化工原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)

1、化工原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)化工教研室編前 言本指導(dǎo)書為化工原理課程教學(xué)的配套教材，是為我?；瘜W(xué)工程與工藝專業(yè)化工原理課程設(shè)計(jì)教學(xué)而編寫的化工過(guò)程及設(shè)備設(shè)計(jì)的資料。書中介紹了換熱器、板式塔設(shè)計(jì)的原理和方法，并就有關(guān)流程方案的確定以及附屬設(shè)備的選型作了介紹。本指導(dǎo)書可作為化工原理課程設(shè)計(jì)、化工類專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的參考資料，也可作為化工原理課程教學(xué)的參考用書。由于編者水平有限，其中難免不妥之處，懇請(qǐng)各位讀者批評(píng)指正。目 錄第1章 概論 . 11.1化工原理課程設(shè)計(jì)的目的和要求 . 11.2化工原理課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容和步驟. 1第2章 列管式換熱器選型設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)和選用時(shí)應(yīng)考慮的問(wèn)題 . 52.2管殼式換熱器的給

2、熱系數(shù) . 62.3流體通過(guò)換熱器的阻力損失 . 82.4對(duì)數(shù)平均溫差的修正. 82.5管殼式換熱器的設(shè)計(jì)和選用步驟 10第3章板式塔主要尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算 . 123.1塔的有效高度和板間距的初選. 123.2塔徑. 123.3 板式塔的結(jié)構(gòu) . 143.4塔板結(jié)構(gòu). 15第四章 篩板塔設(shè)計(jì) . 174.1篩板塔的結(jié)構(gòu). 174.2篩板塔正常操作的氣液流量范圍. 204.3篩板塔的設(shè)計(jì). 28主要參考文獻(xiàn). 29第一章 緒 論1.1化工原理課程設(shè)計(jì)的目的和要求課程設(shè)計(jì)是化工原理課程的一個(gè)總結(jié)性教學(xué)環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用本門課程及有關(guān)選修課程的基本知識(shí)去解決某一設(shè)計(jì)任務(wù)的一次訓(xùn)練。在整個(gè)教學(xué)計(jì)劃

3、中，它也起著培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作能力的重要作用。課程設(shè)計(jì)不同于平時(shí)的作業(yè)，在設(shè)計(jì)中需要學(xué)生自己做出決策，即自己確定方案，選擇流程，查取資料，進(jìn)行過(guò)程和設(shè)備計(jì)算，并要對(duì)自己的選擇做出論證和核算，經(jīng)過(guò)反復(fù)的分析比較，擇優(yōu)選定最理想的方案和合理的設(shè)計(jì)。所以，課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作能力的有益實(shí)踐。通過(guò)課程設(shè)計(jì),學(xué)生應(yīng)該注重以下幾個(gè)能力的訓(xùn)練和培養(yǎng)：(1)查閱資料，選用公式和搜集數(shù)據(jù)(包括從已發(fā)表的文獻(xiàn)中和從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中搜集)的能力；(2)樹立既考慮技術(shù)上的先進(jìn)性與可行性，又考慮經(jīng)濟(jì)上的合理性，并注意到操作時(shí)的勞動(dòng)條件和環(huán)境保護(hù)的正確設(shè)計(jì)思想，在這種設(shè)計(jì)思想的指導(dǎo)下去分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力；(3)迅速準(zhǔn)

4、確的進(jìn)行工程計(jì)算的能力；(4)用簡(jiǎn)潔的文字，清晰的圖表來(lái)表達(dá)自己設(shè)計(jì)思想的能力。1.2化工原理課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容和步驟（1）課程設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介 對(duì)給定或選定的工藝流程，主要的設(shè)備型式進(jìn)行簡(jiǎn)要的論述；主要設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算 包括工藝參數(shù)的選定、物料衡算、熱量衡算、設(shè)備的工藝尺寸計(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；典型輔助設(shè)備的選型和計(jì)算 包括典型輔助設(shè)備的主要工藝尺寸計(jì)算和設(shè)備型號(hào)規(guī)格的選定；帶控制點(diǎn)的工藝流程簡(jiǎn)圖 以單線圖的形式繪制，標(biāo)出主體設(shè)備和輔助設(shè)備的物料流向、物流量、能流量和主要化工參數(shù)測(cè)量點(diǎn)；主體設(shè)備工藝條件圖 圖面上應(yīng)包括設(shè)備的主要工藝尺寸，技術(shù)特性表和接管表； 完整的課程設(shè)計(jì)由說(shuō)明書和圖紙兩

5、部分組成。說(shuō)明書是設(shè)計(jì)的書面總結(jié)，也是后續(xù)設(shè)計(jì)工作的主要依據(jù)，應(yīng)包括以下主要內(nèi)容：封面（課程設(shè)計(jì)題目、班級(jí)、姓名、指導(dǎo)教師、時(shí)間 ）；目錄；設(shè)計(jì)任務(wù)書；設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介；工藝設(shè)計(jì)計(jì)算；輔助設(shè)備的計(jì)算及選型；設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表；設(shè)計(jì)評(píng)述及設(shè)計(jì)者對(duì)本設(shè)計(jì)有關(guān)問(wèn)題的討論；工藝流程圖及設(shè)備工藝條件圖；參考資料。（2）課程設(shè)計(jì)的步驟動(dòng)員和布置任務(wù)；閱讀指導(dǎo)書和查閱資料；設(shè)計(jì)計(jì)算,繪圖和編寫說(shuō)明書；考核和答辯。整個(gè)設(shè)計(jì)是由論述、計(jì)算和繪圖三部分組成。論述應(yīng)該條理清晰，觀點(diǎn)明確；計(jì)算要求方法正確，誤差小于設(shè)計(jì)要求，計(jì)算公式和所用數(shù)據(jù)必須注明出處；圖表應(yīng)能簡(jiǎn)要表達(dá)計(jì)算的結(jié)果。設(shè)計(jì)后期的答辯，及時(shí)了解學(xué)生設(shè)計(jì)能力的補(bǔ)充

6、過(guò)程，也是提高設(shè)計(jì)水平，交流心得和擴(kuò)大收獲的重要過(guò)程。答辯通常包括個(gè)別答辯和公開答辯兩種形式。個(gè)別答辯的目的不僅是對(duì)學(xué)生進(jìn)行全面考核，更主要的是促進(jìn)學(xué)生開動(dòng)腦筋,提高設(shè)計(jì)水平。所以，在個(gè)別答辯后，應(yīng)允許學(xué)生修改補(bǔ)充自己的圖紙和說(shuō)明書。公開答辯是在個(gè)別答辯的基礎(chǔ)上，選出幾個(gè)有代表性的學(xué)生在全班公開答辯，實(shí)際上是以他們的中心發(fā)言來(lái)引導(dǎo)全班性的討論，目的是交流心得、探討問(wèn)題和擴(kuò)大收獲。(3)帶控制點(diǎn)的工藝流程圖的繪制(此部分內(nèi)容教師可根據(jù)具體題目有選擇的要求)帶控制點(diǎn)的工藝流程圖是一種示意性的圖樣,它以形象的圖形、符號(hào)、代號(hào)表示出化工設(shè)備、管路、附件和儀表自控等，借以表達(dá)出一個(gè)生產(chǎn)中物料及能量的變化

7、始末。工藝流程圖繪制范圍如下：必須反映出全部工藝物料和產(chǎn)品所經(jīng)過(guò)的設(shè)備；應(yīng)全部反映出主要物料管路，并表達(dá)出進(jìn)出裝置界區(qū)的流向；冷卻水、冷凍鹽水、工藝用的壓縮空氣、蒸汽(不包括副產(chǎn)品蒸汽)及蒸汽冷凝液系統(tǒng)等的整套設(shè)備和管線不在圖內(nèi)表示，僅示意工藝設(shè)備使用點(diǎn)的進(jìn)出位置；標(biāo)出有助于用戶確認(rèn)及上級(jí)或有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)審批用的一些工藝數(shù)據(jù)(例如:溫度、壓力、物流的質(zhì)量流量或體積流量、密度、換熱量等)；包括繪制圖例，圖畫上必要的說(shuō)明和標(biāo)注，并按圖簽規(guī)定簽署；必須標(biāo)注工藝設(shè)備，工藝物流線上的主要控制點(diǎn)符及調(diào)節(jié)閥等。這里指的控制點(diǎn)符包括被測(cè)變量的儀表功能(如調(diào)節(jié)、紀(jì)錄、指示、積算、連鎖、報(bào)警、分析、檢測(cè)及集中,就地儀表

8、等)。流程圖的繪制步驟如下：用細(xì)實(shí)線(0.3mm)畫出設(shè)備簡(jiǎn)單外形，設(shè)備一般按1:100或1:50的比例繪制，如某種設(shè)備過(guò)高(如精餾塔)，過(guò)大或過(guò)小，則可適當(dāng)放大或縮小；常用設(shè)備外形可參照?qǐng)D1-1所示，對(duì)于無(wú)示例的設(shè)備可繪出其象征性的簡(jiǎn)單外形，表明設(shè)備的特征即可；用粗實(shí)線(0.9mm)畫出連接設(shè)備的主要物料管線，并注出流向箭頭；物料平衡數(shù)據(jù)可直接在物料管道上用細(xì)實(shí)線引出并列成表；輔助物料管道(如冷卻水、加熱蒸汽等)，用中粗實(shí)線(0.6mm)表示；設(shè)備的布置原則上按流程圖由左至右，圖上一律不標(biāo)示設(shè)備的支腳、支架和平臺(tái)等， 5一般情況下也不標(biāo)注尺寸。工藝物料的介質(zhì)代碼自行編制，一般以分子式及其編寫

9、字母表示。輔助物料如公用系統(tǒng)介質(zhì)代號(hào)規(guī)定如表1-1。表1-1 輔助物料和共用系數(shù)介質(zhì)代號(hào)圖上應(yīng)標(biāo)注單元設(shè)備的代號(hào)，單元設(shè)備分類代號(hào)見表1-2。(4)主體設(shè)備工藝條件圖(此部分內(nèi)容教師可根據(jù)具體題目有選擇的要求)主體設(shè)備是指在每個(gè)單元操作中處于核心地位的關(guān)鍵設(shè)備，如傳熱中的換熱器，蒸發(fā)中的蒸發(fā)器，蒸餾和吸收中的塔設(shè)備(板式塔和填料塔)，干燥中的干燥器等。一般，主體設(shè)備在不同單元操作中是不同的，即使同一設(shè)備在不同單元操作中其作用也不相同，如某一設(shè)備在某個(gè)單元操作中為主體設(shè)備，而在另一單元操作中就可變?yōu)檩o助設(shè)備。例如，換熱器在傳熱中為主體設(shè)備，而在精餾或干燥操作中就變?yōu)檩o助設(shè)備。泵、壓縮機(jī)等也有類似

10、情況。主體設(shè)備工藝條件圖是將設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝尺寸的計(jì)算結(jié)果用一張總圖表示出來(lái)。圖面上應(yīng)包括如下內(nèi)容:設(shè)備圖形 指主要尺寸(外形尺寸、結(jié)構(gòu)尺寸、連接尺寸)、接管、人孔等；圖1-1 流程圖設(shè)備外形圖例技術(shù)特性 指裝置的用途、生產(chǎn)能力、最大允許壓強(qiáng)、最高介質(zhì)溫度、介質(zhì)的毒性和爆炸危險(xiǎn)性；設(shè)備組成一覽表 注明組成設(shè)備的各部件的名稱等。應(yīng)予以指出，以上設(shè)計(jì)全過(guò)程統(tǒng)稱為設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)。完整的設(shè)備設(shè)計(jì)，應(yīng)在上述工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上再進(jìn)行機(jī)械強(qiáng)度設(shè)計(jì)，最后提供可供加工制造的施工圖。這一環(huán)節(jié)在高等院校的教學(xué)中，屬于化工機(jī)械專業(yè)中的專業(yè)課程，在設(shè)計(jì)部門則屬于機(jī)械設(shè)計(jì)組的職責(zé)。第二章 管殼式換熱器的設(shè)計(jì)和選用2.1設(shè)

11、計(jì)和選用時(shí)應(yīng)考慮的問(wèn)題(1) 冷熱流體流動(dòng)通道的選擇a、不潔凈或易結(jié)垢的液體宜在管程，因管內(nèi)清洗方便，但U形管式的不宜走管程； b、腐蝕性流體宜在管程，以免管束和殼體同時(shí)受到腐蝕；c、壓力高的流體宜在管內(nèi)，以免殼體承受壓力；d、飽和蒸汽宜走殼程，飽和蒸汽比較清潔，而且冷凝液容易排出；e、被冷卻的流體宜走殼程，便于散熱；f、若兩流體溫差大，對(duì)于剛性結(jié)構(gòu)的換熱器，宜將給熱系數(shù)大的流體通入殼程，以減小熱應(yīng)力；g、流量小而粘度大的流體一般以殼程為宜，因在殼程Re>100即可達(dá)到湍流。但這不是絕對(duì)的，如果流動(dòng)阻力損失允許，將這種流體通入管內(nèi)并采用多管程結(jié)構(gòu)，反而會(huì)得到更高的給熱系數(shù)。以上各點(diǎn)常常不

12、可能同時(shí)滿足，而且有時(shí)還會(huì)相互矛盾，故應(yīng)根據(jù)具體情況，抓住主要方面，作出適宜的決定。(2) 流動(dòng)方式的選擇除逆流和并流之外，在列管式換熱器中冷、熱流體還可以作各種多管程多殼程的復(fù)雜流動(dòng)。當(dāng)流量一定時(shí)，管程或殼程越多，對(duì)流傳熱系數(shù)越大，對(duì)傳熱過(guò)程越有利。但是，采用多管程或多殼程必導(dǎo)致流體阻力損失，即輸送流體的動(dòng)力費(fèi)用增加。因此，在決定換熱器的程數(shù)時(shí)，需權(quán)衡傳熱和流體輸送兩方面的損失。當(dāng)采用多管程或多殼程時(shí)，列管式換熱器內(nèi)的流動(dòng)形式復(fù)雜，對(duì)數(shù)平均值的溫差要加以修正。(3) 換熱管規(guī)格和排列選擇換熱管直徑越小，換熱器單位容積的傳熱面積越大。因此對(duì)于潔凈的流體可完管徑可取得小些。但對(duì)于不潔凈或易結(jié)垢的

13、流體，管徑應(yīng)取的大些，以免堵塞。為了制造和維修的方便，我國(guó)目前試行的系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用19×2mm和25×2.5mm兩種規(guī)格，管長(zhǎng)有1.5、2.0、3.0、6.0m，排列方式：正三角形、正方形直列和錯(cuò)列排列，見圖2-1。圖2-1 換熱管排列方式各種排列方式的優(yōu)點(diǎn)：但給熱效果較差正方形排列：易清洗， 熱系數(shù)正方形錯(cuò)列：可提高給等邊三角形：排列緊湊，管外流體湍流程度高，給熱系數(shù)大(4)折流擋板安裝折流擋板的目的是為提高殼程對(duì)流傳熱系數(shù)，為取得良好的效果，擋板的形狀和間距必須適當(dāng)。對(duì)圓缺形擋板而言，弓形缺口的大小對(duì)殼程流體的流動(dòng)情況有重要影響。由圖2-2可以看出，弓形缺口太大或太小

14、都會(huì)產(chǎn)生"死區(qū)"，既不利于傳熱，又往往增加流體阻力。擋板的間距對(duì)殼體的流動(dòng)亦有重要的影響。間距太大，不能保證流體垂直流過(guò)管束，使管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)下降；間距太小，不便于制造和檢修，阻力損失亦大。一般取擋板間距為殼體內(nèi)徑的0.21.0倍。a.切除過(guò)少 b.切除適當(dāng) c.切除過(guò)多圖2-2擋板切除對(duì)流動(dòng)的影響2.2管殼式換熱器的給熱系數(shù)給熱系數(shù)包括管內(nèi)流動(dòng)的給熱系數(shù)和殼程給熱系數(shù)，管內(nèi)流體的給熱系數(shù)前面已經(jīng)學(xué)過(guò)，而殼程的給熱系數(shù)與折流擋板的形狀、板間距，管子的排列方式、管徑及管中心距等因素有關(guān)。殼程中由于設(shè)有折流擋板，流體在殼程中橫向穿過(guò)管束，流向不斷變化，湍動(dòng)增強(qiáng)，當(dāng)Re>

15、100即可達(dá)到湍流狀態(tài)。2.2.1流體在圓形直管內(nèi)的強(qiáng)制湍流Nu=0.023Re0.8Prkdu0.8cpk=0.023()() d使用范圍：Re>10000，0.7<Pr<160，<2×10-5Pa.s，l/d>50注意事項(xiàng)：（1）定性溫度取流體進(jìn)出溫度的算術(shù)平均值tm；（2）特征尺寸為管內(nèi)徑di；（3）流體被加熱時(shí)，k0.4，流體被冷卻時(shí)，k0.3；上述n取不同值的原因主要是溫度對(duì)近壁層流底層中流體粘度的影響。當(dāng)管內(nèi)流體被加熱時(shí)，靠近管壁處層流底層的溫度高于流體主體溫度；而流體被冷卻時(shí)，情況正好相反。對(duì)于液體，其粘度隨溫度升高而降低，液體被熱時(shí)層流底

16、層減薄，大多數(shù)液體的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高也有所減少，但不顯著，總的結(jié)果使對(duì)流傳熱系數(shù)增大。液體被加熱時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)必大于冷卻時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)。大多數(shù)液體的Pr>1,即Pr0.4>Pr0.3。因此，液體被加熱時(shí)，n取0.4；冷卻時(shí)，n取0.3。對(duì)于氣體，其粘度隨溫度升高而增大，氣體被加熱時(shí)層流底層增厚，氣體的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高也略有升高，總的結(jié)果使對(duì)流傳熱系數(shù)減少。氣體被加熱時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)必小于冷卻時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)。由于大多數(shù)氣體的Pr<1，即Pr0.4<Pr0.3，故同液體一樣，氣體被加熱時(shí)n取0.4，冷卻時(shí)n取0.3。通過(guò)以上分析可知，溫度對(duì)近處層流底層內(nèi)流粘度的影

17、響，會(huì)引起近壁流層內(nèi)速度分布的變化，故整個(gè)截面上的速度分布也將產(chǎn)生相應(yīng)的變化。（4）特征速度為管內(nèi)平均流速。以下是對(duì)上面的公式進(jìn)行修正：a高粘度du0.8cp0.330.14=0.027()()() dw要考慮壁面溫度變化引起粘度變化對(duì)的影響（是在tm下；而W是在tw下）。在實(shí)際中，由于壁溫難以測(cè)得，工程上近似處理為： 對(duì)于液體，加熱時(shí)：()0.14=1.05，冷卻時(shí)：()0.14=0.95 wwb過(guò)渡區(qū)2300<Re<10000時(shí)，先按湍流計(jì)算，然后乘以校正系數(shù)f=1.0-6105Re0.8<1過(guò)渡區(qū)內(nèi)流體比劇烈的湍流區(qū)內(nèi)的流體的Re小，流體流動(dòng)的湍動(dòng)程度減少，層流底層變厚

18、，減小。c流體在彎管中的對(duì)流傳熱系數(shù)先按直管計(jì)算，然后乘以校正系數(shù)fdf=(1+1.77) R式中 d管徑；R彎管的曲率半徑。由于彎管處受離心力的作用，存在二次環(huán)流，湍動(dòng)加劇，增大。2.2.2流體在圓形直管內(nèi)的強(qiáng)制層流特點(diǎn)：1）物性特別是粘度受管內(nèi)溫度不均勻性的影響，導(dǎo)致速度分布受熱流方向影響。2）層流的對(duì)流傳熱系數(shù)受自然對(duì)流影響嚴(yán)重使得對(duì)流傳熱系數(shù)提高。3）層流要求的進(jìn)口段長(zhǎng)度長(zhǎng)，實(shí)際進(jìn)口段小時(shí)，對(duì)流傳熱系數(shù)提高。（1）Gr<25000時(shí)，自然對(duì)流影響小可忽略dNu=1.86(RePr)1/3()0.14 lwd適用范圍：Re<2300，(RePr)>10，l/d>6

19、0 l定性溫度、特征尺寸取法與前相同，w按壁溫確定，工程上可近似處理為： 對(duì)于液體，加熱時(shí)：()0.14=1.05，冷卻時(shí)：()0.14=0.95 ww（2）Gr>25000時(shí)，自然對(duì)流的影響不能忽略時(shí)，乘以校正系數(shù)f=0.8(1+0.015Gr1/3)在換熱器設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量避免在強(qiáng)制層流條件下進(jìn)行傳熱，因?yàn)榇藭r(shí)對(duì)流傳熱系數(shù)小，從而使總傳熱系數(shù)也很小。2.2.3流體在換熱器管殼間流動(dòng)一般在列管換熱器的殼程加折流擋板，折流擋板分為圓形和圓缺形兩種。由于裝有不同形式的折流擋板，流動(dòng)方向不斷改變，在較小的Re下（Re=100）即可達(dá)到湍流。圓缺形折流擋板，弓形高度25%D，的計(jì)算式：Nu=0.

20、36Re0.55Pr(0.14) w適用范圍：Re=2×103106。定性溫度：進(jìn)、出口溫度平均值；tww。特征尺寸：（1）當(dāng)量直徑de參圖2-34(t2-0.785d0) 正方形排列：de= d0圖2-3 de的計(jì)算24(正三角形排列：de=22t-0.785d0) d0（2）流速u根據(jù)流體流過(guò)的最大截面積Smax計(jì)算Smax=hD(1-d0) t式中 h相鄰擋板間的距離；D殼體的內(nèi)徑。提高殼程的措施：提高殼程u，但hfu2，hf；de；加強(qiáng)殼程的湍動(dòng)程度，如加折流擋板或填充物。2.3流體通過(guò)換熱器的阻力損失2.3.1 管程阻力損失包括各程直管阻力損失hf1、回彎阻力損失hf2及換

21、熱器進(jìn)出口阻力損失hf3構(gòu)成，其中hf3可忽略不計(jì)。hft=(hf1+hf2)ftNp式中 ft 管程結(jié)垢校正系數(shù)，對(duì)三角形排列取1.5，正方形排列取1.4；Np管程數(shù)；hf1式中 l換熱管長(zhǎng)度，m； lui2 =di2ui2hf2=3 2（hf2包括回彎和進(jìn)出口局部阻力及封頭內(nèi)流體轉(zhuǎn)向的局部阻力之和，取阻力系數(shù)為3）管程阻力損失也可寫成lui2pt= d+3ftNp2 i3由于uiNp，所以ptNP。對(duì)同一換熱器，若單程改為雙程，阻力損失劇增為原來(lái)的8倍，而給熱系數(shù)只增為原來(lái)的1.74倍，因此在選擇換熱器管程數(shù)時(shí)，應(yīng)該兼顧傳熱與流體壓降兩方面的得失。2.3.2殼程阻力損失殼程由于流動(dòng)狀態(tài)比較

22、復(fù)雜，結(jié)構(gòu)參數(shù)較多，提出的公式較多，但可歸結(jié)為2uohfs= 2不同的計(jì)算公式，決定和uo的方法不同，計(jì)算結(jié)果往往不一致。2.4對(duì)數(shù)平均溫差的修正前面學(xué)過(guò)的對(duì)數(shù)平均溫差tm僅適用于純并流或純逆流的情況，當(dāng)采用多管程或多殼程時(shí)，由于其內(nèi)流動(dòng)形式復(fù)雜，平均推動(dòng)力tm的計(jì)算式相當(dāng)復(fù)雜。為了方便，可將這些復(fù)雜流型的平均推動(dòng)力的計(jì)算結(jié)果與進(jìn)出口溫度相同的純逆流相比較，求出修正系數(shù)，即tm=tm逆其中的求法為：=f(P,R)P=Rt2-t1冷流體溫升= T1-t1兩流體最初溫差T1-T2熱流體溫降=t2-t1冷流體溫升根據(jù)P，R值由圖查出各種情況的值。圖2-4 對(duì)數(shù)平均溫度差校正系數(shù)的值（a）單殼程 (b

23、)二殼程 (c)三殼程 (d)四殼程在設(shè)計(jì)時(shí)注意應(yīng)使>0.8，為什么？因?yàn)榻?jīng)濟(jì)上不合理；操作溫度略有變動(dòng)，則下降很快，使操作不穩(wěn)定。2.5管殼式換熱器的設(shè)計(jì)和選用步驟 由已知條件計(jì)算傳熱量及逆流平均溫差tm逆Q=KAtm=KAtm逆由上式可知，要求A，必須知道K，；而K和則是由傳熱面積A的大小和換熱器結(jié)構(gòu)決定的。因此，在冷、熱流體的流量及進(jìn)出口溫度已知的條件下，選用或設(shè)計(jì)換熱器必須通過(guò)試差計(jì)算。 初選換熱器的尺寸規(guī)格a、初步選定流體流動(dòng)方式，由冷熱流體的進(jìn)出口溫度計(jì)算溫差修正系數(shù)，應(yīng)使>0.8，否則應(yīng)改變流動(dòng)方式，重新計(jì)算；b、依據(jù)經(jīng)驗(yàn)估計(jì)總傳熱系數(shù)K估，估算傳熱面積A估；c、根據(jù)

24、A估，根據(jù)系列標(biāo)準(zhǔn)選定換熱管的直徑、長(zhǎng)度及排列；如果是選用，可根據(jù)A估在系列標(biāo)準(zhǔn)中選用適當(dāng)?shù)膿Q熱器型號(hào)； 計(jì)算管程的壓降和給熱系數(shù)；a、根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選定流速，確定管程數(shù)目，并計(jì)算管程壓降pt，若pt>pt允，必須調(diào)整管程數(shù)目重新計(jì)算。b、計(jì)算管內(nèi)給熱系數(shù)2，若2<K估，則應(yīng)改變管程數(shù)重新計(jì)算；若改變管程數(shù)使pt>pt允，則應(yīng)重新估計(jì)K估，另選一換熱器型號(hào)進(jìn)行試算。 計(jì)算殼程壓降和給熱系數(shù)；a、根據(jù)流速范圍確定擋板間距，并計(jì)算殼程壓降ps，若ps>ps允，可增大擋板間距。b、計(jì)算殼程給熱系數(shù)1，若1太小可減小擋板間距。 計(jì)算傳熱系數(shù)，校核傳熱面積。根據(jù)流體性質(zhì)選擇適當(dāng)?shù)墓笇訜?/p>

25、阻R，由R、1、2計(jì)算K計(jì)，再由傳熱基本方程計(jì)算A計(jì)。當(dāng)A計(jì)小于初選換熱器實(shí)際所具有的傳熱面積A，則計(jì)算可行?？紤]到所用換熱器計(jì)算式的準(zhǔn)確度及其他未可預(yù)料的因素，應(yīng)使選用換熱器面積有15%25%的裕度，即A/A計(jì)=1.151.25，否則應(yīng)重新估計(jì)一個(gè)K估，重復(fù)以上計(jì)算。第三章 板式塔主要尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算板式塔主要尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算，包括塔高、塔徑的設(shè)計(jì)計(jì)算，板上液流形式的選擇、溢流裝置的設(shè)計(jì)，塔板布置、氣體通道的設(shè)計(jì)等工藝計(jì)算。板式塔為逐級(jí)接觸式的氣液傳質(zhì)設(shè)備，沿塔方向，每層板的組成、溫度、壓力都不同。設(shè)計(jì)時(shí)，先選取某一塔板（例如進(jìn)料或塔頂、塔底）條件下的參數(shù)作為設(shè)計(jì)依據(jù)，以此確定塔的尺寸，然后再作

26、適當(dāng)調(diào)整；或分段計(jì)算，以適應(yīng)兩段的氣液相體積流量的變化，但應(yīng)盡量保持塔徑相同，以便于加工制造。所設(shè)計(jì)的板式塔應(yīng)為氣液接觸提供盡可能大的接觸面積，應(yīng)盡可能地減小霧沫夾帶和氣泡夾帶，有較高的塔板效率和較大的操作彈性。但是由于塔中兩相流動(dòng)情況和傳質(zhì)過(guò)程的復(fù)雜性，許多參數(shù)和塔板尺寸需根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)選取，而參數(shù)與尺寸之間又彼此互相影響和制約，因此設(shè)計(jì)過(guò)程中不可避免要進(jìn)行試差，計(jì)算結(jié)果也需要工程標(biāo)準(zhǔn)化。基于以上原因，在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要不斷地調(diào)整、修正、和核算，直到設(shè)計(jì)出較為滿意的板式塔。3.1塔的有效高度和板間距的初選3.1.1塔的有效高度板式塔的有效高度是指安裝塔板部分的高度，可按下式計(jì)算：Z=(NT-1)H

27、T （3-1） ET式中 Z塔的有效高度，m；ET全塔總板效率；NT 塔內(nèi)所需的理論板層數(shù)；HT塔板間距，m。3.1.2板間距的初選板間距NT的選定很重要。選取時(shí)應(yīng)考慮塔高、塔徑、物系性質(zhì)、分離效率、操作彈性及塔的安裝檢修等因素。對(duì)完成一定生產(chǎn)任務(wù)，若采用較大的板間距，能允許較高的空塔氣速，對(duì)塔板效率、操作彈性及安裝檢修有利；但板間距增大后，會(huì)增加塔身總高度，金屬消耗量，塔基、支座等的負(fù)荷，從而導(dǎo)致全塔造價(jià)增加。反之，采用較小的板間距，只能允許較小的空塔氣速，塔徑就要增大，但塔高可降低；但是板間距過(guò)小，容易產(chǎn)生液泛現(xiàn)象，降低板效率。所以在選取板間距時(shí)，要根據(jù)各種不同情況予以考慮。如對(duì)易發(fā)泡的物

28、系，板間距應(yīng)取大一些，以保證塔的分離效果。板間距與塔徑之間的關(guān)系，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，結(jié)合經(jīng)濟(jì)權(quán)衡，反復(fù)調(diào)整，已做出最佳選擇。設(shè)計(jì)時(shí)通常根據(jù)塔徑的大小，由表3-1列出的塔板間距的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值選取。表3-1 塔板間距與塔徑的關(guān)系化工生產(chǎn)中常用板間距為：200，250，300，350，400，450，500，600，700，800mm。在決定板間距時(shí)還應(yīng)考慮安裝、檢修的需要。例如在塔體人孔處，應(yīng)留有足夠的工作空間，其值不應(yīng)小于600mm。3.2 塔徑塔的橫截面應(yīng)滿足汽液接觸部分的面積、溢流部分的面積和塔板支承、固定等結(jié)構(gòu)處理所需面積的要求。在塔板設(shè)計(jì)中起主導(dǎo)作用，往往是氣液接觸部分的面積，應(yīng)保證有適宜的氣

29、體速度。計(jì)算塔徑的方法有兩類：一類是根據(jù)適宜的空塔氣速，求出塔截面積，即可求出塔徑。另一類計(jì)算方法則是先確定適宜的孔流氣速，算出一個(gè)孔（閥孔或篩孔）允許通過(guò)的氣量，定出每塊塔板所需孔數(shù)，再根據(jù)孔的排列及塔板各區(qū)域的相互比例，最后算出塔的橫截面積和塔徑。3.2.1初步計(jì)算塔徑板式塔的塔徑依據(jù)流量公式計(jì)算，即D= （3-2） 式中 D 塔徑m；Vs 塔內(nèi)氣體流量m3/s；u 空塔氣速m/s。由式（3-2）可見，計(jì)算塔徑的關(guān)鍵是計(jì)算空塔氣速u。設(shè)計(jì)中，空塔氣速u的計(jì)算方法是，先求得最大空塔氣速umax，然后根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，乘以一定的安全系數(shù)，即u=(0.60.8)umax (3-3)最大空塔氣速uma

30、x可根據(jù)懸浮液滴沉降原理導(dǎo)出，其結(jié)果為umax= （3-4） 式中 umax允許空塔氣速，m/s；V，L分別為氣相和液相的密度，kg/m3 ；C氣體負(fù)荷系數(shù)，m/s，對(duì)于浮閥塔和泡罩塔可用圖3-1確定；圖3-1中的氣體負(fù)荷參數(shù)C20僅適用于液體的表面張力為0.02N/m，若液體的表面張力為6N/m，則其氣體負(fù)荷系數(shù)C可用下式求得：C=C20(所以，初步估算塔徑為： D=/0.02)0.2 （3-5） V （3-6） 0.785u其中，u適宜的空塔速度，m/s。由于精餾段、提餾段的汽液流量不同，故兩段中的氣體速度和塔徑也可能不同。在初算塔徑中，精餾段的塔徑可按塔頂?shù)谝粔K板上物料的有關(guān)物理參數(shù)計(jì)算

31、，提餾段的塔徑可按釜中物料的有關(guān)物理參數(shù)計(jì)算。也可分別按精餾段、提餾段的平均物理參數(shù)計(jì)算。3.2.2塔徑的圓整目前，塔的直徑已標(biāo)準(zhǔn)化。所求得的塔徑必須圓整到標(biāo)準(zhǔn)值。塔徑在1米以下者，標(biāo)準(zhǔn)化先按100mm增值變化；塔徑在1米以上者，按200mm增值變化，即1000mm、1200mm、1400mm、1600mm圖3-1 史密斯關(guān)聯(lián)圖圖中 HT塔板間距，m； hL板上液層高度，m；V ,L分別為塔內(nèi)氣、液兩相體積流量，m3/s； V，L 分別為塔內(nèi)氣、液相的密度，kg/m3 。3.2.3 塔徑的核算塔徑標(biāo)準(zhǔn)化以后，應(yīng)重新驗(yàn)算霧沫夾帶量，必要時(shí)在此先進(jìn)行塔徑的調(diào)整，然后再?zèng)Q定塔板結(jié)構(gòu)的參數(shù)，并進(jìn)行其它

32、各項(xiàng)計(jì)算。當(dāng)液量很大時(shí)，亦宜先按式3-7核查一下液體在降液管中的停留時(shí)間。如不符合要求，且難以加大板間距來(lái)調(diào)整時(shí)，也可在此先作塔徑的調(diào)整。3.3 板式塔的結(jié)構(gòu)3.3.1 塔的總體結(jié)構(gòu)塔的外殼多用鋼板焊接，如外殼采用鑄鐵鑄造，則往往以每層塔板為一節(jié)，然后用法蘭連接。板式塔除內(nèi)部裝有塔板、降液管及各種物料的進(jìn)出口之外，還有很多附屬裝置，如除沫器、人（手）孔、基座，有時(shí)外部還有扶梯或平臺(tái)。此外，在塔體上有時(shí)還焊有保溫材料的支承圈。為了檢修方便，有時(shí)在塔頂裝有可轉(zhuǎn)動(dòng)的吊柱。如圖5-1為一板式塔的總體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。一般說(shuō)來(lái)，各層塔板的結(jié)構(gòu)是相同的，只有最高一層，最低一層和進(jìn)料層的結(jié)構(gòu)有所不同。最高一層塔板與

33、塔頂?shù)木嚯x常大于一般塔板間距，以便能良好的除沫。最低一層塔板到塔底的距離較大，以便有較大的塔底空間貯液，保證液體能有1015min的停留時(shí)間，使塔底液體不致流空。塔底大多是直接通入由塔外再沸器來(lái)的蒸氣，塔底與再沸器間有管路連接，有時(shí)則再塔底釜中設(shè)置列管或蛇管換熱器，將釜中液體加熱汽化。若是直接蒸汽加熱，則在釜的下部裝一鼓泡管，直接接入加熱蒸汽。另外，進(jìn)料板的板間距也比一般間距大。3.3.2 塔體總高度板式塔的塔高如圖3-2所示，塔體總高度（不包括裙座）由下式?jīng)Q定：H=H)H+SH+HD+(Np-2-STTF' H B (3-7)式+17中 HD塔頂空間，m；HB塔底空間，m；HT塔板間

34、距，m；HT開有人孔的塔板間距，m；HF進(jìn)料段高度，m；Np實(shí)際塔板數(shù)；S人孔數(shù)目（不包括塔頂空間和塔底空間的人孔）。3.3.2.1塔頂空間HD塔頂空間（見圖5-2）指塔內(nèi)最上層塔板與塔頂空間的距離。為利于出塔氣體夾帶的液滴沉降，其高度應(yīng)大于板間距，通常取HD為（ 1.52.0）HT。若圖5-2 塔高示意圖需要安裝除沫器時(shí)，要根據(jù)除沫器的安裝要求確定塔頂空間。3.3.2.2人孔數(shù)目人孔數(shù)目根據(jù)塔板安裝方便和物料的清洗程度而定。對(duì)于處理不需要經(jīng)常清洗的物料，可隔810塊塔板設(shè)置一個(gè)人孔；對(duì)于易結(jié)垢、結(jié)焦的物系需經(jīng)常清洗，則每隔46塊塔板開一個(gè)人孔。人孔直徑通常為450mm。3.3.2.3塔底空間

35、HB塔底空間指塔內(nèi)最下層塔板到塔底間距。其值視具體情況而定：當(dāng)進(jìn)料有15分鐘緩沖時(shí)間的容量時(shí)，塔底產(chǎn)品的停留時(shí)間可取35分鐘，否則需有1015分鐘的儲(chǔ)量，以保證塔底料液不致流空。塔底產(chǎn)品量大時(shí)，塔底容量可取小些，停留時(shí)間可取35分鐘；對(duì)易結(jié)焦的物料，停留時(shí)間應(yīng)短些，一般取11.5分鐘。3.4 塔板結(jié)構(gòu)塔板類型按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為整塊式或分塊式兩種。一般，塔徑從300900mm時(shí)采用整塊式塔板；當(dāng)塔徑在800mm以上時(shí)，人已能在塔內(nèi)進(jìn)行拆裝操作，無(wú)須將塔板整塊裝入。并且，整塊式塔板在大塔中剛性也不好，結(jié)構(gòu)顯得復(fù)雜，故采用分塊式塔板；塔徑在800900mm之間，設(shè)計(jì)時(shí)可按便于制造、安裝的具體情況選定。

36、圖3-2 板式塔總體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖第四章 篩板塔設(shè)計(jì)41 篩板塔的結(jié)構(gòu)4.1.1篩板塔的主要部件（1）篩板：開有篩孔的板叫篩板。篩孔起均勻分散氣體的作用。若孔徑小，要求單位面積的孔數(shù)多，則加工麻煩且小孔易堵，但孔小不易漏液，操作彈性大；孔徑大則反之。一般孔徑為38mm。現(xiàn)在也有采用孔徑為1225mm大篩孔的篩板，但操作彈性小，操作要求高。篩孔的排列是有規(guī)則的，以便氣泡分布均勻，塔板強(qiáng)度好。通常篩孔是按正三角形方式排列的。如圖4-1所示。在開孔區(qū)，篩孔總面積與開孔區(qū)面積之比稱為開孔率圖4-1 篩孔的排列 。值可按一個(gè)小單元計(jì)算得。參看圖4-1，令孔徑為d0，孔心距為t，則（4-1）若t/d0值過(guò)小，開

37、孔過(guò)密，塔板強(qiáng)度下降，且氣泡容易經(jīng)碰撞生成大氣泡，傳質(zhì)面積減小，對(duì)傳質(zhì)不利。若t/d0值過(guò)大，板上產(chǎn)生氣泡的點(diǎn)分布太疏，塔板利用率過(guò)低，亦不適宜。一般采用t/d0=2.55，常用值是34。（2）溢流堰：在液體橫向流過(guò)塔板的末端，設(shè)有溢流堰。溢流堰是一塊直條形板。溢流堰高h(yuǎn)w 對(duì)板上積液的高度起控制作用。hw 值大，則板上液層厚，氣液接觸時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)傳質(zhì)有利，但氣體通過(guò)塔板的壓降亦大。常壓操作時(shí)，一般hw =2050mm。真空操作時(shí)為1020mm，加壓操作時(shí)為4080mm。（3）降液管：降液管是液體自上一層塔板流至其下一層塔板的通道。降液管橫截面有弓形與圓形兩種。因塔體多數(shù)是圓筒體，弓形降液管可充

38、分利用塔內(nèi)空間，使降液管在可能條件下截面積最大，通液能力最強(qiáng)，故被普遍采用。降液管下邊緣在操作時(shí)必須浸沒(méi)在液層內(nèi)，以保證液封，即不允許氣體通過(guò)降液管“短路”流至上一層塔板的液層上方空間。降液管下緣與下一塊塔板的距離稱為降液管底隙高度h0，h0為2025mm。若h0值過(guò)小則液體流過(guò)降液管底隙阻力太大。為保證液封，要求（hw- h0）大于6mm。篩板塔的結(jié)構(gòu)如圖4-2所示。圖4-2 篩板塔的結(jié)構(gòu)4.1.2篩板的板面布置參看圖4-2，篩板的板面可劃分為若干區(qū)域。各區(qū)的名稱、作用及面積算法如下。（1）有效傳質(zhì)區(qū)：塔板上布置有篩孔的區(qū)域，稱有效傳質(zhì)區(qū)，面積為Aa，即圖4-2右圖中虛線以內(nèi)的部份。有效傳質(zhì)

39、區(qū)面積的計(jì)算式為式中角度sin(x/r)以弳為單位。（2）降液區(qū)：每根降液管所占用的塔板區(qū)域，稱降液區(qū)，面積為Af。降液區(qū)內(nèi)不開孔。弓形降液管的降液區(qū)面積Af可通過(guò)幾何計(jì)算求得。若溢流堰長(zhǎng)為lw，塔內(nèi)徑為D，塔的橫截面積為AT，則由lW/D可算出Af/Ar。計(jì)算結(jié)果示于圖4-3中。應(yīng)用時(shí)只需查圖線即可。圖4-3還繪有由lW/D值查取弓形降液管最大寬度Wd與塔徑D之比的曲線供查用。若降液區(qū)增大，即lW/D值增大，則有效傳質(zhì)區(qū)占全塔截面的比值減小。一個(gè)合理的設(shè)計(jì)方案，應(yīng)兼顧有效傳質(zhì)區(qū)與降液區(qū)兩方面的需要。一般lW/D=0.60.8。 -1（4-2）（3）入口安定區(qū)：塔板上液流的上游部位有狹長(zhǎng)的不開

40、孔區(qū)，叫入口安定區(qū)，其寬度為Ws。此區(qū)域不開孔是為了防止因這部位液層較厚而造成傾向性漏液，同時(shí)也防止氣泡竄入降液管。一般Ws=50100mm。（4）出口安定區(qū)：在塔板上液流的下游靠近溢流堰部位也有狹長(zhǎng)的不開孔區(qū)，叫出口安定區(qū)，其寬度與入口安定區(qū)相同，亦為Ws。這部分不開孔是為了減小因流進(jìn)降液管的液體中含氣泡太多而增加液相在降液管內(nèi)排氣的困難。（5）邊緣固定區(qū)：在塔板邊緣有寬度為Wc的區(qū)域不開孔，這部分用于塔板圖4-3 弓形降液管的幾何關(guān)系4.1.3 塔板上的液流型式以上介紹的塔板上液體流動(dòng)的型式稱為“單流型”，也是最常見的流型。若液體流量及塔徑都比較大，采用“單流型”塔扳會(huì)在塔板上形成較大的液

41、面落差（水力坡度）。塔板上液面高度的差異導(dǎo)致板上氣體分布不均勻，對(duì)傳質(zhì)產(chǎn)生不良影響。為了減小塔板的液面落差，可采用“雙流型“塔板?！半p流型”塔板是采取中間安裝降液管與兩側(cè)安裝雙降液管的兩種塔板相間裝置方式，令液體在塔板上只流過(guò)半程距離，而且每側(cè)液體流量只占總流量之半，從而使液面落差大為減小。若液體流量很小，采用“單流型”塔板，越過(guò)單位長(zhǎng)度溢流堰的液體流量不足，易發(fā)生液體偏流，導(dǎo)致塔板上液流分布不勻，可采用“U形流型“塔板。該型塔板的降液管置于一邊，液相呈U字形流過(guò)塔板，溢流堰長(zhǎng)度減小。三種液流型的液流方式示于圖4-4。推薦的液體負(fù)荷、塔徑與液流型式的選擇關(guān)系示于表4-1。固定。一般Wc=255

42、0mm。圖4-4塔板溢流形式（a）U型流 （b）單溢流 （c）雙溢流表4-1 液相負(fù)荷、塔徑與液流型式的關(guān)系4.1.4板間距相鄰兩層塔板間的距離叫板間距HT。板間距的大小關(guān)系到正常操作氣液流量的高限值，也和塔高度相關(guān)。若板間距取得大，允許的氣液流量也大，但對(duì)一定塔板數(shù)而言，需要的塔體亦高。氣液流量大意味著生產(chǎn)能力大，而塔的高度大意味著設(shè)備投資大，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)從這兩方面權(quán)衡比較后確定板間距。一般可按表4-2所示的經(jīng)驗(yàn)值選取板間距的初值。注：當(dāng)HT<500mm，HT按50mm幅度變化；HT500mm，按100mm幅度變化。 本章只介紹“單流型”塔的計(jì)算方法。其它流型塔的計(jì)算可參看有關(guān)書籍。 42

43、 篩板塔正常操作的氣液流量范圍以下計(jì)算式中氣體流速u因不同核算面積有a、o、n三種不同下標(biāo)，應(yīng)注意區(qū)分。 (1)液相流量下限液體流過(guò)塔板存在著液流分布不均勻的問(wèn)題。由于塔壁是圓柱面，更增加液流的不均勻性。經(jīng)驗(yàn)表明，在液流量小時(shí)，平溢流堰安裝的微小偏差便會(huì)引起越過(guò)溢流堰頂液體的偏流，堰頂液體偏流必導(dǎo)致塔板上液體的偏流。在液流嚴(yán)重不均勻時(shí)，靠壁處液體甚至?xí)沽鞫a(chǎn)生漩渦，其余區(qū)域的液流則加速。對(duì)于流得快的液體，氣液接觸時(shí)間短，傳質(zhì)不充分；對(duì)于流得慢甚至產(chǎn)生漩渦的液體，因氣液接觸時(shí)間長(zhǎng)，液體濃度趨近于氣液平衡，傳質(zhì)速率低，故液流量小對(duì)操作不利。但當(dāng)液流量增大到一定程度后，液體越過(guò)溢流堰頂偏流現(xiàn)象減弱

44、，液體在塔頂上的漩渦消除，液流不均勻性明顯改善，故正常操作的液流量有下限值。一般要求，平溢流堰頂上的液層厚度how須大于6mm。 計(jì)算how的半經(jīng)驗(yàn)公式為（4-3）式中 Lh液相體積流量，m/h；E考慮到圓筒塔壁的液流收縮系數(shù)，其值可由圖7-18查得。 3頂部呈鋸齒形的溢流堰，適用小液流量操作。其how計(jì)算法可參看氣液傳質(zhì)設(shè)備。圖4-5液流收縮系數(shù)(2)液相流量上限液體離開塔板進(jìn)入降液管時(shí)總夾帶有氣泡。這些本應(yīng)進(jìn)入該塔上方空間的氣體被液體夾帶到該板下方空間，形成氣相返混，削弱傳質(zhì)效果。為減輕氣相夾帶程度，要求液體在降液管內(nèi)流動(dòng)時(shí)能排除氣體，為此，液體在降液管內(nèi)應(yīng)有充分的停留時(shí)間。一般規(guī)定，液體

45、在降液管內(nèi)的停留時(shí)間須滿足下述關(guān)系式：式中 Ls液相體積流量，m/s。值應(yīng)根據(jù)不同液體的性質(zhì)在3至5秒內(nèi)定值。(3)漏液限正常操作時(shí)，液體應(yīng)橫貫塔板，在與氣體進(jìn)行充分接觸傳質(zhì)后流入降液管。但有少量液體會(huì)由篩孔漏下。這少量漏下的液體如同“短路”，傳質(zhì)不充分，故操作中應(yīng)盡可能減少漏液。當(dāng)液體流量一定，氣體流量降到一定程度時(shí)漏液量會(huì)明顯增多。一般將漏液量明顯增多時(shí)的空塔氣速稱為在該液體流量下的漏液點(diǎn)空速ua，w，由于人們對(duì)漏液點(diǎn)判別的定量指標(biāo)不同，所以不同研究者提出的計(jì)算漏液點(diǎn)的經(jīng)驗(yàn)式亦不同。漏液現(xiàn)象分為兩種類型，一種叫傾向性漏液，一種叫隨機(jī)性漏液。傾向性漏液指液體剛流進(jìn)塔板時(shí)因液層最厚，該部位的篩

46、孔在操作中產(chǎn)生的漏液現(xiàn)象。塔板上安排不開孔的入口安定區(qū)或把塔板沖壓成局部突起的形狀，以減小液體剛進(jìn)入塔板時(shí)的液層厚度，都是為了避免傾向性漏液。隨機(jī)性漏液指操作中時(shí)而某些篩孔漏液，時(shí)而另一些篩孔漏液，即漏液區(qū)域帶有不定性的漏液現(xiàn)象。產(chǎn)生隨機(jī)性漏液的原因是對(duì)于某一液體流量，氣體空速偏低；其表現(xiàn)特點(diǎn)是漏液位置與液面波動(dòng)密切相關(guān)。在液面波峰處，液層厚，液體位能大，波峰下面的篩孔漏液；在液面波谷處，液層薄，氣體集中由波谷下面的篩孔通過(guò)。由于液面起伏的隨機(jī)性，導(dǎo)致漏液的隨機(jī)性。因傾向性漏液的消除或減弱涉及塔板結(jié)構(gòu)，在塔板結(jié)構(gòu)改進(jìn)后可不考慮此因素，故一般對(duì)漏液?jiǎn)栴}的討論只集中在隨機(jī)性漏液?jiǎn)栴}上。24 3（4

47、-4）隨機(jī)性漏液同氣體通過(guò)篩板的阻力（干板阻力）與通過(guò)塔板上液層的阻力之比值有關(guān)。氣體通過(guò)各篩孔及液層屬并聯(lián)流動(dòng)。若干板阻力在總阻力（干板阻力與液層阻力之和）中所占比例增加，液面波動(dòng)因素對(duì)氣體分布不勻的影響就減小，漏液可減輕。這說(shuō)明，研究漏液?jiǎn)栴}應(yīng)同干板阻力及液層阻力相聯(lián)系。戴維斯（Davies）等對(duì)漏液點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行研究并提出了漏液點(diǎn)操作狀況下干板阻力與液層阻力的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)圖線，如圖7-19所示。圖中hd與hc的計(jì)算式如下：式中 hd干板阻力，mH2O；u0，w漏液點(diǎn)時(shí)的篩孔氣速，m/s； C0干板孔流系數(shù)，無(wú)因次。C0值可由圖7-20查得。圖中為塔板厚，d0為篩孔孔徑，單位都是mm。開孔率可按（

48、7-8）式計(jì)算，或按塔板上所有篩孔的總面積除以有效傳質(zhì)區(qū)面積（AT2Af）算得。（4-5）圖4-6漏液點(diǎn)關(guān)聯(lián)線hc是漏液點(diǎn)時(shí)塔板上泡沫層厚度按等壓降原則折算的清液層厚度，其經(jīng)驗(yàn)計(jì)算式為式中 Fa氣相動(dòng)能因子， ua，w是以面積（AT2Af）計(jì)的漏液點(diǎn)空塔氣速，m/s； Ls液相體積流量，m/s。 3 圖4-7 干板孔流系數(shù) （4-6）(4)溢流液泛限當(dāng)降液管排液能力不足，液體仍不斷加入，降液管內(nèi)液位上升至上層塔板溢流堰頂，影響上層塔板的排液，導(dǎo)致塔板上積液增加直至淹塔，這現(xiàn)象稱為液泛。發(fā)生液泛時(shí)氣體通過(guò)塔板的壓降急劇上升，出塔氣體大量帶液，正常操作受到破壞。可見正常操作的塔設(shè)備不允許發(fā)生液泛。

49、液泛產(chǎn)生的原因有： 氣流量或液流量過(guò)大。 氣體中夾帶過(guò)量的液體，增加降液管的排液負(fù)荷。 某塊塔板的降液管下端堵塞，造成該塔板以上塔段液泛。由堵塞引起的液泛可通過(guò)塔的清洗及進(jìn)塔液體予以解決。由過(guò)量液沫夾帶引起的液泛可通過(guò)下面將介紹的把液沫夾帶量控制在允許范圍內(nèi)的方法予以避免。以下只討論由于氣液流量過(guò)大導(dǎo)致的液泛即溢流液泛?jiǎn)栴}。圖4-8液泛分析參看圖4-8,降液管內(nèi)清液（不含氣泡）高度Hd可按下式算得：（4-7）式中 Hf氣體通過(guò)一層塔板的壓降折算成的清液高度（即通過(guò)一塊塔板的阻力），m； Hf液體流過(guò)降液管進(jìn)入塔板的阻力，m。氣體通過(guò)一塊塔板的阻力Hf是干板阻力hd、塔板上液層阻力h1與在液相中

50、生成氣泡所需克服液體表面張力的阻力h三項(xiàng)之和。因h比其它兩相阻力小得多，可略去不計(jì)，故（4-8）其中，式中 u0篩孔氣速，m/s；C0塔板的干板孔流系數(shù)，可由圖4-7查得。 （4-9）h1是塔板上泡沫層高度按等壓降原則折算得的清液層高度，塔板上泡沫層高度可按hW+h0W計(jì)，二者關(guān)系為（4-10）式中 液層充氣系數(shù)，無(wú)因此，可由圖4-9查得。液相流過(guò)降液管進(jìn)入塔板的阻力Hf主要取決于液相在降液官底隙的流動(dòng)阻力，其經(jīng)驗(yàn)計(jì)算式為圖4-9值（4-10）值一般為0.070.25m/s。篩板塔因塔板上沒(méi)有阻礙液流的阻礙物，液面落差值很小，故可略去不計(jì)。若液流量較大且塔徑甚大，塔板上有明顯的水力坡度時(shí)，一般

51、采用“雙流型”塔板，值也可不計(jì)。對(duì)于具體的篩板塔和一定的氣液物系，相應(yīng)于一組氣、液流量(Ls，Vs)i，由（7-14）式可算得相應(yīng)的降液管內(nèi)清液高Hd值。降液管內(nèi)液相中含有氣泡，令泡沫密度與清液密度之比為相對(duì)泡沫密度對(duì)于一般物系，值可取0.5，對(duì)于不易起泡物系，值約為0.60.7，對(duì)于易起泡物系，則降液管內(nèi)含氣泡的液位高度H為（4-11） 可取值0.30.4。當(dāng)降液管內(nèi)液位高度H小于板間距與溢流堰高之和（HT+hw）時(shí)，降液管內(nèi)液位的上下移動(dòng)使塔對(duì)氣液負(fù)荷變化具有自動(dòng)調(diào)節(jié)功能。當(dāng)H=HT+hw+how時(shí)，降液管內(nèi)液面與上一層塔板下游液面齊平，這時(shí)，似乎降液管的排液能力恰好滿足排液的需要，但若氣

52、相或液相流量再有微小的增量，必引起降液管內(nèi)液位上升，導(dǎo)致上一塊塔板液層再增厚，其結(jié)果又使氣相通過(guò)塔板的阻力Hf增大，使降液管內(nèi)液位再上升。如此相互影響，形成惡性循環(huán)，最后必導(dǎo)致液泛。所以，H=HT+hw+how是從溢流液泛角度計(jì)算氣、液流量上限的關(guān)聯(lián)式。因how值遠(yuǎn)小于（HT+hw），一般規(guī)定溢流液泛限的關(guān)聯(lián)式為(5)過(guò)量液沫夾帶限 （4-12）氣泡通過(guò)板上液層到達(dá)液面時(shí)，氣泡破裂，氣體向上沖出。氣體沖出時(shí)總會(huì)把部分拉成薄膜的液體向上拋起。被拋起的液體呈大小不一液滴狀。液滴在上升過(guò)程中經(jīng)相互碰撞，滴徑還會(huì)增大。其中較大的液滴上升到一定高度，在尚未到達(dá)上一層塔板前會(huì)沉降下來(lái)。較小的液滴則隨向上流

53、動(dòng)的氣體被帶至上一塊塔板。上升氣流把液滴夾帶到上一塊塔板的現(xiàn)象叫液沫夾帶。液沫夾帶有三點(diǎn)不利影響： 形成液體返混，削弱傳質(zhì)效果。 增大降液管負(fù)荷，增加塔板上液層厚度，從而使氣相通過(guò)塔板的阻力增大。液沫夾帶嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成過(guò)量液沫夾帶液泛。 出塔氣體帶液，可能對(duì)下一工序產(chǎn)生不良后果。例如，若出塔氣體要經(jīng)壓縮機(jī)壓縮，氣體帶液易造成事故。一般規(guī)定，液沫夾帶量ev0.1kg液/kg干氣時(shí)屬過(guò)量液沫夾帶，為不正常操作狀況。圖4-10液沫夾帶關(guān)聯(lián)圖因操作中液沫夾帶不可避免，故對(duì)不正常操作的液沫夾帶特加上“過(guò)量”二字。下面推薦使用的有關(guān)液沫夾帶的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)圖是費(fèi)爾（Fair）關(guān)聯(lián)圖，如圖4-10所示。 Ls圖中：橫坐標(biāo)Vs3L兩相流動(dòng)參數(shù)，可用FLV表示。Ls、Vs為液相與氣相的體積流量，Vm/s，“泛點(diǎn)百分比”指操作空塔氣速與過(guò)量液沫夾帶液泛空塔氣速之比。一般泛點(diǎn)百分比為(8085)%，對(duì)易起泡物系可取值75%。液沫夾帶分?jǐn)?shù)，表示液沫夾帶量占液相總流量的分率，kg/kg。其中L、V為液、氣質(zhì)量流量，kg/s。eV與的關(guān)系亦可寫成eV=L。 (1-)V使用圖4-10涉及到過(guò)量液沫夾帶液泛的空塔氣速。下面介紹費(fèi)爾關(guān)于求取該液泛空塔氣速的方法。如前所述，篩板塔操作時(shí)液沫夾帶現(xiàn)象不可避免。氣相夾帶的液滴大小不一。假設(shè)液滴都是球形，在液滴中有一個(gè)“分割”球徑，凡大