點(diǎn)氣速大 V大，泛點(diǎn)氣速小 L大，泛點(diǎn)氣速小9/22/2022633.液氣比WL/WV大，泛點(diǎn)氣速小。4埃克特通用關(guān)聯(lián)圖9/22/2022649/22/202265三、潤(rùn)濕性能液體的噴淋密度：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)單位塔截面上噴淋的液體體積。潤(rùn)濕速度LW：塔的截面上，單位長(zhǎng)度的填料周邊上液體的體積流量。9/22/2022663-2-3 填料塔的計(jì)算一、塔徑u=5080%泛

12、點(diǎn)氣速，0.21.0 m/s圓整為：400、500、600、700、800、900、1000、1200、1400mm等。9/22/202267二、塔高1.傳質(zhì)單元法：Z=HOG*NOG2.等板高度法：Z=NT*(HETP)9/22/2022683-2-4 填料塔附件一、填料支承裝置9/22/2022699/22/202270二、液體分布裝置9/22/202271三、液體再分布裝置9/22/2022723-2-5 板式塔與填料塔的比較1.塔徑較大時(shí)，宜采用板式塔。造價(jià)低、塔效率高、檢修和清理方便2.塔高很高時(shí)，宜采用板式塔。填料塔需要多次液體再分布3.有熱量從塔內(nèi)移出時(shí)，宜采用板式塔。塔板上宜于安裝冷卻