固體傳質(zhì)分離技術(shù)任務(wù)五板式塔的工藝設(shè)計(jì)41p

1、1. 總體上保證氣液兩相呈逆流流動(dòng)提供最大的傳質(zhì)推動(dòng)力2. 每塊板上或填料層內(nèi)保證氣液兩相充分接觸盡可能減小傳質(zhì)阻力3. 提供足夠大的氣液兩相通道保證大通量、低壓降、合適的彈性任務(wù)五、板式塔的工藝設(shè)計(jì)一、塔設(shè)備研制開(kāi)發(fā)思路二、評(píng)價(jià)塔設(shè)備性能的指標(biāo)1. 生產(chǎn)能力大；2. 分離效率高；3. 阻力小，壓降低；4. 操作彈性大；5. 滿足工業(yè)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的一般要求：結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單、造價(jià)低、安裝維修方便等。三、板式塔 板式塔結(jié)構(gòu)如右圖所示，主要由塔體、塔板、裙座、接口等部分組成。 四、板式塔的設(shè)計(jì)意圖 1. 在每塊塔板上氣液兩相必須保持密切而充分 的接觸，為傳質(zhì)過(guò)程提供足夠大而且不斷更 新的相際接觸表面，以減

2、小傳質(zhì)阻力； 2. 在塔內(nèi)應(yīng)盡量使氣液兩相呈逆流流動(dòng)，以提 供較大的傳質(zhì)推動(dòng)力。板式塔：總體上氣液呈逆流流動(dòng)； 每塊塔板上呈均勻錯(cuò)流。五、板式塔的設(shè)計(jì)（一）板式塔的設(shè)計(jì)步驟 1、根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)和分離要求，確定塔徑、塔高等工藝尺寸；2、進(jìn)行塔板的設(shè)計(jì)，包括溢流裝置的設(shè)計(jì)、塔板的布置、閥的設(shè)計(jì)及排列；3、進(jìn)行流體力學(xué)驗(yàn)算；4、繪制塔板的負(fù)荷性能圖；5、對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，對(duì)某些參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，重復(fù)上述設(shè)計(jì)，直至滿意。 1、溫度 精餾段:塔頂溫度：t1;加料板的溫度t2;平均溫度t= t1+ t2/2提餾段:塔釜溫度：t1;加料板的溫度t2;平均溫度t= t1+ t2/22、平均摩爾質(zhì)量塔頂液相摩爾質(zhì)量：塔

3、頂氣相摩爾質(zhì)量：精餾段平均摩爾質(zhì)量（二）、工藝參數(shù)的確定進(jìn)料位置液相摩爾質(zhì)量：進(jìn)料位置氣相摩爾質(zhì)量：精餾段氣相平均摩爾質(zhì)量精餾段液相平均摩爾質(zhì)量提餾段平均摩爾質(zhì)量塔底液相摩爾質(zhì)量：塔底氣相摩爾質(zhì)量：提餾段氣相平均摩爾質(zhì)量提餾段液相平均摩爾質(zhì)量3、密度 精餾段的氣相密度精餾段的液相密度:塔頂液相平均密度： 進(jìn)料位置液相平均密度： 提餾段的氣相密度提餾段的液相密度:塔釜液相平均密度：進(jìn)料位置液相平均密度： 4、體積流量 精餾段：上升蒸汽量精餾段：回流液體量（三）、塔的尺寸的計(jì)算Z=（N-S-2）HT+HF+ H底+H頂+SHT塔高的確定：要考慮塔頂、塔底、加料板間距、人孔或手孔等問(wèn)題1、塔高其中S

4、為人孔或手孔數(shù)：安裝和檢修的需要 開(kāi)“人孔”，或“手孔”。開(kāi)人孔的板間距不應(yīng)小于600 mm，手孔的板間距在450550mm，一般每10塊塔板左右開(kāi)設(shè)一個(gè)人孔（手孔）。（一般塔徑在以下開(kāi)手孔。）塔頂空間，使氣體中的液滴自由沉降，減少塔頂出口處的液體夾帶 H頂進(jìn)料板的板間距比一般板間距大一些。2、板間距一定的塔徑有一個(gè)范圍塔徑0.30.50.30.80.81.61.62.02.02.42.4板間距200300300350350450450600500800600 3、塔徑的選取D 非飽和液體進(jìn)料的話要分精餾段和提餾段來(lái)計(jì)算、物性數(shù)據(jù)的選取注意是混合物、注意要取平均溫度下的物性數(shù)據(jù)、注意表面張力

5、，其中C與表面張力有關(guān)，按液體的表面張力為200N/m。氣相密度；C負(fù)荷糸數(shù)。最大氣速；液相密度；板上清液層高度；(常壓塔，0.05-0.1m ；減壓塔,0.025-0.03m）4、溢流裝置的設(shè)計(jì)（1）溢流形式：?jiǎn)我缌?、雙溢流、U形流等。單溢流（直徑流）：液體橫過(guò)整個(gè)塔板，自受液盤流向溢流堰。板效率高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。用在塔徑在以下 U形流（回轉(zhuǎn)流）：降液和受液裝置都安排在同一側(cè)的弓形的一半作受液盤，另一半作降液管，沿直徑用以擋板將板面隔成U形通道。液體流經(jīng)最長(zhǎng)，利用率也高，用于小塔液體流量小的場(chǎng)合。雙溢流：自上一塔板的液體分別從左右兩側(cè)的降液管進(jìn)入塔板，橫過(guò)半個(gè)塔板進(jìn)入中間的降液管，在下一塔板上的

6、液體則分別流向兩側(cè)的降液管。落差小，面積利用率低，適用于大塔徑。（2）降液管有圓形和弓形兩種。小塔中因焊接不便而用圓形降液管外，生產(chǎn)上都采用弓形降液管。堰長(zhǎng)指弓形降液管的弦長(zhǎng)，根據(jù)回流比的大小及溢流形式而決定，對(duì)于單溢流：對(duì)于雙溢流：。降液管 有圓形和弓形兩種。小塔中因焊接不便而用圓形降液管外，生產(chǎn)上都采用弓形降液管。a、b弓形降液管c圓形降液管出口堰高為了保證塔板上有一定高度的液層，降液管上端必須高出塔板板面一定高度。 hW=50100mm.板上液層高度 (常壓塔，0.05-0.1m ；減壓塔,0.025-0.03m）堰上液層高度 超過(guò)堰高的那部分液體高度。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意：以免液體在堰上分布不

7、均勻 溢流管底與塔板之間的距離 設(shè)計(jì)原則：保證液體流經(jīng)此處時(shí)的阻力不太大，同時(shí)要有良好的液封 液體通過(guò)降液管底隙時(shí)的流速。一般可?。?注：降液管底隙高度一般不宜小于20-25mm，否則，易于堵塞或因安裝偏差而使液流不暢，造成液泛。設(shè)計(jì)時(shí)，塔徑較小時(shí)，h0可取25-30mm，塔徑較大時(shí)， h0可取40mm，最大可達(dá)150 mm。（3）塔板布置 塔板有整塊式和分塊式兩種。直徑在800mm以下的小塔采用整塊式塔板，以上的采用分塊式塔板，（通過(guò)人孔裝拆塔板）。 塔板塊面可分為四個(gè)區(qū)域： 鼓泡區(qū)：為塔板上氣液接觸的有效區(qū)域。 溢流區(qū)：降液管所占的區(qū)域。 破沫區(qū)：鼓泡區(qū)和溢流區(qū)之間的區(qū)域。WS D，WS=

8、6075mm；D ，WS=80110mm； D1m，WS可適當(dāng)小一些。無(wú)效區(qū)：靠近塔壁的留出的一圈邊緣部分區(qū)域，支持塔板的邊梁之用。 WC ：小塔可取 WC=3050mm；大塔可取WC=5075mm；單溢流塔板布置圖（4）浮閥數(shù)目的計(jì)算 及浮閥的布置實(shí)驗(yàn)證明，浮閥塔的操作能以浮閥處于全開(kāi)或接近全開(kāi)時(shí)的狀態(tài)為最好。此時(shí)壓強(qiáng)、泄漏都最小，而操作彈性較大。浮閥的開(kāi)度與氣體通過(guò)浮閥孔的動(dòng)能有一定的關(guān)糸。而動(dòng)能又取決于氣體的速度與密度，故設(shè)計(jì)時(shí)以“動(dòng)能因素F”作為衡量氣體動(dòng)壓大小的指標(biāo)。F動(dòng)能因素；U0氣體通過(guò)浮閥時(shí)的速度；V氣體的密度。通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到： F=56時(shí)，為閥孔的泄漏極限。 F=912時(shí)，閥孔

9、剛剛?cè)_(kāi)。 F=817時(shí)，屬正常操作范圍。 F=1820時(shí)，達(dá)到最大負(fù)荷。設(shè)計(jì)時(shí)，取F=912范圍內(nèi)來(lái)求取閥孔氣速 則浮閥數(shù)目可利用下式求?。呵笏愠龈￠y數(shù)后，再根據(jù)實(shí)際情況作圖計(jì)算，加以圓整或調(diào)整為實(shí)際浮閥數(shù)。（但要使動(dòng)能因素在9-12范圍內(nèi)。）一般：常壓塔 加壓塔 減壓塔 浮閥的布置和排列 浮閥在塔板鼓泡區(qū)域內(nèi)的排列有正三角形和等腰三角形兩種排列方式。按照閥孔中心聯(lián)線與液流方向的關(guān)糸，又有順排和叉排之分。叉排時(shí)氣、液接觸效果較好，故在一般情況下都采用叉排方式。對(duì)于整塊式塔板而言，都采用正三角形叉排，其孔心距t=75125mm。對(duì)于分塊式塔板而言，采用等腰三角形叉排較多，同一橫排的閥孔中心距一

10、般為75mm 左右，相鄰兩排間的間距可取締65-100mm左右。開(kāi)孔率：一般要求在14%左右。 開(kāi)孔率：閥孔總截面積與塔的截面積之比。浮閥在塔板上的排列方式等腰三角形：行距固定t,列寬h，65、70、80、90、100、110mm等邊三角形:孔間距t,75、100、125、150mm順排叉排5、溢流管中液體的停留時(shí)間 為了保證氣相夾帶不致超過(guò)允許的程度，降液管內(nèi)液體的停留時(shí)間不應(yīng)小于35s。以防“淹塔”。若不滿足，可調(diào)節(jié)H。（四）、浮閥塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算 塔板上的流體力學(xué)驗(yàn)算，目的在于核算上述各項(xiàng)工藝尺寸已經(jīng)確定的塔板，在設(shè)計(jì)任務(wù)規(guī)定的氣、液負(fù)荷下能否正常操作。其中包括：塔板壓降、液泛、夾帶、

11、漏液、液面落差等項(xiàng)的驗(yàn)算。（浮閥塔的液面落差一般較小，可以忽略） 1、塔板壓降通過(guò)一層塔板時(shí)的壓降hC（干板阻力）克服板上液層所產(chǎn)生的壓降克服液體表面張力的壓力降 h即 = hC+ hL+ h一般都很小，可以忽略。 一般浮閥塔的常壓和加壓塔：減壓塔：水柱。水柱。2、液泛驗(yàn)算（夾帶液泛和溢流液泛）Hd2112氣體通過(guò)塔板時(shí)的阻力 板上液層厚度。 液體通過(guò)降液管時(shí)的阻力損失。（無(wú)進(jìn)口堰）。 （有進(jìn)口堰）。 降液管底隙高度。實(shí)際降液管中或多或少要存在有一些氣泡，由于氣泡的存在，溢流管中有可能液體會(huì)滿至上一層塔板，以產(chǎn)生液泛現(xiàn)象。為了防止液泛現(xiàn)象的產(chǎn)生，降液管應(yīng)有一個(gè)足夠的高度。為糸數(shù)。一般發(fā)泡嚴(yán)重,

12、不易發(fā)泡。3、霧沫夾帶驗(yàn)算(液沫夾帶和氣沫夾帶) 由于過(guò)多的霧沫夾帶將會(huì)導(dǎo)致塔板效率嚴(yán)重下降，為了保證塔板能維持正常的操作效果。控制每千克上升蒸汽夾帶到上一層塔板的液體量不超過(guò)千克。其主要影響因素為：空塔氣速和板間距。在設(shè)計(jì)時(shí)間接地用“泛點(diǎn)率”來(lái)驗(yàn)算。即操作時(shí)的空塔氣速與發(fā)生液泛時(shí)的空塔氣速的比值。板上液層流經(jīng)長(zhǎng)度 板上液流面積。 塔截面積；降液管的面積（溢流面積）。泛點(diǎn)負(fù)荷糸數(shù)?？筛鶕?jù)有關(guān)圖表查取。K物性糸數(shù)。也可根據(jù)有關(guān)圖表查取。常壓塔負(fù)壓塔 小塔 4.漏液，F(xiàn)=5時(shí)所對(duì)應(yīng)的氣速為漏液點(diǎn)的氣速。校核漏液的穩(wěn)定系數(shù)符合要求。對(duì)于浮閥塔，當(dāng)將F=5代入求出漏液點(diǎn)的氣速.（五）、塔的負(fù)荷性能圖1

13、、霧沫夾帶上限線表示出VL的函數(shù)關(guān)糸式，作出曲線“1”。 2、液泛線 表示了降液管內(nèi)泡沫層高度達(dá)到最大允許值，即： 繪出VL之間的關(guān)糸。 以無(wú)進(jìn)口堰為例： 換算成VL的關(guān)糸，繪出液泛線“2”。3、液相負(fù)荷上限線 表示液體在降液管內(nèi)的仃留時(shí)間不小于35（S）時(shí)板上最大液體流量，超過(guò)此線就會(huì)產(chǎn)生液泛現(xiàn)象。板效率就會(huì)大大降低。 取5（s）算出L為一條垂直線。 即為液相負(fù)荷上限線“3”。 4、液相負(fù)荷下限線表示了堰上液層高度時(shí)的最小液體流量。 算出即為L(zhǎng)=為一條垂直線“5”。即為液相負(fù)荷下限線。 5、氣相負(fù)荷下限線 表示不發(fā)生嚴(yán)重漏液現(xiàn)象時(shí)的最低氣體負(fù)荷。是一條平行于橫軸的直線。F=56時(shí)，泄漏量接近

14、于是10%，作為確定氣相負(fù)荷下限線的依據(jù)。=5， 算出 算出V。一條平行線“4”。（六)塔的負(fù)荷性能圖1為漏液線,表示塔板嚴(yán)重漏液時(shí)的最小氣體流量.2為過(guò)量液沫夾帶線,表示液沫夾帶量為千克/千克時(shí)的氣液流量關(guān)系.3為液相負(fù)荷下限線,表示堰上堰高為最小時(shí)的液相流量.4為液相負(fù)荷上限線，若液量超過(guò)此上限，液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間過(guò)短，液流中的氣泡夾帶現(xiàn)象大量發(fā)生，以致出現(xiàn)溢流液泛。5為溢流液泛線，可根據(jù)溢流液泛的產(chǎn)生條件確定，若氣液負(fù)荷位于此線上方，塔內(nèi)將出現(xiàn)溢流液泛；1、負(fù)荷性能圖操作彈性：上、下限操作極限的氣體流量之比稱為塔板的操作彈性，操作彈性越大的塔越好，一般要求大于34。2、操作彈性 3、幾點(diǎn)說(shuō)明板型不同，負(fù)荷性能圖中所包括的邊界線也有所不同。同一板