氣液傳質(zhì)設(shè)備板式塔

氣液傳質(zhì)設(shè)備板式塔第1頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月原油加工費(fèi)中國：26美元/t……保護(hù)、扶持為主的產(chǎn)業(yè)政策中東：14美元/t東南亞：12美元/t關(guān)鍵設(shè)備大型化

規(guī)模效應(yīng)降低能耗、提高設(shè)備效率、減少廢物排放第2頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月裝置大型化同等規(guī)模下，單套精餾裝置比雙套裝置、投資減少24%能耗減少19%比三套裝置投資減少55%能耗減少29%第3頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月塔器大型化我國節(jié)能降耗、提高分離過程水平的戰(zhàn)略決策年產(chǎn)1000萬噸以上的煉油裝置年產(chǎn)100萬噸的乙烯裝置常壓塔直徑>9m減壓塔直徑>13m第4頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月塔器大型化存在的技術(shù)關(guān)鍵（1）液體分布問題填料塔的大型化塔徑與填料直徑比增大填料層的徑向分散系數(shù)減小將初始不良分布轉(zhuǎn)化為自然流分布更困難第5頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月液體分布器液體初始分布影響因素：分離程度、理論技術(shù)、分布質(zhì)量、填料形式及尺寸、液體流率、塔徑、堵塞的可能性、加料狀態(tài)及造價(jià)等等措施：通過流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)代計(jì)算流體力學(xué)技術(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)高性能液體分布器第6頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）氣體分布問題填料塔氣流在填料床內(nèi)自然可以達(dá)到均勻分布×措施：通過計(jì)算流體力學(xué)進(jìn)行模擬計(jì)算、優(yōu)化設(shè)計(jì)第7頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月大型塔器對氣體分布裝置的要求（1）均布性能好（2）流動(dòng)阻力?。?）占塔內(nèi)空間小、高度低（4）能有效防止氣液相互夾帶（5）不易持液、結(jié)焦、堵塞等（6）結(jié)構(gòu)簡單，安裝維修方便第8頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）液面梯度問題液面梯度大

嚴(yán)重影響氣體的均勻流動(dòng)

氣液接觸不充分

塔板效率降低措施：通過氣體的拖曳實(shí)現(xiàn)，利用計(jì)算流體力學(xué)技術(shù)對塔盤結(jié)構(gòu)及浮閥的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化低液面梯度塔盤第9頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）大型內(nèi)構(gòu)件的變形問題塔內(nèi)支撐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對支撐梁的要求：矛盾足夠的強(qiáng)度、剛度和抗變形要求附近氣體橫向和縱向的通透性、流體流動(dòng)的均勻性工字鋼、槽鋼×通透支撐裝置第10頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月熱變形問題材質(zhì)不同和傳熱的影響塔殼體和內(nèi)部構(gòu)件變形不一致集油箱開裂和泄露措施：現(xiàn)代力學(xué)分析技術(shù)第11頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月（5）長周期運(yùn)轉(zhuǎn)問題要求穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間長、可靠性高塔器的特點(diǎn)：不存在備用塔操作周期中不允許檢修液體分布器或填料的堵塞原因：固體物質(zhì)、易聚合物料、腐蝕等第12頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月10．1

板式塔

PlateColumn第13頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月一、概述：1813年已應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)目前用量最大、應(yīng)用范圍最廣的氣液傳質(zhì)設(shè)備第14頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第15頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第16頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月1、板式塔的設(shè)計(jì)意圖：功能：（1）塔板提供氣液兩相充分接觸的場所（接觸面積），減小傳質(zhì)阻力（2）塔內(nèi)整體為逆流流動(dòng)，提供最大的傳質(zhì)推動(dòng)力（3）提供足夠大的氣液兩相通道，保證大通量、低壓降、合適的操作彈性第17頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月2、板式塔的特點(diǎn)：（1）空塔氣速較高，則生產(chǎn)能力大（2）塔板效率穩(wěn)定，操作彈性大（3）造價(jià)低、檢修、清洗方便第18頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月3、塔板的構(gòu)造：以篩孔塔板為例（1）篩孔Sieve作用：提供氣體上升的通道各類塔板的主要區(qū)別在于氣體通道的差別第19頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）溢流堰weir：作用：使塔板上保持一定厚度的流動(dòng)液層高：hw，長：lw第20頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）降液管Downcomer作用：液體從上層塔板流至下層塔板的通道降液管底部留有底隙ho液封：ho<hw第21頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月形狀：弓形：工業(yè)上使用最多，流量大為提高塔板上開孔區(qū)面積，降液管底部適當(dāng)收縮，以減少受液盤面積☆第22頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月圓形和矩形等：

適于流量小，如實(shí)驗(yàn)裝置第23頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月二、篩板上的氣液接觸狀態(tài)第24頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月1、鼓泡接觸狀態(tài)：氣速較低時(shí)液體：連續(xù)相，氣體：分散相兩相接觸面積：氣泡表面，小以液體為主，氣泡所占比例較小傳質(zhì)效率很低第25頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月2、蜂窩狀接觸狀態(tài)：當(dāng)氣泡形成速度大于氣泡浮升速度時(shí)氣泡在液層內(nèi)積累，繼而形成多面體的大氣泡，不易破裂，表面得不到更新不利于傳熱和傳質(zhì)第26頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月3、泡沫接觸狀態(tài)：氣泡數(shù)量隨氣速增加而急劇增加直徑較小、擾動(dòng)十分劇烈的動(dòng)態(tài)泡沫不斷發(fā)生碰撞和破裂，導(dǎo)致兩相接觸面積：不斷更新的液膜表面表面積大板上清液層基本消失利于兩相傳熱與傳質(zhì)使用最多第27頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月前三種狀態(tài)：液體：連續(xù)相氣體：分散相第28頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月4、噴射接觸狀態(tài)：氣速進(jìn)一步提高高速氣體從孔中把板上液相分散高度湍動(dòng)的液滴群泡沫狀→噴射狀；液相：連續(xù)相→分散相兩相間傳質(zhì)面：液滴群表面由于液體橫向流經(jīng)塔板時(shí)將多次分散和凝聚，表面不斷更新工業(yè)塔板上另一重要的氣、液接觸狀態(tài)第29頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)能力大缺點(diǎn)：液沫夾帶較小的則被氣體帶至上層塔板（較大的液滴受重力作用又落回板上）液沫夾帶較多，若控制不好，會(huì)破壞傳質(zhì)過程第30頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月5、乳化狀態(tài)高壓高液流量時(shí)高速液流剪切力下使氣相形成小氣泡均勻分布在液體中形成均勻兩相流體，即乳化態(tài)流體不利于兩相的分離第31頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月三、氣體通過塔板的

阻力損失（或總壓降）DropinPressure第32頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月1、板壓降hf：

上升氣流通過塔板時(shí)需克服一定的阻力構(gòu)成塔板的壓降實(shí)為：塔板阻力第33頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月板壓降的三個(gè)組成：（1）板上充氣液層的靜壓力hl（2）塔板本身的干板壓降hd（即板上各部件所造成的局部阻力）（3）液體的表面張力：很小第34頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月塔板壓降增大對板式塔操作性能的影響優(yōu)點(diǎn)：塔板上氣液兩相接觸時(shí)間隨之增長板效率增大完成同樣的分離任務(wù)所需實(shí)際塔板數(shù)減少設(shè)備費(fèi)用降低缺點(diǎn)：塔釜溫度升高能耗增加，操作費(fèi)用增大對熱敏性物料的分離不利第35頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月故塔板壓降在設(shè)計(jì)中應(yīng)在保證塔板效率較高的前提下原則：力求減小第36頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)學(xué)表達(dá)式：

可通過壓差計(jì)測出第37頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月2、干板壓降hd

：與氣體通過孔板十分相似高度湍流的情況：C0為常數(shù)第38頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月3、液層阻力hl：由三部分組成：克服板上泡沫層的靜壓★形成氣液界面的能量消耗通過液層的摩擦阻力損失第39頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月影響塔板總壓降因素氣量↑→hf↑液量↑→hf↑板結(jié)構(gòu)：開孔率↑→u0↓→hf↓第40頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月低氣速：液層阻力占主要地位高氣速：干板阻力占主要地位但氣速增大，總阻力損失還是增大的板壓降的構(gòu)成：第41頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月四、篩板塔內(nèi)氣液兩相的非理想流動(dòng)第42頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月板式塔上的不利流動(dòng)：空間上的反向流動(dòng)液沫夾帶氣泡夾帶空間上的不均勻流動(dòng)氣體液體第43頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月1、空間上的反向流動(dòng)與主體流動(dòng)方向相反的流動(dòng)包括液體（液沫）和氣體（氣泡）屬返混現(xiàn)象第44頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）液沫夾帶（或霧沫夾帶）

Entrainment現(xiàn)象：液滴被上升的氣體夾帶至上層塔板危害：將下層濃度低的液體帶到上層板使塔板的提濃作用變差第45頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月產(chǎn)生液沫夾帶的原因（機(jī)理）：氣速過大&板間距HT過小小液滴：氣流的裹挾，與HT無關(guān)大液滴★：液滴形成的彈濺作用和HT有關(guān)：？第46頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月液沫夾帶的表示方法：eV1kmol或kg干氣體所夾帶的液體量單位：夾帶液體kmol（或kg）/1kmol（或kg）干氣體e’每層塔板單位時(shí)間被氣體夾帶的液體量kmol（或kg）Ψ

被夾帶的液體量占流經(jīng)塔板總液體量的分率第47頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）氣泡夾帶現(xiàn)象：液體在降液管中的停留時(shí)間太短氣泡被卷入下層塔板第48頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月危害：對傳質(zhì)危害不大：量小主要降低降液管的通過能力嚴(yán)重時(shí)，會(huì)破壞塔的正常操作？第49頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月措施：設(shè)置出口安定區(qū)靠近溢流堰一狹長不開孔區(qū)域第50頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月降液管面積或溢流堰長度的確定保證液體在降液管中有足夠的停留時(shí)間第51頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月2、空間上的不均勻流動(dòng)氣、液流速的不均勻性造成傳質(zhì)推動(dòng)力下降第52頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）氣體通過塔板的不均勻性塔板上的液面落差：塔板進(jìn)、出口側(cè)的清液高度差表示：Δ第53頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月為克服板上摩擦阻力和板上部件（如泡罩、浮閥）的局部阻力需要一定的液位差第54頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月塔板入口處：液層阻力？氣速？氣量？塔板出口處：液層阻力？氣速？氣量?第55頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月影響因素：結(jié)構(gòu)：泡罩Δ較大，篩板Δ較小D和L愈大，Δ也較大措施：對D大的塔，采用雙溢流或階梯溢流的形式來減小Δ第56頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第57頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月Δ值可忽略不計(jì)的情況：篩板塔因塔板上沒有阻礙液流的阻礙物液面落差Δ值很小第58頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）液體沿塔板流動(dòng)的不均勻性現(xiàn)象：液流在塔板上流徑分配的不均勻性塔板中央：行程短而平直，流速大塔板邊緣：行程長而彎曲，又受塔壁的影響，流速低，阻力大使液體在塔板上停留時(shí)間分布不均勻第59頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第60頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月原因：液體流量液流量過低，使流速過低措施：可用齒形堰或折流型塔板第61頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月五、板式塔的不正常操作現(xiàn)象：第62頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月包括：夾帶液泛、溢流液泛和嚴(yán)重漏液可使塔板效率降低甚至使操作無法進(jìn)行第63頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月1、液泛定義：液體進(jìn)塔量大于出塔量結(jié)果使塔內(nèi)不斷積液直至塔內(nèi)充滿液體破壞塔內(nèi)正常操作包括夾帶液泛、溢流液泛第64頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）夾帶液泛由液沫夾帶引起氣速過大第65頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月液泛氣速uF：影響因素板間距：HT↑→uF↑液量：VL↑→uF↓物性：易發(fā)泡，uF↓適宜氣速：u=(0.7-0.8)uF液泛分率：u/uF第66頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）溢流液泛（降液管液泛）：由于降液管通過液體能力不夠而引起—液量過大當(dāng)降液管內(nèi)液體不能順利下流管內(nèi)液體必然積累當(dāng)管內(nèi)液位增高而越過溢流堰頂部時(shí)兩板間液體相連，塔板產(chǎn)生積液，并依次上升，最終導(dǎo)致塔內(nèi)充滿液體第67頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月影響液泛的因素：（1）氣液兩相的流量：對一定的液體流量，氣速過大會(huì)形成