第三章蒸餾和吸收塔設(shè)備

1、設(shè)計步驟設(shè)計步驟（1 1）根據(jù)設(shè)計任務(wù)和工藝要求，確定設(shè)計方案）根據(jù)設(shè)計任務(wù)和工藝要求，確定設(shè)計方案（2 2）根據(jù)設(shè)計任務(wù)和工藝要求，選擇塔板類型）根據(jù)設(shè)計任務(wù)和工藝要求，選擇塔板類型（3 3）確定塔徑、塔高等工藝尺寸）確定塔徑、塔高等工藝尺寸（4 4）塔板結(jié)構(gòu)設(shè)計）塔板結(jié)構(gòu)設(shè)計（5 5）流體力學(xué)驗算）流體力學(xué)驗算（6 6）繪制塔板負荷性能圖）繪制塔板負荷性能圖（7 7）對設(shè)計進行分析與修正）對設(shè)計進行分析與修正三、板式塔的工藝設(shè)計三、板式塔的工藝設(shè)計1.1.浮閥塔工藝尺寸的計算浮閥塔工藝尺寸的計算 1 1）塔高）塔高(=(=有效高度有效高度+ +底部空間底部空間+ +頂部空間頂部空間+ +裙

2、座高度裙座高度) )，其中有，其中有效高度為：效高度為： 一定生產(chǎn)任務(wù)下，采用大板間距，允許空塔氣速高，塔徑可以一定生產(chǎn)任務(wù)下，采用大板間距，允許空塔氣速高，塔徑可以小，但塔高要增加。板間距小，空塔氣速低，塔徑大，塔低。小，但塔高要增加。板間距小，空塔氣速低，塔徑大，塔低。 板數(shù)較多的塔，板間距應(yīng)小，塔徑大。板數(shù)較多的塔，板間距應(yīng)小，塔徑大。 板間距根據(jù)經(jīng)濟指標(biāo)確定。板間距根據(jù)經(jīng)濟指標(biāo)確定。 板間距的數(shù)值應(yīng)按照規(guī)定選取整數(shù)。板間距的數(shù)值應(yīng)按照規(guī)定選取整數(shù)。 易起泡物系，負荷波動大，板間距應(yīng)大。易起泡物系，負荷波動大，板間距應(yīng)大。1TTTNZHE三、板式塔的工藝設(shè)計三、板式塔的工藝設(shè)計3.3 3

3、.3 填料塔填料塔3.3.1 填料塔的結(jié)構(gòu)與特點填料塔的結(jié)構(gòu)與特點3.3.2 填料填料3.3.3 填料塔的流體力學(xué)性能填料塔的流體力學(xué)性能3.3.4 填料塔的計算填料塔的計算3.3.5 填料塔附件填料塔附件1 1 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)3.3.1 3.3.1 填料塔的結(jié)構(gòu)與特點填料塔的結(jié)構(gòu)與特點2 2 特點特點結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)能力大結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)能力大分離效率高，持液量小分離效率高，持液量小操作彈性大，壓降低操作彈性大，壓降低可處理腐蝕性物料可處理腐蝕性物料特別適用于真空精餾特別適用于真空精餾造價高造價高不易處理含有懸浮物的原料，易聚合的物料不易處理含有懸浮物的原料，易聚合的物料不適宜有側(cè)線出料的場合不適宜有

4、側(cè)線出料的場合3.3.1 填料塔的結(jié)構(gòu)與特點填料塔的結(jié)構(gòu)與特點3.3.2 3.3.2 填料填料1 1 填料特性填料特性（1 1）比表面積）比表面積 （2 2）空隙率）空隙率 （3 3）填料因子）填料因子/ / 3 3 干填料因子，濕填料因子干填料因子，濕填料因子選擇填料的原則 比表面積要大，空隙率要大，潤濕性能要好，質(zhì)量輕，造價低，足夠的力學(xué)強度。3.3.2 填料填料2 2 填料類型填料類型分類分類散堆填料散堆填料環(huán)形環(huán)形鞍形鞍形球形球形拉西環(huán)拉西環(huán)鮑爾環(huán)鮑爾環(huán)階梯環(huán)階梯環(huán)弧鞍（貝鞍）弧鞍（貝鞍）矩鞍（英特洛克斯）矩鞍（英特洛克斯）金屬環(huán)矩鞍金屬環(huán)矩鞍規(guī)整填料規(guī)整填料波紋型波紋型隔柵型隔柵型絲

5、網(wǎng)波紋絲網(wǎng)波紋孔板波紋孔板波紋格利希隔柵格利希隔柵 鮑爾環(huán)鮑爾環(huán)拉西環(huán)拉西環(huán)階梯環(huán)階梯環(huán)金屬環(huán)矩鞍金屬環(huán)矩鞍 弧鞍環(huán)弧鞍環(huán) 規(guī)整規(guī)整填料填料填料類型填料類型1拉西環(huán)：外徑與高度相等的圓環(huán)。拉西環(huán)：外徑與高度相等的圓環(huán)。 結(jié)構(gòu)簡單，研究充分結(jié)構(gòu)簡單，研究充分 溝流、壁流嚴重、滯留液量大、氣流阻力大溝流、壁流嚴重、滯留液量大、氣流阻力大2鮑爾環(huán)：在拉西環(huán)的側(cè)壁上開出方孔。鮑爾環(huán)：在拉西環(huán)的側(cè)壁上開出方孔。 結(jié)構(gòu)復(fù)雜結(jié)構(gòu)復(fù)雜 效率高、阻力小效率高、阻力小3階梯環(huán)：高度為直徑的一半，環(huán)的一端制成喇叭口。階梯環(huán)：高度為直徑的一半，環(huán)的一端制成喇叭口。 結(jié)構(gòu)復(fù)雜結(jié)構(gòu)復(fù)雜 效率高、阻力小、氣量大效率高、阻力

6、小、氣量大4弧鞍與矩鞍：表面全部敞開，表面利用率高?；“芭c矩鞍：表面全部敞開，表面利用率高。 弧鞍：弧鞍： 易套疊易套疊 矩鞍：矩鞍： 不套疊、阻力小不套疊、阻力小5金屬環(huán)矩鞍環(huán)：金屬環(huán)矩鞍環(huán)： 綜合了環(huán)形填料和鞍形填料的優(yōu)點，性能優(yōu)于鮑爾環(huán)綜合了環(huán)形填料和鞍形填料的優(yōu)點，性能優(yōu)于鮑爾環(huán)和矩鞍填料。和矩鞍填料。6波紋板及波紋網(wǎng)波紋板及波紋網(wǎng) 波紋板：陶瓷、塑料、金屬材料波紋板：陶瓷、塑料、金屬材料 波紋網(wǎng)：金屬絲波紋網(wǎng)：金屬絲1 1 填料層的持液量填料層的持液量n 概念：一定操作條件，單位體積填料層內(nèi)在填料表面和填料空隙中概念：一定操作條件，單位體積填料層內(nèi)在填料表面和填料空隙中積存的液體量，

7、積存的液體量，mm3 3液體液體/m/m3 3填料填料l 靜持液量靜持液量HsHs：取決于填料和液體特性：取決于填料和液體特性l 動持液量動持液量HcHc：取決于填料和液體特性以及氣液負荷：取決于填料和液體特性以及氣液負荷n 要求：適當(dāng)?shù)某忠毫繉Σ僮髋c傳質(zhì)有利，過大的持液量導(dǎo)致壓強降要求：適當(dāng)?shù)某忠毫繉Σ僮髋c傳質(zhì)有利，過大的持液量導(dǎo)致壓強降增大，生產(chǎn)能力降低增大，生產(chǎn)能力降低n 持液量由實驗測定或者由經(jīng)驗公式估算持液量由實驗測定或者由經(jīng)驗公式估算3.3.3 填料塔的流體力學(xué)性能填料塔的流體力學(xué)性能tscHHH 恒持液區(qū)；恒持液區(qū)； 載點；（攔液現(xiàn)象）載點；（攔液現(xiàn)象） 載液區(qū)；載液區(qū)； 泛點；

8、泛點； 液泛區(qū)液泛區(qū) 。 說明：通常情況下，填料說明：通常情況下，填料塔應(yīng)在載液區(qū)操作。塔應(yīng)在載液區(qū)操作。 氣體通過填料層壓降示意圖L=0決定了塔的動力消耗，是塔設(shè)計的重要參數(shù)決定了塔的動力消耗，是塔設(shè)計的重要參數(shù)以單位高度填料層壓強降與空塔氣速的關(guān)系表示（壓強降曲線）以單位高度填料層壓強降與空塔氣速的關(guān)系表示（壓強降曲線）2 2 氣體通過填料層的壓強降氣體通過填料層的壓強降在泛點氣速下，持液量增多使在泛點氣速下，持液量增多使液相由分散相變?yōu)檫B續(xù)相液相由分散相變?yōu)檫B續(xù)相，氣相由連續(xù)相變氣相由連續(xù)相變?yōu)榉稚⑾?，為分散相，氣液通過氣液通過鼓泡鼓泡傳質(zhì)。此時，傳質(zhì)。此時，氣流出現(xiàn)脈動氣流出現(xiàn)脈動，液

9、體被氣流大量帶，液體被氣流大量帶出塔頂，操作極不穩(wěn)定，甚至被完全破壞。該現(xiàn)象為出塔頂，操作極不穩(wěn)定，甚至被完全破壞。該現(xiàn)象為液泛現(xiàn)象液泛現(xiàn)象。適宜氣速根據(jù)泛點氣速確定。適宜氣速根據(jù)泛點氣速確定。影響泛點氣速的因素：填料特性、流體物性、液氣比等。影響泛點氣速的因素：填料特性、流體物性、液氣比等。（1 1）填料特性）填料特性比表面積，空隙率，幾何形狀，反映在填料因子上。比表面積，空隙率，幾何形狀，反映在填料因子上。（2 2）流體物性）流體物性氣體密度，液體粘度，液體密度。氣體密度，液體粘度，液體密度。（3 3）液氣比）液氣比液氣比大，持液量大，空隙率小，泛點氣速低。液氣比大，持液量大，空隙率小，泛

10、點氣速低。泛點氣速的確定泛點氣速的確定?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖3 3 液泛液泛潤濕性能與傳質(zhì)效率密切相關(guān)潤濕性能與傳質(zhì)效率密切相關(guān)影響因素：填料材質(zhì)、表面形狀、裝填方法影響因素：填料材質(zhì)、表面形狀、裝填方法最小噴淋密度：單位時間，單位塔截面上噴淋的液體體積最小噴淋密度：單位時間，單位塔截面上噴淋的液體體積（L LWW）minmin：最小潤濕速率：最小潤濕速率小于小于75mm75mm的填料（的填料（L LWW）minmin=0.08m=0.08m3 3/(m.h)/(m.h)大于大于75mm75mm的填料（的填料（L LWW）minmin0.12m0.12m3 3/(m.h)/(m.h)

11、實際噴淋密度應(yīng)大于最小噴淋密度實際噴淋密度應(yīng)大于最小噴淋密度措施：增大回流比，液體再循環(huán)，減小塔徑，措施：增大回流比，液體再循環(huán)，減小塔徑， 適當(dāng)增加填料層高度適當(dāng)增加填料層高度minminWUL4 4 填料的潤濕性能和液體噴淋密度填料的潤濕性能和液體噴淋密度1 1 塔徑塔徑3.3.4 填料塔的計算填料塔的計算4sVDumax0.50.85uu其中，其中，u umaxmax為泛點氣速為泛點氣速泛點率：空塔氣速泛點率：空塔氣速/ /泛點氣速。多數(shù)情況下，宜取泛點氣速。多數(shù)情況下，宜取 60%80%。 一般填料塔的實際操一般填料塔的實際操作氣速為作氣速為0.20.21.0m/s1.0m/s。1 1

12、）傳質(zhì)單元法）傳質(zhì)單元法填料層高度傳質(zhì)單元高度填料層高度傳質(zhì)單元高度傳質(zhì)單元數(shù)傳質(zhì)單元數(shù)2 2）等板高度法）等板高度法與一層理論板傳質(zhì)作用相當(dāng)?shù)奶盍蠈痈叨扰c一層理論板傳質(zhì)作用相當(dāng)?shù)奶盍蠈痈叨忍盍?、物性、操作條件、設(shè)備尺寸填料、物性、操作條件、設(shè)備尺寸實驗測定，經(jīng)驗數(shù)據(jù)，經(jīng)驗公式實驗測定，經(jīng)驗數(shù)據(jù)，經(jīng)驗公式填料層高度等板高度填料層高度等板高度理論板數(shù)理論板數(shù)3 3）填料層的分段）填料層的分段（1 1）散裝填料（表）散裝填料（表3-83-8）、（）、（2 2）規(guī)整填料（表）規(guī)整填料（表3-93-9）2 2 填料層的有效高度填料層的有效高度1 1 填料支撐裝置填料支撐裝置l 作用：支承填料及塔內(nèi)持液

13、質(zhì)量作用：支承填料及塔內(nèi)持液質(zhì)量l 要求：機械強度，自由截面大于填料層的自由截面要求：機械強度，自由截面大于填料層的自由截面l 種類：柵板式，升氣管式種類：柵板式，升氣管式3.3.5 填料塔附件填料塔附件2 2 液體分布裝置液體分布裝置n 作用：使液體均勻分布作用：使液體均勻分布n 種類：蓮蓬式，盤式，齒槽式，多孔環(huán)管式等種類：蓮蓬式，盤式，齒槽式，多孔環(huán)管式等3.3.5 填料塔附件填料塔附件l原因：液體有偏向塔壁流動的現(xiàn)象原因：液體有偏向塔壁流動的現(xiàn)象l作用：重新匯集液體并引向塔中央?yún)^(qū)域作用：重新匯集液體并引向塔中央?yún)^(qū)域l設(shè)置：一般設(shè)置：一般6m6m內(nèi)需加裝內(nèi)需加裝l整砌填料無需液體再分布器

14、整砌填料無需液體再分布器l種類：截錐式種類：截錐式(a)截錐型3 3 液體再分布裝置液體再分布裝置4 4 除沫裝置除沫裝置l 作用：除去出口氣流中的液滴作用：除去出口氣流中的液滴l 種類：折流板式，旋流板式，絲網(wǎng)式等種類：折流板式，旋流板式，絲網(wǎng)式等5 5 填料壓緊裝置填料壓緊裝置n作用：防止填料層松動和跳動作用：防止填料層松動和跳動n種類：填料壓板，床層限制壓板種類：填料壓板，床層限制壓板3.3.5 填料塔附件填料塔附件填料塔設(shè)計步驟：（1）針對物系及分離要求，選擇適宜填料；（2）確定塔徑（考慮噴淋密度）；（3）計算塔高（考慮分段高度）；（4）塔內(nèi)件設(shè)計。【例【例3 33 3】 某礦石焙燒爐

15、送出的氣體冷卻到某礦石焙燒爐送出的氣體冷卻到2020后送入填料吸后送入填料吸收塔中，用清水洗滌以除去其中的收塔中，用清水洗滌以除去其中的SOSO2 2。 SOSO2 2的體積分數(shù)為的體積分數(shù)為0.060.06，要求吸收率要求吸收率 A A9898。已知吸收塔內(nèi)絕對壓強為。已知吸收塔內(nèi)絕對壓強為101.33kPa101.33kPa，入塔，入塔的爐氣體積流量為的爐氣體積流量為1000m1000m3 3/h/h，爐氣的平均摩爾質(zhì)量為，爐氣的平均摩爾質(zhì)量為32.16kg/kmol32.16kg/kmol，洗滌水耗用量為，洗滌水耗用量為22600kg/h22600kg/h。吸收塔采用。吸收塔采用25mm

16、25mm25mm25mm1.2mm1.2mm的塑料鮑爾環(huán)以亂堆方式充填。試計算塔的塑料鮑爾環(huán)以亂堆方式充填。試計算塔徑和填料層高度，并核算總壓強降。徑和填料層高度，并核算總壓強降。（1 1）塔徑）塔徑3.3.4 填料塔的計算實例填料塔的計算實例100027332.16 1338/22.4273 20Vwkg h3.3.4 填料塔的計算填料塔的計算13381.338/1000Vkg h31000/Lkg m0.50.522600 1.3380.61813381000VLVLww0.22max0.035VLLug max0.20.20.0350.035 9.81 10000.949/285 1 1.338 1LVLgum s 3.3.4 填料塔的計算max0.70.70.9490.6643/uum s4 1000/36000.730.6643Dm0.80Dm224 10000.553/36000.84SVum sDmax0.553100%58.3%0.949u un（2 2）填料層高度）填料層高度3.3.4 填料塔的計算填料塔的計算232min226000.845/()()10004UmmhU100027310.0639.1/22.427320Vkmol h22600/181256/Lkmol h2220.80.502744Dm /26.439.1/12560.822S