化工過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)課件

1、2021-6-211 化工過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)化工過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì) 信陽師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院信陽師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院 劉劉 鵬鵬 教授教授 20122012年年0909月月 2021-6-212 性質(zhì)、任務(wù)與目的性質(zhì)、任務(wù)與目的 化工過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)是綜合運(yùn)用化工過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)是綜合運(yùn)用化工原化工原 理理、化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)、化工制圖化工制圖、 化工儀表及自動(dòng)化化工儀表及自動(dòng)化課程和有關(guān)先修課程所學(xué)知課程和有關(guān)先修課程所學(xué)知 識(shí)，完成以化工單元操作為主的一次工程設(shè)計(jì)，從識(shí)，完成以化工單元操作為主的一次工程設(shè)計(jì)，從 而對(duì)學(xué)生進(jìn)行一次設(shè)計(jì)技能的基本訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生而對(duì)學(xué)生進(jìn)行一次

2、設(shè)計(jì)技能的基本訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生 綜合運(yùn)用所學(xué)的書本知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，也綜合運(yùn)用所學(xué)的書本知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，也 為畢業(yè)設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。因此，化工過程及設(shè)備課程為畢業(yè)設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。因此，化工過程及設(shè)備課程 設(shè)計(jì)是提高學(xué)生實(shí)際工作能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)。設(shè)計(jì)是提高學(xué)生實(shí)際工作能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)。 2021-6-213 1.1.對(duì)學(xué)生進(jìn)行化工工程設(shè)計(jì)的基本訓(xùn)練，使學(xué)生掌握化工對(duì)學(xué)生進(jìn)行化工工程設(shè)計(jì)的基本訓(xùn)練，使學(xué)生掌握化工 設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容、程序與方法；設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容、程序與方法； 2.2.結(jié)合設(shè)計(jì)課題培養(yǎng)學(xué)生查閱有關(guān)技術(shù)資料及物性參數(shù)的結(jié)合設(shè)計(jì)課題培養(yǎng)學(xué)生查閱有關(guān)技術(shù)資料及物性參數(shù)的 能力；能力；

3、 3.3.通過查閱技術(shù)資料，選用設(shè)計(jì)計(jì)算公式，搜集數(shù)據(jù)，分通過查閱技術(shù)資料，選用設(shè)計(jì)計(jì)算公式，搜集數(shù)據(jù)，分 析工藝參數(shù)與結(jié)構(gòu)尺寸間的相互影響，增強(qiáng)學(xué)生分析問題、析工藝參數(shù)與結(jié)構(gòu)尺寸間的相互影響，增強(qiáng)學(xué)生分析問題、 解決問題的能力；解決問題的能力； 4.4.通過編寫設(shè)計(jì)說明書，提高學(xué)生文字表達(dá)能力，掌握撰通過編寫設(shè)計(jì)說明書，提高學(xué)生文字表達(dá)能力，掌握撰 寫技術(shù)文件的有關(guān)要求；寫技術(shù)文件的有關(guān)要求； 5.5.了解一般化工設(shè)備圖基本要求，對(duì)學(xué)生進(jìn)行繪圖基本技了解一般化工設(shè)備圖基本要求，對(duì)學(xué)生進(jìn)行繪圖基本技 能訓(xùn)練；能訓(xùn)練； 通過課程設(shè)計(jì)達(dá)到以下目的：通過課程設(shè)計(jì)達(dá)到以下目的： 2021-6-214

4、設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)內(nèi)容 化工過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)主要包括以下內(nèi)容：化工過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)主要包括以下內(nèi)容： 1 1、化工工藝設(shè)計(jì)、化工工藝設(shè)計(jì) （1 1）設(shè)計(jì)方案確定：對(duì)選定的工藝路線、主要設(shè)備）設(shè)計(jì)方案確定：對(duì)選定的工藝路線、主要設(shè)備 等作簡要介紹與評(píng)述。等作簡要介紹與評(píng)述。 （2 2）工藝流程圖繪制：）工藝流程圖繪制：工藝流程圖工藝流程圖用單線形式繪制，用單線形式繪制， 用示意圖表示單元操作所有主體設(shè)備及輔助設(shè)備，用示意圖表示單元操作所有主體設(shè)備及輔助設(shè)備， 標(biāo)出物流量（或能流量）、物流向、控制閥門，標(biāo)出物流量（或能流量）、物流向、控制閥門， 以及溫度、壓力控制點(diǎn)的控制標(biāo)記。以及溫度、壓力控制點(diǎn)的

5、控制標(biāo)記。 2021-6-215 圖圖1-1合成氨工段方案流程圖合成氨工段方案流程圖 2021-6-216 （3 3）主要設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算）主要設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算 內(nèi)容包括：內(nèi)容包括： 設(shè)計(jì)工藝參數(shù)的選定及依據(jù)；設(shè)計(jì)工藝參數(shù)的選定及依據(jù)； 系統(tǒng)的物料衡算，產(chǎn)品收率及原料耗用量計(jì)算；系統(tǒng)的物料衡算，產(chǎn)品收率及原料耗用量計(jì)算； 系統(tǒng)的熱量衡算，水蒸汽耗量計(jì)算；系統(tǒng)的熱量衡算，水蒸汽耗量計(jì)算； 主要設(shè)備的工藝尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算或校核計(jì)算。主要設(shè)備的工藝尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算或校核計(jì)算。 （4 4）系統(tǒng)流體力學(xué)性能計(jì)算，主要設(shè)備的流體壓降損失計(jì)）系統(tǒng)流體力學(xué)性能計(jì)算，主要設(shè)備的流體壓降損失計(jì) 算。算。 （5 5）輔

6、助設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算，典型輔助設(shè)備（如風(fēng)機(jī)、泵、換）輔助設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算，典型輔助設(shè)備（如風(fēng)機(jī)、泵、換 熱器、貯罐等）主要工藝尺寸或參數(shù)的確定，設(shè)備規(guī)格熱器、貯罐等）主要工藝尺寸或參數(shù)的確定，設(shè)備規(guī)格 及型號(hào)的選定。及型號(hào)的選定。 2021-6-217 2.2.主體設(shè)備強(qiáng)度設(shè)計(jì)：主體設(shè)備強(qiáng)度設(shè)計(jì)： 設(shè)備材料選擇、強(qiáng)度設(shè)計(jì)、支座設(shè)計(jì)等，根據(jù)設(shè)計(jì)設(shè)備材料選擇、強(qiáng)度設(shè)計(jì)、支座設(shè)計(jì)等，根據(jù)設(shè)計(jì) 結(jié)果繪制主要化工設(shè)備裝配圖結(jié)果繪制主要化工設(shè)備裝配圖 1 1 張，圖面應(yīng)包括下列內(nèi)張，圖面應(yīng)包括下列內(nèi) 容：容： 設(shè)備總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；設(shè)備總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 設(shè)備的主要工藝尺寸；設(shè)備的主要工藝尺寸； 設(shè)備技術(shù)特性表；設(shè)備技術(shù)特

7、性表； 設(shè)備接管表（規(guī)格和用途）；設(shè)備接管表（規(guī)格和用途）； 設(shè)備零部件明細(xì)表。設(shè)備零部件明細(xì)表。 2021-6-218 3 .設(shè)計(jì)說明書編寫設(shè)計(jì)說明書編寫 設(shè)計(jì)說明書是將所作的課程設(shè)計(jì)予以綜合簡介、設(shè)計(jì)說明書是將所作的課程設(shè)計(jì)予以綜合簡介、 并對(duì)設(shè)計(jì)給予評(píng)述。內(nèi)容包括：并對(duì)設(shè)計(jì)給予評(píng)述。內(nèi)容包括： （ 1 ）設(shè)計(jì)任務(wù)書；）設(shè)計(jì)任務(wù)書； （ 2 ）目錄；）目錄； （ 3 ）設(shè)計(jì)方案簡介與評(píng)述；）設(shè)計(jì)方案簡介與評(píng)述； （ 4 ）工藝設(shè)計(jì)及計(jì)算；）工藝設(shè)計(jì)及計(jì)算； （ 5 ）主要設(shè)備設(shè)計(jì)；）主要設(shè)備設(shè)計(jì)； （ 6 ）輔助設(shè)備選型計(jì)算；）輔助設(shè)備選型計(jì)算； （ 7 ）設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表；）設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表

8、； （ 8 ）參考資料。）參考資料。 2021-6-219 4 .圖紙圖紙 （1）帶控制點(diǎn)工藝流程圖）帶控制點(diǎn)工藝流程圖 1 張張 （2）主體設(shè)備裝配圖）主體設(shè)備裝配圖 1 張張 2021-6-2110 時(shí)間安排時(shí)間安排 主要內(nèi)容主要內(nèi)容時(shí)間時(shí)間 工藝設(shè)計(jì)計(jì)算含設(shè)計(jì)方案確定、工工藝設(shè)計(jì)計(jì)算含設(shè)計(jì)方案確定、工 藝流程設(shè)計(jì)、主體設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算、藝流程設(shè)計(jì)、主體設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算、 主要工藝參數(shù)的計(jì)算機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)等主要工藝參數(shù)的計(jì)算機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)等 第第 1 周周 設(shè)備強(qiáng)度設(shè)計(jì)、輔助設(shè)備的選型計(jì)設(shè)備強(qiáng)度設(shè)計(jì)、輔助設(shè)備的選型計(jì) 算、設(shè)計(jì)說明書的編寫算、設(shè)計(jì)說明書的編寫 第第 2 周周 帶控制點(diǎn)的工藝流程圖、設(shè)備裝配

9、帶控制點(diǎn)的工藝流程圖、設(shè)備裝配 圖的繪制，答辯圖的繪制，答辯 第第 3 周周 2021-6-2111 成績?cè)u(píng)定成績?cè)u(píng)定 完成了所有設(shè)計(jì)內(nèi)容并撰寫完課程設(shè)計(jì)完成了所有設(shè)計(jì)內(nèi)容并撰寫完課程設(shè)計(jì) 說明書后，進(jìn)行答辯考核。課程設(shè)計(jì)成績根說明書后，進(jìn)行答辯考核。課程設(shè)計(jì)成績根 據(jù)學(xué)生設(shè)計(jì)期間的表現(xiàn)、設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果、設(shè)據(jù)學(xué)生設(shè)計(jì)期間的表現(xiàn)、設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果、設(shè) 計(jì)說明書質(zhì)量、圖紙質(zhì)量及答辯考核情況等計(jì)說明書質(zhì)量、圖紙質(zhì)量及答辯考核情況等 進(jìn)行綜合評(píng)分，并按優(yōu)、良、中、及格、不進(jìn)行綜合評(píng)分，并按優(yōu)、良、中、及格、不 及格五級(jí)記分。及格五級(jí)記分。 2021-6-2112 主要參考書目主要參考書目 1. 化工原理（上

10、、下冊(cè)），譚天恩，麥本熙，丁惠華編著，化工原理（上、下冊(cè)），譚天恩，麥本熙，丁惠華編著， 化工出版社，化工出版社， 1998 ； 2. 化工原理課程設(shè)計(jì)相關(guān)參考資料化工原理課程設(shè)計(jì)相關(guān)參考資料 3. 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì) 4. 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)，刁玉瑋編，大連理工大學(xué)出版社，化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)，刁玉瑋編，大連理工大學(xué)出版社， 5. 物性數(shù)據(jù)的計(jì)算與圖表（），王蓮琴編，化工出版社，物性數(shù)據(jù)的計(jì)算與圖表（），王蓮琴編，化工出版社， 1992 ； 6. 化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)，上、下冊(cè)，國家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)，上、下冊(cè)，國家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥 設(shè)計(jì)院編，化工出版社

11、，設(shè)計(jì)院編，化工出版社， 1986 ； 7. 化工過程及設(shè)備設(shè)計(jì)，華南理工大學(xué)，化學(xué)工業(yè)出版社，化工過程及設(shè)備設(shè)計(jì)，華南理工大學(xué)，化學(xué)工業(yè)出版社， 1986 ； 8. 化學(xué)工程手冊(cè)，化學(xué)工業(yè)出版社，化學(xué)工程手冊(cè)，化學(xué)工業(yè)出版社， 1982 2021-6-2113 1. 板板 式式 塔塔 1.1 板式塔結(jié)構(gòu)及性能板式塔結(jié)構(gòu)及性能 （1） 板式塔結(jié)構(gòu)板式塔結(jié)構(gòu) 進(jìn)料 回流液 塔頂氣相 塔底液相 2021-6-2114 塔板結(jié)構(gòu)塔板結(jié)構(gòu) 氣體通道氣體通道 形式很多，如篩板、浮閥、泡罩等，對(duì)塔板性能影響很大。形式很多，如篩板、浮閥、泡罩等，對(duì)塔板性能影響很大。 降液管（液體通道）降液管（液體通道） 液

12、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，保證兩相充分接觸。使塔板上維持一定高度的液層，保證兩相充分接觸。 2021-6-2115 浮閥塔板結(jié)構(gòu)浮閥塔板結(jié)構(gòu) 2021-6-2116 （2） 塔板上的氣塔板上的氣液兩相流動(dòng)液兩相流動(dòng) 2021-6-2117 汽、液兩相接觸方式汽、液兩相接觸方式 全塔：逆流接觸全塔：逆流接觸 塔板上：錯(cuò)流接觸塔板上：錯(cuò)流接觸 兩相流動(dòng)的推動(dòng)力兩相流動(dòng)的推動(dòng)力 液體：重力液體：重力 氣體：壓力差氣體：壓力差 2021-6-2118 塔板上塔板上理想流動(dòng)理想流動(dòng)

13、情況：情況： 液體橫向均勻流過塔板，氣體從氣體通道上升，均勻穿過液層。液體橫向均勻流過塔板，氣體從氣體通道上升，均勻穿過液層。 氣液兩相接觸傳質(zhì)，達(dá)相平衡，分離后，繼續(xù)流動(dòng)。氣液兩相接觸傳質(zhì)，達(dá)相平衡，分離后，繼續(xù)流動(dòng)。 塔板上的塔板上的非理想非理想流動(dòng)情況流動(dòng)情況： 氣相或液相返混氣相或液相返混 液沫夾帶、氣泡夾帶 ，即：返混現(xiàn)象返混現(xiàn)象 后果后果：板效率降低板效率降低。 不均勻流動(dòng)不均勻流動(dòng) 液面落差液面落差（水力坡度）：引起塔板上氣體分布?xì)怏w分布不均勻； 塔壁作用塔壁作用（阻力）：引起塔板上液體分布液體分布不均勻。 后果：后果：使塔板上氣液接觸不充分，板效率降低。板效率降低。 2021-

14、6-2119液泛現(xiàn)象液泛現(xiàn)象 1.2 塔內(nèi)氣、液兩相異常流動(dòng)塔內(nèi)氣、液兩相異常流動(dòng) （1 1）液泛）液泛 如果由于某種原因，使得氣、液兩相流動(dòng)不暢，使板上液如果由于某種原因，使得氣、液兩相流動(dòng)不暢，使板上液 層迅速積累，以致充滿整個(gè)空間，破壞塔的正常操作，稱此現(xiàn)層迅速積累，以致充滿整個(gè)空間，破壞塔的正常操作，稱此現(xiàn) 象為象為液泛液泛。 2021-6-2120 (2) 過量霧沫夾帶液泛過量霧沫夾帶液泛 原因：原因： 氣相在液層中鼓泡，氣泡破裂，將霧沫彈濺至上一層塔板；氣相在液層中鼓泡，氣泡破裂，將霧沫彈濺至上一層塔板； 氣相運(yùn)動(dòng)是噴射狀，將液體分散并可攜帶一部分液沫流動(dòng)。氣相運(yùn)動(dòng)是噴射狀，將液體

15、分散并可攜帶一部分液沫流動(dòng)。 液泛氣速：液泛氣速： 開始發(fā)生液泛時(shí)的氣速開始發(fā)生液泛時(shí)的氣速。 2021-6-2121 2）降液管液泛）降液管液泛 當(dāng)塔內(nèi)氣、液兩相流量較大，當(dāng)塔內(nèi)氣、液兩相流量較大， 導(dǎo)致塔板阻力及降液管內(nèi)阻力增大導(dǎo)致塔板阻力及降液管內(nèi)阻力增大 時(shí)，均會(huì)引起降液管液層升高，以時(shí)，均會(huì)引起降液管液層升高，以 致達(dá)到上一層塔板，破壞降液管的致達(dá)到上一層塔板，破壞降液管的 正常流動(dòng)，直至液相逐漸充滿塔板正常流動(dòng)，直至液相逐漸充滿塔板 空間，發(fā)生液泛。空間，發(fā)生液泛。 說明：兩種液泛互相影響和關(guān)聯(lián)，其最終現(xiàn)象相同。說明：兩種液泛互相影響和關(guān)聯(lián)，其最終現(xiàn)象相同。 2021-6-2122

16、 （2） 嚴(yán)重漏液嚴(yán)重漏液 漏液量增大漏液量增大, ,導(dǎo)致塔板上難以維持正常操作所需的液面導(dǎo)致塔板上難以維持正常操作所需的液面, ,無法無法 操作。此漏液為嚴(yán)重漏液，稱相應(yīng)的孔流氣速為操作。此漏液為嚴(yán)重漏液，稱相應(yīng)的孔流氣速為漏液點(diǎn)氣速漏液點(diǎn)氣速 。 2021-6-2123 2.3 常用塔板的類型常用塔板的類型 （1）泡罩塔板）泡罩塔板 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：塔板操作彈性大，塔效率也比較高，不易堵。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，塔板阻力大。 組成：組成：升氣管和泡罩 2021-6-2124 圓形泡罩 條形泡罩 泡罩塔 2021-6-2125 （2）篩板塔板）篩板塔板 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低、塔板阻力

17、小。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低、塔板阻力小。 目前，廣泛應(yīng)用的一種塔型目前，廣泛應(yīng)用的一種塔型。 塔板上開圓孔，孔徑：3 - 8 mm，大孔徑篩板：12 - 25 mm。 2021-6-2126 （3）浮閥塔板）浮閥塔板 圓形浮閥 條形浮閥 浮閥塔盤 方形浮閥 2021-6-2127 優(yōu)點(diǎn)：浮閥根據(jù)氣體流量，自動(dòng)調(diào)節(jié)開度，提高了塔板的操作彈優(yōu)點(diǎn)：浮閥根據(jù)氣體流量，自動(dòng)調(diào)節(jié)開度，提高了塔板的操作彈 性、降低塔板的壓降，同時(shí)具有較高塔板效率，在生產(chǎn)中得到廣性、降低塔板的壓降，同時(shí)具有較高塔板效率，在生產(chǎn)中得到廣 泛的應(yīng)用。泛的應(yīng)用。 缺點(diǎn)：浮閥易脫落或損壞。缺點(diǎn)：浮閥易脫落或損壞。 方形浮閥F1型浮閥

18、 2021-6-2128 （4）多降液管（）多降液管（MD）塔板）塔板 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：提高允許液體流量 2021-6-2129 1.4 篩板塔化工設(shè)計(jì)計(jì)算篩板塔化工設(shè)計(jì)計(jì)算 （1）塔的有效高度）塔的有效高度 Z 已知：已知：實(shí)際塔板數(shù) NP ； 塔板間距 HT； ； pT NHZ 選取塔板間距選取塔板間距 HT ： 理論塔板數(shù)計(jì)算軟件 塔徑塔徑 D，m 0.3-0.50.5-0.80.8-1.61.6-2.02.0-2.42.4 塔板間距塔板間距 HT，m 0.2-0.30.3-0.35 0.35-0.45 0.45-0.6 0.5-0.80.6 塔板間距和塔徑的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系塔板間距和塔徑的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系

19、 塔體高度：有效高塔體高度：有效高+頂部頂部+底部底部+ 其它其它 有效塔高： 有效塔高： 2021-6-2130 V VL f Cu L V mV mL v l VV VL LV q q q q F s s C：氣體負(fù)荷因子，與 HT、 液體表面張力和兩相接觸狀況有關(guān)。有關(guān)。 液泛氣速液泛氣速 兩相流動(dòng)參數(shù)兩相流動(dòng)參數(shù) FLV： （2）塔徑）塔徑 確定原則：確定原則： 防止過量液沫夾帶液泛 步驟：步驟： 先確定液泛氣速 uf (m/s)； 然后選設(shè)計(jì)氣速 u； 最后計(jì)算塔徑 D。 2 . 0 20 20 CC 2021-6-2131 對(duì)于篩板塔(浮閥、泡罩塔)，可查圖 ，C20=(HT 、F

20、LV) 0.2 HT=0.6 0.45 0.3 0.15 0.40.30.21.00.70.10.040.030.020.070.01 0.04 0.03 0.02 0.07 0.01 0.1 0.09 0.06 0.05 v l VV VL LV s s q q F VL V f20 uC 篩板塔泛點(diǎn)關(guān)聯(lián)圖 塔板間距塔板間距 H HT T 2021-6-2132 選取設(shè)計(jì)氣速選取設(shè)計(jì)氣速 u 選取泛點(diǎn)率：泛點(diǎn)率： u / uf 一般液體， 0.6 0.8 易起泡液體，0.5 0.6 u V A s 所需氣體流通截面積所需氣體流通截面積 設(shè)計(jì)氣速設(shè)計(jì)氣速 u = 泛點(diǎn)率泛點(diǎn)率 uf A D A

21、d 計(jì)算塔徑計(jì)算塔徑 D T d T A A A A 1 塔截面積：塔截面積： A = AT - Ad T A D 4 塔徑塔徑 說明：計(jì)算塔徑需圓整，且重新計(jì)算實(shí)際氣速及泛點(diǎn)率。說明：計(jì)算塔徑需圓整，且重新計(jì)算實(shí)際氣速及泛點(diǎn)率。 液泛氣速 uf 2021-6-2133 （3）溢流裝置設(shè)計(jì)）溢流裝置設(shè)計(jì) 溢流型式的選擇溢流型式的選擇 依據(jù)：依據(jù)：塔徑 、流量； 型式型式：單流型、U 形流型、雙流型、階梯流型等。 降液管形式和底隙降液管形式和底隙 降液管：弓形弓形、圓形。 降液管截面積：由Ad/AT = 0.06 0.12 確定； 底隙 hb ：通常在 30 40 mm。 溢流堰（出口堰）溢流堰

22、（出口堰） 作用作用：維持塔板上一定液層，使液體均勻橫向流過。 型式型式：平直堰、溢流輔堰、三角形齒堰及柵欄堰。 2021-6-2135 堰長堰長 lW ：影響液層高度。 堰高堰高 hW：直接影響塔板上液層厚度 過小，過小，相際傳質(zhì)面積過小； 過大過大，塔板阻力大，效率低。 常、加壓塔：40 80 mm ； 減壓塔：25 mm 左右。 TdW AAfDl DbfDl dW 75. 06 . 0 Dl W 7 . 05 . 0 DlW 說明：通常應(yīng)使溢流強(qiáng)度說明：通常應(yīng)使溢流強(qiáng)度qVLh/lW 不大于不大于100130 m3/（m h）。）。 或： 雙流型: 單流型： 2021-6-2136 3

23、/2 3 1084.2 W VL ow l q Eh h (4) 塔板及其布置塔板及其布置 受液區(qū)和降液區(qū)受液區(qū)和降液區(qū) 一般兩區(qū)面積相等。 入口安定區(qū)和出口安定區(qū)入口安定區(qū)和出口安定區(qū) 其中， E：液流收縮系數(shù)，：液流收縮系數(shù)，一般可近似取 E =1。 mmhOW6 mmbb ss 10050 mmbc50 堰上方液頭高度堰上方液頭高度 hOW ： 要求：要求： 邊緣區(qū)：邊緣區(qū)： bc bd bs lW r x 2021-6-2137 )sin(2 1222 r x rxrxAa )sin( 2)sin( 2 1 12 2 1 2 1 1222 r x rxrx r x rxrxA a （5

24、）篩孔的尺寸和排列）篩孔的尺寸和排列 篩孔篩孔： 有效傳質(zhì)區(qū)內(nèi)，常按正三角形排列。 篩板開孔率篩板開孔率 ： 單流型弓形降液管塔板單流型弓形降液管塔板： 有效傳質(zhì)區(qū)：有效傳質(zhì)區(qū)： 雙流型弓形降液管塔板雙流型弓形降液管塔板： 2 0 2 2 0 907. 0 60sin 2 1 42 1 t d t d A A o a o bc bd bs lW r x d0 t 2021-6-2138 0 0 A q u S VV 2 0 2 0 0 785. 0 4 d A d A n a 篩孔直徑篩孔直徑 d0 : 3 8 mm (一般)。 12 25 mm (大篩孔) 孔中心距孔中心距 t : (2.5

25、5) d0 取整。 開孔率開孔率: : 通常為 0.08 0.12。 板厚：板厚：碳鋼（3 4mm）、不銹鋼。 篩孔氣速：篩孔氣速： 篩孔數(shù)：篩孔數(shù)： d0 t 2021-6-2139 (6) 塔板的校核塔板的校核 對(duì)初步設(shè)計(jì)的結(jié)果進(jìn)行調(diào)整和修正。 V mV mL V L m e q q e eq e vVV LVL V m L m v s s q q q q e 11 液沫夾帶量校核液沫夾帶量校核 單位質(zhì)量（或摩爾）氣體所夾帶的液體質(zhì)量（或摩爾） ev ： kg 液體 / kg氣體，或 kmol液體 / kmol氣體 單位時(shí)間夾帶到上層塔板的液體質(zhì)量（或摩爾） e： kg 液體 / h 或

26、kmol液體 / h 液沫夾帶分率：夾帶的液體流量占橫過塔板液體流量的分?jǐn)?shù)。 故有： 所以 2021-6-2140 2 . 3 3 107 . 5 fT v HH u e 說明：說明：超過允許值，可調(diào)整塔板間距塔板間距或塔徑塔徑。 ev的計(jì)算方法的計(jì)算方法： 方法1：利用Fair關(guān)聯(lián)圖求，進(jìn)而求出ev。 方法2：用Hunt經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算ev。 )(5 . 2 OWWf hhH式中Hf 為板上泡沫層高度： 要求要求： ev 0.1 kg 液體 / kg氣體。 2021-6-2141 塔板阻力的計(jì)算和校核塔板阻力的計(jì)算和校核 塔板阻力：塔板阻力： 液柱m g p h L f f 塔板阻力 hf包括

27、以下幾部分: （a）干板阻力 h0氣體通過板上孔的阻力（設(shè)無液體時(shí)）； （b）液層阻力 hl 氣體通過液層阻力； （c）克服液體表面張力阻力 h孔口處表面張力。 清液柱高度表示： （a）干板阻力）干板阻力h0 2 0 0 , 0 2 1 C u gg p h L V L of 2021-6-2142 d0/ C0 塔板孔流系數(shù) C0 孔流系數(shù)孔流系數(shù) 2021-6-2143 OWWl hhh（b）液層阻力）液層阻力 hl 查圖求充氣系數(shù)查圖求充氣系數(shù) 2/1 V 3 2/1 aa m kg s m uF 2021-6-2144 說明：說明：若塔板阻力過大，可增加開孔率增加開孔率或 降低堰高。降

28、低堰高。 0 3 104 dg h L （c）克服液體表面張力阻力克服液體表面張力阻力（一般可不計(jì)） 降液管液泛校核降液管液泛校核 d L OWWd h g pp hhH 12 dfOWW hhhh 故塔板阻力： hhhh Lf 0 降液管中清液柱高度降液管中清液柱高度 (m) 2021-6-2145 )()( )4( 0476.0 3 2 vLf sLf bH LZHb （a） 液面落差液面落差一般較小，可不計(jì)。當(dāng)一般較小，可不計(jì)。當(dāng)不可忽略時(shí)不可忽略時(shí)， 一般要求：一般要求： 0.5h0 2 8 2 2 1 1018. 1153. 0 2 bW s bW sd d hl L hl L g

29、u h （b b） 液體通過降液管阻力液體通過降液管阻力 hd 21ddd hhh 包括底隙阻力 hd1和進(jìn)口堰阻力hd2。 無進(jìn)口堰時(shí)：無進(jìn)口堰時(shí)： 0 2 d h 2021-6-2146 d lL d d HH H WTd hHH 泡沫層高度泡沫層高度 要求：要求： 說明：說明：若泡沫高度過大，可減小塔板阻力減小塔板阻力或 增大塔板間距。增大塔板間距。 泡沫層相對(duì)密度：對(duì)不易起泡物系，6 . 05 . 0 4 . 03 . 0易起泡物系， 液體在降液管中停留時(shí)間校核液體在降液管中停留時(shí)間校核 目的：目的：避免嚴(yán)重的氣泡夾帶。 s VL Td q HA 停留時(shí)間：停留時(shí)間： 要求：要求：s5

30、3 說明：說明：停留時(shí)間過小，可增加降液管面積增加降液管面積 或 增大塔板間距。增大塔板間距。 2021-6-2147 （a）計(jì)算嚴(yán)重漏液時(shí)干板阻力嚴(yán)重漏液時(shí)干板阻力 h0 hhhh OWW 13.00056.0 0 （b）計(jì)算漏液點(diǎn)氣速漏液點(diǎn)氣速 u0 000 2hgCu V L 說明：說明：如果穩(wěn)定系數(shù)k過小，可 減小開孔率減小開孔率 或 降低堰高。降低堰高。 嚴(yán)重漏液校核嚴(yán)重漏液校核 漏液點(diǎn)氣速漏液點(diǎn)氣速 u0 ：發(fā)生嚴(yán)重漏液時(shí)篩孔氣速。 穩(wěn)定系數(shù)：穩(wěn)定系數(shù)： 0 0 u u k 要求：要求：25 . 1k 2021-6-2148 過量液沫夾帶線（氣相負(fù)荷上限線）過量液沫夾帶線（氣相負(fù)荷

31、上限線） 規(guī)定：ev = 0.1（ kg 液體 / kg氣體） 為限制條件。 3 2 3 2 . 3 1 3 )(101 . 75 . 21081. 8 W VL WTVV l q hHAq h h （6）塔板的負(fù)荷性能圖）塔板的負(fù)荷性能圖確定塔板的操作彈性 液相下限線液相下限線 006. 01084. 2 3/2 3 W VL ow l q Eh h 整理出： 規(guī)定： WVLh lq07. 3 嚴(yán)重漏液線（氣相下限線）嚴(yán)重漏液線（氣相下限線） hhhh OWW 13.00056.0 0 2021-6-2149 代入相關(guān)公式，如hOW、u0，整理出。 液相上限線液相上限線 s L HA s T

32、d 5 dTh AHV720 降液管液泛線降液管液泛線 WTd hHH L v c u g h 2 0 0 0 )( 2 1 WT bW h W hh L V hH hl L l L nd V )5 . 1(1018. 11026. 41041. 3 2 8 3 2 3 2 2 0 8 規(guī)定： 2021-6-2150 min, max, h h VV VV q q min, max, h h VL VL q q 塔板的操作彈性：塔板的操作彈性： 或 2021-6-2151 塔體塔體：一般取為圓筒形，可由金屬、塑：一般取為圓筒形，可由金屬、塑 料或陶瓷制成，金屬筒體內(nèi)壁常襯以防料或陶瓷制成，金屬

33、筒體內(nèi)壁常襯以防 腐材料。腐材料。 填料填料：大致可分為散裝填料和規(guī)整填料：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)的場所。兩大類，是傳熱和傳質(zhì)的場所。 塔內(nèi)件塔內(nèi)件：包括填料支承與壓緊裝置、液：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與氣體分布器、液體再分布器以及氣 體除沫器等。體除沫器等。 操作原理操作原理：液體經(jīng)塔頂噴淋裝置均勻分：液體經(jīng)塔頂噴淋裝置均勻分 布于填料上，依靠重力作用沿填料表面布于填料上，依靠重力作用沿填料表面 自上而下流動(dòng)，并與在壓強(qiáng)差推動(dòng)下穿自上而下流動(dòng)，并與在壓強(qiáng)差推動(dòng)下穿 過填料空隙的氣體相互接觸，發(fā)生傳熱過填料空隙的氣體相互接觸，

34、發(fā)生傳熱 和傳質(zhì)。和傳質(zhì)。 7 6 5 3 4 2 1 液體 氣體 8 2021-6-2152 填料（Tower packing） 填料塔的核心填料塔的核心，是氣液兩相接觸進(jìn)行質(zhì)、熱傳遞的場所。，是氣液兩相接觸進(jìn)行質(zhì)、熱傳遞的場所。 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：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： 比表面積比表面積 a：單位體積填料層所具有的表面積：單位體積填料層所具有的表面積(m2/m3)。被液。被液 體潤濕的填料表面就是氣液兩相的接觸面。大的體潤濕的填料

35、表面就是氣液兩相的接觸面。大的 a 和良好的和良好的 潤濕性能有利于傳質(zhì)速率的提高。對(duì)同種填料，填料尺寸越潤濕性能有利于傳質(zhì)速率的提高。對(duì)同種填料，填料尺寸越 小，小，a 越大，但氣體流動(dòng)的阻力也要增加。越大，但氣體流動(dòng)的阻力也要增加。 空隙率空隙率 ：單位體積填料所具有的空隙體積單位體積填料所具有的空隙體積(m3/m3)。代表的。代表的 是氣液兩相流動(dòng)的通道，是氣液兩相流動(dòng)的通道， 大，氣、液通過的能力大，氣體大，氣、液通過的能力大，氣體 流動(dòng)的阻力小。流動(dòng)的阻力小。 = 0.450.95。 填料因子填料因子 ：填料比表面積與空隙率三次方的比值填料比表面積與空隙率三次方的比值(1/m)， a

36、/ 3，表示填料的流體力學(xué)性能，值越小，流動(dòng)阻力越小。，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。有干填料因子與濕填料因子之分。 2021-6-2153 填料（Tower packing） 堆積密度堆積密度 p ：單位體積填料的質(zhì)量單位體積填料的質(zhì)量(kg/m3)。在機(jī)械強(qiáng)度允。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。而既可降低成本又可增加空隙率。 機(jī)械強(qiáng)度機(jī)械強(qiáng)度大大，化學(xué)穩(wěn)定性化學(xué)穩(wěn)定性好以及好以及價(jià)格低廉價(jià)格低廉等也是優(yōu)良填料應(yīng)等也是優(yōu)良填料應(yīng)

37、 盡量兼有的性質(zhì)。盡量兼有的性質(zhì)。 注意注意：一些難以定量表達(dá)的因素一些難以定量表達(dá)的因素(幾何形狀幾何形狀)對(duì)填料的流體力對(duì)填料的流體力 學(xué)和傳質(zhì)性能也有重要的影響。新型填料的開發(fā)一般是改進(jìn)學(xué)和傳質(zhì)性能也有重要的影響。新型填料的開發(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率。填料幾何形狀使之更為合理，從而獲得高的填料效率。 常用的填料（Typical tower packing） 常用的填料可分為常用的填料可分為散裝填料散裝填料和和規(guī)整填料規(guī)整填料兩大類。散裝填料在兩大類。散裝填料在 塔內(nèi)可亂堆，也可以整砌。塔內(nèi)可亂堆，也可以整砌。 2021-6-2154 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：易于制

38、造，價(jià)格低廉，且對(duì)它易于制造，價(jià)格低廉，且對(duì)它 的研究較為充分，所以在過去較長的的研究較為充分，所以在過去較長的 時(shí)間內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。時(shí)間內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：高徑比大，堆積時(shí)填料間易形高徑比大，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)表面和壁流現(xiàn)象。且拉西環(huán)填料的內(nèi)表面 潤濕率較低，因而傳質(zhì)速率也不高。潤濕率較低，因而傳質(zhì)速率也不高。 拉西環(huán)（拉西環(huán)（Raschig ring）填料）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)上衍生了在拉西環(huán)基礎(chǔ)上衍生了環(huán)、十字環(huán)及

39、螺旋環(huán)等，其基本改環(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。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。 2021-6-2155 鮑爾環(huán)（鮑爾環(huán)（Pall ringPall ring）填料）填料 在環(huán)的側(cè)壁上開一層或兩層長方形在環(huán)的側(cè)壁上開一層或兩層長方形 小孔，小孔的母材并不脫離側(cè)壁而小孔，小孔的母材并不脫離側(cè)壁而 是形成向內(nèi)彎的葉片。上下兩層長是形成向內(nèi)彎的葉片。上下兩層長 方形小孔位置交錯(cuò)。方形小孔位置交錯(cuò)。 鮑爾環(huán)填料的優(yōu)良性能使它一直為工業(yè)所重視，應(yīng)用十分廣鮑爾環(huán)填料的優(yōu)良性能使它一直為工業(yè)所重視，應(yīng)用十分廣 泛。可由陶瓷、金屬或塑料制成。泛

40、?？捎商沾伞⒔饘倩蛩芰现瞥?。 同尺寸的鮑爾環(huán)與拉西環(huán)雖有相同同尺寸的鮑爾環(huán)與拉西環(huán)雖有相同 的比表面積和空隙率，但鮑爾環(huán)在的比表面積和空隙率，但鮑爾環(huán)在 其側(cè)壁上的小孔可供氣液流通，使其側(cè)壁上的小孔可供氣液流通，使 環(huán)的內(nèi)壁面得以充分利用。環(huán)的內(nèi)壁面得以充分利用。 比之拉西環(huán)，鮑爾環(huán)不僅具有較大比之拉西環(huán)，鮑爾環(huán)不僅具有較大 的生產(chǎn)能力和較低的壓降，且分離的生產(chǎn)能力和較低的壓降，且分離 效率較高，溝流現(xiàn)象也大大降低。效率較高，溝流現(xiàn)象也大大降低。 2021-6-2156 這樣的結(jié)構(gòu)使得階梯環(huán)填料的性能在鮑爾這樣的結(jié)構(gòu)使得階梯環(huán)填料的性能在鮑爾 環(huán)的基礎(chǔ)上又有提高，其生產(chǎn)能力可提高環(huán)的基礎(chǔ)上又有

41、提高，其生產(chǎn)能力可提高 約約10%10%，壓降則可降低，壓降則可降低25%25%，且由于填料，且由于填料 間呈多點(diǎn)接觸，床層均勻，較好地避免了間呈多點(diǎn)接觸，床層均勻，較好地避免了 溝流現(xiàn)象。溝流現(xiàn)象。 階梯環(huán)填料（階梯環(huán)填料（Stair ring） 階梯環(huán)填料的結(jié)構(gòu)與鮑爾環(huán)填料相似，環(huán)階梯環(huán)填料的結(jié)構(gòu)與鮑爾環(huán)填料相似，環(huán) 壁上開有長方形小孔，環(huán)內(nèi)有兩層交錯(cuò)壁上開有長方形小孔，環(huán)內(nèi)有兩層交錯(cuò) 4545的十字形葉片，環(huán)的高度為直徑的一的十字形葉片，環(huán)的高度為直徑的一 半，環(huán)的一端成喇叭口形狀的翻邊半，環(huán)的一端成喇叭口形狀的翻邊。 階梯環(huán)一般由塑料和金屬制成，由于其性能優(yōu)于其它側(cè)壁上階梯環(huán)一般由塑料

42、和金屬制成，由于其性能優(yōu)于其它側(cè)壁上 開孔的填料，因此獲得廣泛的應(yīng)用。開孔的填料，因此獲得廣泛的應(yīng)用。 2021-6-2157 弧鞍形弧鞍形(Berl saddle)矩鞍形矩鞍形(Intalox saddle)填料填料 一種表面全部展開的具有馬鞍形狀的瓷質(zhì)一種表面全部展開的具有馬鞍形狀的瓷質(zhì) 型填料型填料 ( (馬鞍填料馬鞍填料) )。弧鞍填料在塔內(nèi)呈?；“疤盍显谒?nèi)呈 相互搭接狀態(tài)，形成弧形氣體通道，相互搭接狀態(tài)，形成弧形氣體通道， 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：空隙率高，氣體阻力小，液體分布：空隙率高，氣體阻力小，液體分布 性能較好，填料性能優(yōu)于拉西環(huán)。性能較好，填料性能優(yōu)于拉西環(huán)。 矩鞍填料的兩端為矩形，且

43、填料兩面大小矩鞍填料的兩端為矩形，且填料兩面大小 不等?？朔嘶“疤盍舷嗷ブ丿B的缺點(diǎn)，不等?？朔嘶“疤盍舷嗷ブ丿B的缺點(diǎn)， 填料的均勻性得到改善。液體分布均勻，填料的均勻性得到改善。液體分布均勻， 氣液傳質(zhì)速率得到提高。瓷矩鞍填料是目氣液傳質(zhì)速率得到提高。瓷矩鞍填料是目 前采用最多的一種瓷質(zhì)填料。前采用最多的一種瓷質(zhì)填料。 缺點(diǎn)缺點(diǎn)：相鄰填料易相互套疊，使填料有效表面降低，從而影：相鄰填料易相互套疊，使填料有效表面降低，從而影 響傳質(zhì)速率。響傳質(zhì)速率。 2021-6-2158 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：網(wǎng)絲細(xì)密，空隙很高，比表：網(wǎng)絲細(xì)密，空隙很高，比表 面積很大。由于毛細(xì)管作用，填料面積很大。由于毛細(xì)管作用，

44、填料 表面潤濕性能很好。故網(wǎng)體填料氣表面潤濕性能很好。故網(wǎng)體填料氣 體阻力小，傳質(zhì)速率高。體阻力小，傳質(zhì)速率高。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：造價(jià)很高，故多用于實(shí)驗(yàn)室造價(jià)很高，故多用于實(shí)驗(yàn)室 中難分離物系的分離。中難分離物系的分離。 金屬英特洛克斯（金屬英特洛克斯（Intalox）填料）填料 有環(huán)形與鞍形的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，生產(chǎn)能力大、壓有環(huán)形與鞍形的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，生產(chǎn)能力大、壓 降低、液體分布性能好、傳質(zhì)速率高及操作降低、液體分布性能好、傳質(zhì)速率高及操作 彈性大，在減壓蒸餾中其優(yōu)勢更為顯著。彈性大，在減壓蒸餾中其優(yōu)勢更為顯著。 與實(shí)體填料對(duì)應(yīng)的另一類填料為網(wǎng)體填料。與實(shí)體填料對(duì)應(yīng)的另一類填料為網(wǎng)體填料。 有多種形式，如

45、金屬絲網(wǎng)制成的網(wǎng)環(huán)和鞍型網(wǎng)等。有多種形式，如金屬絲網(wǎng)制成的網(wǎng)環(huán)和鞍型網(wǎng)等。 網(wǎng)體填料（網(wǎng)體填料（Wire gauze packings） 2021-6-2159 規(guī)整填料規(guī)整填料 規(guī)整填料一般由波紋狀的金屬網(wǎng)絲或多孔板重疊而成。規(guī)整填料一般由波紋狀的金屬網(wǎng)絲或多孔板重疊而成。 使用時(shí)根據(jù)填料塔的結(jié)構(gòu)尺寸，疊成圓筒形整塊放入塔內(nèi)或使用時(shí)根據(jù)填料塔的結(jié)構(gòu)尺寸，疊成圓筒形整塊放入塔內(nèi)或 分塊拼成圓筒形在塔內(nèi)砌裝。分塊拼成圓筒形在塔內(nèi)砌裝。 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：空隙大，生產(chǎn)能力大，壓降小。流道規(guī)則，只要液體：空隙大，生產(chǎn)能力大，壓降小。流道規(guī)則，只要液體 初始分布均勻，則在全塔中分布也均勻，因此規(guī)整填初始分布均

46、勻，則在全塔中分布也均勻，因此規(guī)整填 料幾乎無放大效應(yīng)，通常具有很高的傳質(zhì)效率。料幾乎無放大效應(yīng)，通常具有很高的傳質(zhì)效率。 缺點(diǎn)缺點(diǎn)：造價(jià)較高，易堵塞難清洗，因此工業(yè)上一般用于較難：造價(jià)較高，易堵塞難清洗，因此工業(yè)上一般用于較難 分離或分離要求很高的情況。分離或分離要求很高的情況。 2021-6-2160 規(guī)整填料規(guī)整填料 Corrugated Metal Plates Packings 6400金屬板波紋規(guī)整填料 300脈沖規(guī)整填料脈沖規(guī)整填料各種陶瓷規(guī)整填料各種陶瓷規(guī)整填料 2021-6-2161 填料的流體力學(xué)性能填料的流體力學(xué)性能 壓降壓降 填料塔效率主要取決于填充填料流體力學(xué)性能和傳

47、質(zhì)性能。填料塔效率主要取決于填充填料流體力學(xué)性能和傳質(zhì)性能。 壓降、液泛氣速、持液量及氣液分布對(duì)填料塔的設(shè)計(jì)和操作壓降、液泛氣速、持液量及氣液分布對(duì)填料塔的設(shè)計(jì)和操作 參數(shù)的確定至關(guān)重要。參數(shù)的確定至關(guān)重要。 壓降與氣速的關(guān)系：壓降與氣速的關(guān)系： 氣體通過干填料層時(shí)的氣體通過干填料層時(shí)的 流動(dòng)與氣體通過顆粒固流動(dòng)與氣體通過顆粒固 定床的流動(dòng)相似，只是定床的流動(dòng)相似，只是 通常填料層的空隙率更通常填料層的空隙率更 大，故氣體在空隙中的大，故氣體在空隙中的 流速更高而處于湍流。流速更高而處于湍流。 載液區(qū) 高液量 低液量 C C B B A A L=0 L1L2 lg u lg p 載點(diǎn)氣速 液泛

48、氣速 2021-6-2162 有一定持液量時(shí)，有一定持液量時(shí)， pu 將不再為簡單的直線關(guān)將不再為簡單的直線關(guān) 系系(噴淋密度為噴淋密度為L1、L2曲曲 線線)，且存在兩個(gè)較明顯，且存在兩個(gè)較明顯 的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。 壓降壓降 氣體通過干填料層的壓氣體通過干填料層的壓 降降 p 與空塔氣速與空塔氣速 u 的關(guān)的關(guān) 系在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)上為直系在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)上為直 線，斜率線，斜率 1.82.0。 原因原因：噴淋液體在填料上形成液膜，占據(jù)部分空隙，減小了：噴淋液體在填料上形成液膜，占據(jù)部分空隙，減小了 氣體的流通截面，對(duì)相同空塔氣速壓降升高。氣體的流通截面，對(duì)相同空塔氣速壓降升高。 載液區(qū) 高液量 低

49、液量 C C B B A A L=0 L1L2 lg u lg p 載點(diǎn)氣速 液泛氣速 2021-6-2163 P點(diǎn)后，液沫夾帶量點(diǎn)后，液沫夾帶量 ，液相返混，液相返混 可導(dǎo)致填料效率可導(dǎo)致填料效率 ，(HETP )。 載點(diǎn)載點(diǎn)(B)后，持液量后，持液量 ，氣液相互作，氣液相互作 用用 ，相界面積，相界面積 ，湍動(dòng)增強(qiáng)，湍動(dòng)增強(qiáng) ，傳，傳 質(zhì)過程質(zhì)過程 ，填料效率，填料效率 (HETP )； 載液和液泛對(duì)傳質(zhì)的影響：載液和液泛對(duì)傳質(zhì)的影響： 壓降壓降 氣速較低時(shí)，氣液相間相互影響 小，在一定的液體噴淋密度下， 填料持液量與氣速無關(guān)，氣體壓 降與氣速的關(guān)系為直線且基本與 L=0 的直線平行。 l

50、g u 高液量 低液量 載點(diǎn)線 lg L P B 泛點(diǎn)C 載液區(qū) 空塔氣速 u 等板高度HETP 填料塔的操作一般控制在偏離泛點(diǎn)一定距離的載液區(qū)內(nèi)，這樣，既可得填料塔的操作一般控制在偏離泛點(diǎn)一定距離的載液區(qū)內(nèi)，這樣，既可得 到較高的傳質(zhì)效率，填料層的壓降也不會(huì)過大。到較高的傳質(zhì)效率，填料層的壓降也不會(huì)過大。 2021-6-2164 壓降與氣速的關(guān)聯(lián)圖壓降與氣速的關(guān)聯(lián)圖 壓降對(duì)填料塔操作的可靠性和經(jīng)濟(jì)性有著決定性的影響。壓降對(duì)填料塔操作的可靠性和經(jīng)濟(jì)性有著決定性的影響。 選擇填料和確定塔徑時(shí)，不同系統(tǒng)應(yīng)控制的壓降范圍不同。選擇填料和確定塔徑時(shí)，不同系統(tǒng)應(yīng)控制的壓降范圍不同。 吸收吸收（mmH2O

51、/m）蒸餾蒸餾（mmH2O/m） 系統(tǒng)不起泡系統(tǒng)不起泡系統(tǒng)起泡系統(tǒng)起泡常壓或加壓常壓或加壓真空真空 20358203565835 壓降壓降：表面摩擦阻力：表面摩擦阻力+形體阻力，前者是氣體在空隙中流動(dòng)形體阻力，前者是氣體在空隙中流動(dòng) 時(shí)在填料表面和氣液界面上產(chǎn)生的粘性應(yīng)力，后者是由于氣時(shí)在填料表面和氣液界面上產(chǎn)生的粘性應(yīng)力，后者是由于氣 體流道的突然增大或縮小，方向的改變等造成的動(dòng)能損失。體流道的突然增大或縮小，方向的改變等造成的動(dòng)能損失。 影響因素影響因素：填料特性：填料特性(幾何形狀、比表面積、幾何形狀、比表面積、 等等)，流體物，流體物 性性( 、 等等)以及操作條件以及操作條件(氣液流

52、量、氣液流量、T 等等)。 難以進(jìn)行準(zhǔn)確的理論計(jì)算，迄今仍然只能由各種經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式難以進(jìn)行準(zhǔn)確的理論計(jì)算，迄今仍然只能由各種經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式 或關(guān)聯(lián)圖進(jìn)行估算?；蜿P(guān)聯(lián)圖進(jìn)行估算。 2021-6-2165 埃克特?？颂?(Eckert) 壓降通用關(guān)聯(lián)圖壓降通用關(guān)聯(lián)圖 橫坐標(biāo)：橫坐標(biāo)： GG ,GL 氣體和液體的質(zhì)量流速，氣體和液體的質(zhì)量流速，kg/(m2.s)； u 空塔氣速，空塔氣速，m/s； V , L 氣體和液體的密度，氣體和液體的密度，kg/m3； L 液體的粘度，液體的粘度，mPa.s； WG ,WL 氣體和液體的質(zhì)量流量，氣體和液體的質(zhì)量流量，kg/s； 濕填料因子濕填料因子(泛點(diǎn)填料因子泛

53、點(diǎn)填料因子)，1/m； Vs ,Ls 氣體和液體的體積流量，氣體和液體的體積流量，m3/s； g 重力加速度重力加速度 9.81m/s2； 液體密度校正系數(shù)液體密度校正系數(shù)(水與液相密度之比水與液相密度之比 = / L) 。 縱坐標(biāo)：縱坐標(biāo)： 5 . 05 . 05 . 0 , V L s s L V G L L V G L V L W W G G 或 2 . 0 2 2 . 0 2 L LV G L L V g G g u 或 2021-6-2166 埃克特?？颂?(Eckert) 壓降通用關(guān)聯(lián)圖壓降通用關(guān)聯(lián)圖 適用范圍適用范圍：亂堆填料：亂堆填料 (Random packings)， 如拉

54、西環(huán)、鮑爾環(huán)、如拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、 矩鞍環(huán)等。矩鞍環(huán)等。 與泛點(diǎn)線相對(duì)應(yīng)的空與泛點(diǎn)線相對(duì)應(yīng)的空 塔氣速為空塔液泛氣塔氣速為空塔液泛氣 速。速。 利用此圖可根據(jù)選定利用此圖可根據(jù)選定 的空塔氣速求壓降，的空塔氣速求壓降， 或根據(jù)規(guī)定的壓降求或根據(jù)規(guī)定的壓降求 算相應(yīng)的空塔氣速。算相應(yīng)的空塔氣速。 最上方的三條線分別為弦柵、整砌拉西環(huán)及亂堆填料的泛點(diǎn)線。其余為最上方的三條線分別為弦柵、整砌拉西環(huán)及亂堆填料的泛點(diǎn)線。其余為 亂堆填料的等壓降線。亂堆填料的等壓降線。 2021-6-2167 泛點(diǎn)氣速泛點(diǎn)氣速 泛點(diǎn)：泛點(diǎn)：液泛開始發(fā)生，是填料塔的操作極限。液泛開始發(fā)生，是填料塔的操作極限。 泛點(diǎn)氣速：泛點(diǎn)

55、氣速：開始發(fā)生液泛時(shí)的氣速，泛點(diǎn)的直接表達(dá)參數(shù)。開始發(fā)生液泛時(shí)的氣速，泛點(diǎn)的直接表達(dá)參數(shù)。 為防止液泛發(fā)生，最大操作氣速應(yīng)為防止液泛發(fā)生，最大操作氣速應(yīng) 95% 95%泛點(diǎn)氣速，設(shè)計(jì)點(diǎn)的氣速泛點(diǎn)氣速，設(shè)計(jì)點(diǎn)的氣速 通常取泛點(diǎn)氣速的通常取泛點(diǎn)氣速的50%80%50%80%。故正確估算泛點(diǎn)氣速對(duì)填料塔的設(shè)計(jì)和。故正確估算泛點(diǎn)氣速對(duì)填料塔的設(shè)計(jì)和 操作都十分重要。操作都十分重要。 填料的種類，物系的物性以及氣、液相負(fù)荷等因素對(duì)泛點(diǎn)都有一定填料的種類，物系的物性以及氣、液相負(fù)荷等因素對(duì)泛點(diǎn)都有一定 的影響。泛點(diǎn)氣速的估算式通常仍是借助于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所得的各種經(jīng)的影響。泛點(diǎn)氣速的估算式通常仍是借助于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

56、所得的各種經(jīng) 驗(yàn)關(guān)聯(lián)式或關(guān)聯(lián)圖。驗(yàn)關(guān)聯(lián)式或關(guān)聯(lián)圖。 對(duì)于散裝填料，目前廣泛采用埃克特對(duì)于散裝填料，目前廣泛采用?？颂?Eckert)(Eckert)壓降和氣速通用關(guān)聯(lián)壓降和氣速通用關(guān)聯(lián) 圖中的泛點(diǎn)曲線。圖中的泛點(diǎn)曲線。 規(guī)整填料有類似的泛點(diǎn)實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)圖，可參考有關(guān)文獻(xiàn)。規(guī)整填料有類似的泛點(diǎn)實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)圖，可參考有關(guān)文獻(xiàn)。 根據(jù)兩相流動(dòng)參數(shù)即可由?？颂馗鶕?jù)兩相流動(dòng)參數(shù)即可由?？颂?Eckert)(Eckert)關(guān)聯(lián)圖中的泛點(diǎn)線查縱坐關(guān)聯(lián)圖中的泛點(diǎn)線查縱坐 標(biāo)值，若填料因子已知，即可求得泛點(diǎn)氣速。標(biāo)值，若填料因子已知，即可求得泛點(diǎn)氣速。 2021-6-2168 持液量（持液量（Liquid holdup

57、） 填料的持液量填料的持液量：操作時(shí)單位體積填料在表面和空隙中所積存的液體體積：操作時(shí)單位體積填料在表面和空隙中所積存的液體體積 量。由靜持液量和動(dòng)持液量兩部分組成。量。由靜持液量和動(dòng)持液量兩部分組成。 動(dòng)持液量：動(dòng)持液量：停止氣液兩相進(jìn)料后從填料中排放出來的液體。與填料特性停止氣液兩相進(jìn)料后從填料中排放出來的液體。與填料特性 ，物性及氣液兩相流量有關(guān)。，物性及氣液兩相流量有關(guān)。 靜持液量靜持液量：液體排放完后仍保留在填料層內(nèi)的那部分液體。與填料表面：液體排放完后仍保留在填料層內(nèi)的那部分液體。與填料表面 積，表面特征及潤濕性有關(guān)。積，表面特征及潤濕性有關(guān)。 持液量對(duì)填料的壓降、氣液通量以及分離

58、效率均有影響。持液量對(duì)填料的壓降、氣液通量以及分離效率均有影響。 液體在填料層中的停留時(shí)間與持液量成正比，故熱敏性物系分離不液體在填料層中的停留時(shí)間與持液量成正比，故熱敏性物系分離不 宜采用持液量大的填料。宜采用持液量大的填料。 對(duì)間歇蒸餾不宜采用持液量大的填料。對(duì)間歇蒸餾不宜采用持液量大的填料。 填料塔穩(wěn)定操作時(shí)持液量越小，靈敏度越高。填料塔穩(wěn)定操作時(shí)持液量越小，靈敏度越高。 理想的操作理想的操作：大傳質(zhì)表面，較小持液量。：大傳質(zhì)表面，較小持液量。 2021-6-2169 填料塔內(nèi)的氣、液分布填料塔內(nèi)的氣、液分布 氣、液兩相分布不均勻?qū)λ蕰?huì)產(chǎn)生不利的影響。氣、液兩相分布不均勻?qū)λ蕰?huì)產(chǎn)

59、生不利的影響。 小尺度不良分布小尺度不良分布：單個(gè)填料尺度或規(guī)整填料的通道尺度上的不均勻：單個(gè)填料尺度或規(guī)整填料的通道尺度上的不均勻 分布。分布。 原因原因：由于氣體的彌散性，氣體在小尺度上容易分布均勻。而液體：由于氣體的彌散性，氣體在小尺度上容易分布均勻。而液體 能否在填料表面擴(kuò)展成膜與填料的潤濕性直接相關(guān)。即使填料潤濕能否在填料表面擴(kuò)展成膜與填料的潤濕性直接相關(guān)。即使填料潤濕 性很好，液體的初始分布也很均勻，但在向下流過一定高度的填料性很好，液體的初始分布也很均勻，但在向下流過一定高度的填料 層后部分液體必然會(huì)匯集為細(xì)股流，使另一部分填料表面不能為液層后部分液體必然會(huì)匯集為細(xì)股流，使另一部

60、分填料表面不能為液 體所潤濕。體所潤濕。 小尺度的不良分布是填料的特性，當(dāng)液體流經(jīng)一定距離后，這種小尺度的不良分布是填料的特性，當(dāng)液體流經(jīng)一定距離后，這種 不良分布特性保持穩(wěn)定，稱為特征分布。通常散裝填料的小尺度不不良分布特性保持穩(wěn)定，稱為特征分布。通常散裝填料的小尺度不 良分布較規(guī)整填料突出。良分布較規(guī)整填料突出。 2021-6-2170 填料塔內(nèi)的氣、液分布填料塔內(nèi)的氣、液分布 大尺度不良分布：大尺度不良分布：由液體初始分布不均、填料層結(jié)構(gòu)不均和塔體傾斜等由液體初始分布不均、填料層結(jié)構(gòu)不均和塔體傾斜等 非正常因素所引起。非正常因素所引起。 壁效應(yīng)：壁效應(yīng)：若塔壁附近空隙率顯著大于填料主體區(qū)