蒸餾和吸附塔設(shè)備

蒸餾和吸附塔設(shè)備第一頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日3-1-1塔板類(lèi)型

逆流塔板，少用錯(cuò)流塔板，常用

錯(cuò)流塔板主要形式有：生產(chǎn)能力小氣流阻力大一、泡罩塔板操作彈性大結(jié)構(gòu)復(fù)雜

生產(chǎn)能力大氣流阻力小二、

篩板操作彈性小結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單

第二頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日三、

浮閥塔板

F1型，適用普通系統(tǒng)1．類(lèi)型V-4型，適用減壓系統(tǒng)

T型，適用含顆?；蛞拙酆系奈锪?/p>

生產(chǎn)能力大，開(kāi)孔率大、>泡罩20~40%、篩板塔操作彈性大，閥片可以自由升降以適應(yīng)氣量的變化塔板效率高，平吹、接觸時(shí)間長(zhǎng)、霧沫夾帶少2．優(yōu)點(diǎn)氣流阻力小，開(kāi)孔大液面落差小，液流阻力小造價(jià)適中，約等于60~80%泡罩、120~130%篩板

四、

噴射型塔板生產(chǎn)能力大，開(kāi)孔率大、可用較高的空塔氣速氣流阻力小，液層較薄1．舌形塔板落差小、無(wú)返混、霧沫夾帶小，水平分力操作彈性小，氣流截面積固定氣相夾帶嚴(yán)重，斜吹第三頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日2．浮舌塔板操作彈性大氣流阻力小效率較高，介于浮閥與舌形之間3.斜孔塔板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壓降低

第四頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日3-1-2板式塔的流體力學(xué)性能

評(píng)價(jià)塔設(shè)備的性能指標(biāo)為：生產(chǎn)能力塔板效率設(shè)備性能操作彈性塔板壓力降

塔的操作能否正常進(jìn)行，與塔內(nèi)的氣液兩相的流體力學(xué)狀況有關(guān)：塔板壓力降液泛流體力學(xué)性能霧沫夾帶漏液液面落差一、

塔板壓降總阻力=干板阻力+液層靜壓力+表面張力在較高板效率前提下，力求減小塔板壓力降

二、

液泛：氣液量大到使全塔液體相連三、

霧沫夾帶氣流將液體從下層板帶入上層板第五頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日四、

漏液：液體從升氣孔流下，要求〈10%

氣速太小，或液面落差引起氣流分布不均塔板入口處往往上漏液，設(shè)安定區(qū)

五、

液面落差：液體克服板面阻力形成位差六、

負(fù)荷性能圖：各種極限條件下Vs-Ls關(guān)系曲線組成的圖

1．霧沫夾帶線（氣相負(fù)荷上限線）

2．液泛線

3．液相負(fù)荷上限線（降液管超負(fù)荷線，氣泡夾帶線）

4．漏液線（氣相負(fù)荷下限線）

5．液相負(fù)荷下限線操作彈性-——兩極限的氣量之比第六頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日3-1-3浮閥塔設(shè)計(jì)

一、

浮閥塔工藝尺寸的計(jì)算（工藝設(shè)計(jì)）1．塔高-式中Z--—塔高，m；

NT—理論板層數(shù)；

ET—總板效率；

HT—塔板間距，m。取整數(shù)

HTD，表3-2（經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)）易起泡、負(fù)荷波動(dòng)大時(shí)，應(yīng)H-T2．塔徑

式中D—塔徑，m；VS—?dú)怏w流量，m3/s；u—空塔氣速，m/s。關(guān)鍵在于確定適宜的空塔氣速u(mài)。第七頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日式中d-—液滴的直徑，m。由凈重力與摩擦阻力的平衡，得整理，得式中umax—極限空塔氣速，m/s；

—負(fù)荷系數(shù)，

第八頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D中Vh、Lh-—?dú)?、液兩相的體積流量，m3/h；

V、L—?dú)?、液兩相的密度，kg/m3；

hL—板上液層高度，m；

—液氣動(dòng)能參數(shù)校正負(fù)荷系數(shù)式中—操作物系的液體表面張力，mN/m。求出塔徑后還需園整，之后還要進(jìn)行流體力學(xué)核算。

3．溢流裝置溢流堰溢流裝置園形，一般用于小塔降液管弓形，常用

U型流，一般用于小塔單溢流，D<2.2m液流型式雙溢流，D>2m

階梯流，D>3m第九頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日(1)

出口堰（溢流堰），單溢流堰長(zhǎng)，雙溢流式中hL--—板上液層高度，m；

hw-—堰高，m；

how—堰上液層高度，m。

<6mm，采用齒形堰

>6mm，單溢流

>60mm，雙溢流平直堰：式中Lh-—塔內(nèi)液體流量，m3/h。

E—液流收縮系數(shù)，見(jiàn)圖3-11當(dāng)E=1時(shí)，可用列線圖3-12求hOW。齒形堰：一般齒深hn<15mm當(dāng)液層高度不超過(guò)齒頂時(shí)，

第十頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日當(dāng)液層高度超過(guò)齒頂時(shí)（要試差）對(duì)常壓塔，則堰高一般：(1)

弓形降液管的寬度和截面積從圖3-13據(jù)可求出Wd和Af，求出Af之后，應(yīng)驗(yàn)算停留時(shí)間：

(2)

降液管底隙高度既要液體阻力小，又要?dú)怏w不短路一般

式中—液體通過(guò)降液管底隙時(shí)的流速，m/s。經(jīng)驗(yàn)值：或

第十一頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日

25~30mm，小塔

40mm，大塔

150mm，最大(1)

進(jìn)口堰及受液盤(pán)進(jìn)口堰可以保證降液管的液封，并使塔板上液體分布均勻，但占用塔面，易使沉淀物淤積，故多數(shù)不采用。當(dāng)時(shí)，；

時(shí)，，保證液封，避免短路。進(jìn)口堰與降液管的水平距離h1≥ho。800以上的塔，多采用受液盤(pán)，這種結(jié)構(gòu)便于側(cè)線抽液體，低液流時(shí)液封良好，具有改變液體流向的緩沖作用，一般深度>50mm。

4．塔板布置塔板可分為：整塊式，D800mm

分塊式，D≥900mm塔板面積分區(qū)：鼓泡區(qū)，有效傳質(zhì)區(qū)溢流區(qū)，降液管（及受液盤(pán)）所占區(qū)域破沫區(qū)（安定區(qū)），進(jìn)口防漏液，出口防汽泡夾帶

第十二頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日

60~75mm，D<1.5m

80~110mm，D>1.5m

無(wú)效區(qū)（邊緣區(qū)），支承塔板

30~50mm,小塔

50~75mm,大塔5．浮閥的數(shù)目與排列浮閥塔的操作性能可采用由氣體通過(guò)閥孔時(shí)速度與密度組成的“動(dòng)能因子”來(lái)衡量，其定義式為

式中F0—?dú)怏w通過(guò)閥孔時(shí)的動(dòng)能因數(shù)；

u0-—?dú)怏w通過(guò)閥孔時(shí)的速度，m/s；V

—?dú)怏w密度，kg/m3。對(duì)于F1型浮閥，F(xiàn)0=9~12，選定F0，后求uo：

再求閥孔數(shù)N

式中d0—閥孔直徑，do=0.039m浮閥在塔板鼓泡區(qū)內(nèi)的排列有正三角形和等腰三角形兩種形式，按照閥孔中心聯(lián)線與液流方向的關(guān)系，又有順排與叉排之分。

第十三頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日（等邊三角形）

（等腰三角形）式中t—同一排孔心距，m；

—相鄰兩排孔心距，m；d0—閥孔直徑，m；A0—閥孔總面積，，m2；Aa—鼓泡區(qū)面積，m2；N—閥孔總數(shù)。而式中，m；，m；

—以角度數(shù)表示的反三角函數(shù)值。

二、

浮閥塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算1．氣體通過(guò)浮閥塔板的壓力降氣體通過(guò)一層浮閥塔板時(shí)的壓力降應(yīng)為：

第十四頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日式中pp—塔板壓力降，Pa；pc—平板壓力降，Pa；pl—液層壓力降，Pa；p—克服表面張力的壓力降，Pa?；?/p>

(1)

平板阻力，閥全開(kāi)前(u0≤u0c)對(duì)F1型閥，，閥全開(kāi)后(u0≥u0c)式中u0c—臨界孔速，即板上所有閥剛好全部開(kāi)啟時(shí)的孔速，m/s；

u0—閥孔氣速，m/s；L—液體密度，kg/m3；V—?dú)怏w密度，kg/m3。先聯(lián)立求解臨界孔速u(mài)0c，即令：將g=9.81m/s2代入，解得：第十五頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日(1)

板上充氣液層阻力（經(jīng)驗(yàn)公式）式中hL—液層高度，m；0—充氣因數(shù)水0.50=油0.2~0.35

碳?xì)浠衔?.4~0.5(2)

液體表面張力所造成的阻力（很小，可忽略）式中—液體的表面張力，N/m；h—浮閥的開(kāi)度，m。

265~530Pa，常壓和加壓塔一般：pp=200Pa，減壓塔2．液泛式中Hd—降液管內(nèi)的清液層高度，m；

hp—塔板壓力降相當(dāng)?shù)囊褐叨?，m；

hL—板上液層高度，m；

hd—降液管壓力降相當(dāng)?shù)囊褐叨龋琺。

第十六頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日，無(wú)進(jìn)口堰

，有進(jìn)口堰式中—液體通過(guò)降液管底隙時(shí)的流速，m/s。必須：

0.3~0.4，一般物系式中—校正系數(shù)=0.6~0.7，不易發(fā)泡物系3．霧沫夾帶通常用泛點(diǎn)率—操作空塔氣速與液泛空塔氣速之比來(lái)估算霧沫夾帶的大小。

80%，大塔泛點(diǎn)率<70%，D<0.9m的塔時(shí)可以保證

75%，減壓塔而或式中：ZL—板上液流長(zhǎng)度，對(duì)單溢流，ZL=D-2Wd；

Ab—板上液流面積，對(duì)單溢流，Ab=AT-2Af；

CF—泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)，見(jiàn)圖3-16；

K—物性系數(shù)，見(jiàn)表3-4。

第十七頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日4．漏液可取動(dòng)能因數(shù)F0=5~6作為控制漏液量的操作下限，此時(shí)漏液量接近10%。5．負(fù)荷性能圖

(1)

霧沫夾帶線

(2)

液泛線

(3)

液相負(fù)荷上限線

(4)

漏液線（F1型閥），

(5)

液相負(fù)荷下限線

第十八頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日3-1-4塔板效率

一、

塔板效率的表示法1．總板效率ET—反應(yīng)平均傳質(zhì)效果式中：NT—塔內(nèi)所需理論板的層數(shù)；

Np—塔內(nèi)實(shí)際板的層數(shù)。2．單板效率EM，又稱為默弗里板效率氣相單板效率液相單板效率由于板上濃度的不均勻性，單板效率有可能超過(guò)100%。3．點(diǎn)效率EO是指塔板上各點(diǎn)的局部效率，y---與x平衡的氣相濃度

第十九頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日二、

塔板效率的估算粘度密度物系性質(zhì)表面張力擴(kuò)散系數(shù)相對(duì)探發(fā)度塔徑板間距影響塔板效率的因素塔板結(jié)構(gòu)堰高開(kāi)孔率溫度壓力操作條件氣速氣液比理論法，(A.I.Ch.E法)，以點(diǎn)效率為基礎(chǔ)。估算方法

經(jīng)驗(yàn)法，以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和工業(yè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)。另一類(lèi)是簡(jiǎn)化的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算法，可采用奧康奈爾關(guān)聯(lián)圖或關(guān)聯(lián)式

第二十頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日

—O’connell關(guān)聯(lián)式式中—平均溫度下的相對(duì)揮發(fā)度L—平均溫度下的液相粘度，mPas。

第二十一頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日第二節(jié)

填料塔

3-2-1填料

一、

填料特性表示填料性能的參數(shù)有：1．比表面積：?jiǎn)挝惑w積填料層的填料表面積，m2/m3。2．空隙率：?jiǎn)挝惑w積填料層的空隙體積，m3/m3。3．填料因子在選擇填料時(shí)，一般要求比表面積及空隙率大，填料的潤(rùn)濕性能好，單位體積填料的質(zhì)量輕，造價(jià)低，并有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。二、

填料類(lèi)型1．拉西環(huán)：外徑與高度相等的園環(huán)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，研究充分溝流、壁流嚴(yán)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(kāi)出方孔。結(jié)構(gòu)復(fù)雜效率高、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。結(jié)構(gòu)復(fù)雜效率高、阻力小、氣量大第二十二頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日4．弧鞍與矩鞍弧鞍：易套疊強(qiáng)度較差矩鞍：不套疊、阻力小5．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(diǎn)，性能優(yōu)于鮑爾環(huán)和矩鞍填料。6．波紋板及波紋網(wǎng)波紋45，反向靠疊，高40~60mm，直徑略小于塔徑。波紋板：陶瓷、塑料、金屬材料波紋網(wǎng)：金屬絲陶瓷，阻力大，耐高溫，耐腐不銹鋼，成本高材料金屬碳鋼，不耐腐塑料潤(rùn)濕性差，不耐高溫第二十三頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日3-2-2填料塔的流體力學(xué)性能

一、

氣體通過(guò)填料層的壓力降可用填料層的△p/z~u關(guān)系圖來(lái)說(shuō)明，下轉(zhuǎn)折點(diǎn)稱為“載點(diǎn)”，上轉(zhuǎn)折點(diǎn)稱為“泛點(diǎn)”，將△p/z~u關(guān)系線分為三個(gè)區(qū)域。1．恒持液量區(qū)持液量：操作時(shí)單位體積填料層內(nèi)持有的液體體積。氣速較低時(shí)，液體的流動(dòng)與氣速無(wú)關(guān)，所以持液量不變。2．載液區(qū)氣速增大到一定時(shí)，氣流開(kāi)始阻礙液體下流，持液量開(kāi)始增加，出現(xiàn)攔液現(xiàn)象，此點(diǎn)為載點(diǎn)。3．液泛區(qū)氣速再增大時(shí)，液相變?yōu)檫B續(xù)相，氣相變?yōu)榉稚⑾啵p膜傳質(zhì)變?yōu)楣呐輦髻|(zhì)，出現(xiàn)液泛現(xiàn)象，此點(diǎn)為泛點(diǎn)。

二、液泛：操作氣速以泛點(diǎn)氣速為參考（基礎(chǔ)），影響泛點(diǎn)氣速的因素很多：1．填料的特性：比表面積、空隙率、幾何形狀對(duì)填料特性的影響，集中表現(xiàn)在填料因子上，填料因子越小，泛點(diǎn)氣速越高。2．流體的物理性質(zhì)L，umax（重力）V，umax（氣阻）L，umax（摩阻）第二十四頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日3．液氣比

，持液量，空隙率，umax。4．?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖，目前廣泛采用?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖來(lái)計(jì)算填料塔的壓強(qiáng)降及泛點(diǎn)氣速。

三、

潤(rùn)濕性能

傳質(zhì)效率與填料的潤(rùn)濕性能密切相關(guān)。實(shí)際操作時(shí)，采用的噴淋密度應(yīng)大于最小噴淋密度。若噴淋密度過(guò)小，可采用增大回流比或采用液體再循環(huán)的方法來(lái)保證填料的潤(rùn)濕性能。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，U，m3/(m2s)。

LW------潤(rùn)濕速率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)單位長(zhǎng)度填料周邊上的液體體積，LW，m3/(ms)。

0.08m3(mh)，75mm的拉西環(huán)及其它填料

0.012m3/(mh)，>75mm的環(huán)形填料

第二十五頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日3-2-3填料塔的計(jì)算

一、

塔徑

然后園整、檢驗(yàn)大于最小噴淋密度。二、

塔高1．傳質(zhì)單元法2．等板高度法等板高度(HETP)：與理論塔板的傳質(zhì)作用相當(dāng)?shù)奶盍蠈痈叨取?/p>

式中G—?dú)庀嗟目账|(zhì)量速度，kg/(m2h)；—相對(duì)揮發(fā)度。第二十六頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日3-2-4填料塔附件

一、

填料支承裝置柵板式升氣管式

二、

液體分布裝置

蓮蓬式溢流管式盤(pán)式篩孔式齒槽式

多孔環(huán)管式

三、

液體再分布裝置截錐形支承板截錐形

四、

除沫裝置：除去出口氣流中的液滴。折流板除沫器旋流板除沫器絲網(wǎng)除沫器此處還有填料壓板或擋網(wǎng)，氣體進(jìn)口裝置第二十七頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日填料塔發(fā)展簡(jiǎn)史

1914年拉西環(huán)的出現(xiàn)使填料塔進(jìn)入了科學(xué)發(fā)展的軌道，至50年代取得了很大的發(fā)展，但由于填料塔的“放大效應(yīng)”，50年代后填料塔進(jìn)入了緩慢發(fā)展時(shí)期，而板式塔應(yīng)運(yùn)而生。70年代由于世界性的能源危機(jī)后，為了節(jié)能，填料塔得到了蓬勃發(fā)展，規(guī)整填料的出現(xiàn)和塔內(nèi)件的改進(jìn)使“放大效應(yīng)”問(wèn)題基本解決。

一、

填料塔的特點(diǎn)

1．生產(chǎn)能力大

2．分離效率高

3．壓力降小

4．操作彈性大

5.持液量小二、

分類(lèi)

散裝填料填料填料塔塔內(nèi)件規(guī)整填料

筒體

第二十八頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日液體分布裝置√填料固定裝置或填料壓緊裝置填料支承裝置塔內(nèi)件液體收集再分布裝置氣體分布裝置√液、氣進(jìn)料裝置整體式，≥800mm

筒體分段式