化工原理南林教材

化工原理南林教材第一頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/20231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)。第二頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/20232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)。第三頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/20233板式塔：塔板類型、操作特點(diǎn)、浮閥塔的設(shè)計(jì)填料塔：填料類型、填料塔的流體力學(xué)特性和計(jì)算第四頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/20234第五頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/20235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。第六頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/202363-1-1塔板類型錯(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。第七頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/20237一、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。第八頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/20238第九頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/20239二、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10-25mm）。第十頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/202310第十一頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/202311三、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?。辉靸r(jià)低。缺點(diǎn)：不易處理易結(jié)焦或粘度大的物系。第十二頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/202312第十三頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/202313四、噴射塔板1.舌形塔板2.浮動(dòng)噴射塔板3.浮射塔板第十四頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/202314第十五頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/202315第十六頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/2023163-1-2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。第十七頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/202317一、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)。第十八頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/202318三、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。第十九頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/202319五、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。第二十頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/2023201．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)荷下限線第二十一頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/2023213-1-3浮閥塔設(shè)計(jì)工藝計(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。第二十二頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/202322一、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。第二十三頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/2023232.塔徑第二十四頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/202324第二十五頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/202325hL：常壓塔（0.05～0.1m）；減壓塔（0.025～0.03m）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

第二十六頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/2023263.溢流裝置第二十七頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/202327

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）溢流類型雙溢流（半徑流）階梯雙溢流以弓形降液管為例：第二十八頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/202328第二十九頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/202329（1）出口堰（溢流堰）：堰長(zhǎng)lW、堰高h(yuǎn)W單溢流：lW

=(0.6~0.8)D雙溢流：lW

=(0.5~0.6)DhL=hW

+hOWhW

=hL-hOWhOW

=60~70mm，小于6mm，采用齒形堰,大于70mm，采用雙溢流。hW=0.03~0.05m第三十頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/202330第三十一頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/202331第三十二頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/202332第三十三頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/202333（2）弓形降液管的寬度Wd和截面積Af第三十四頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/202334核算：第三十五頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/202335（3）降液管底隙高度h0

原則：局部阻力不太大，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。第三十六頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/202336（4）進(jìn)口堰及受液盤第三十七頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/2023374.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)）

D<1.5m，Ws=60～75mmD>1.5m，Ws=80～110mm第三十八頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/202338(4)無(wú)效區(qū)小塔：Wc=30～50mm

大塔：Wc=50～70mm第三十九頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/2023395.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）第四十頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/202340第四十一頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/202341整塊塔板：正三角形叉排，t=75~125mm分塊塔板：等腰三角形叉排，t=75mm，

t1=65,80,100mm第四十二頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/202342單溢流塔板：孔距t

排出閥孔總數(shù)

Np

F0=?9～12開(kāi)孔率

=

閥孔總面積/塔面積10-14%第四十三頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/202343二、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)降第四十四頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/2023442.液泛第四十五頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/2023453.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%第四十六頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/202346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。第四十七頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/202347第四十八頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/2023484.漏液F0=5～6最后，繪出負(fù)荷性能圖。第四十九頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/2023493-1-4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。第五十頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/2023502.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。第五十一頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/2023513.點(diǎn)效率EO板上液體完全混合時(shí)，EOV=EMV第五十二頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/202352二、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、氣液流量比等第五十三頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/202353估算方法：法2.經(jīng)驗(yàn)計(jì)算法第五十四頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/202354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第五十五頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/202355第五十六頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/2023563-2-1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。第五十七頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/202357二、填料類型

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

第五十八頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/202358第五十九頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/202359第六十頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/202360第六十一頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/2023613-2-2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)第六十二頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/202362二、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)氣速小第六十三頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/2023633.液氣比WL/WV大，泛點(diǎn)氣速小。4．?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖第六十四頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/202364第六十五頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/202365三、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。第六十六頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/2023663-2-3填料塔的計(jì)算一、塔徑u=50～80%泛點(diǎn)氣速，0.2～1.0m/s圓整為：400、500、600、700、800、900、1000、1200、1400mm等。第六十七頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日3/14/202367二、塔高1.傳質(zhì)單元法：Z=HOG*NOG