蒸馏及吸收塔设备

1、1第第3章章 蒸馏和吸收塔设备蒸馏和吸收塔设备22 2）在塔内气、液两相具有最大限度的接近）在塔内气、液两相具有最大限度的接近逆流逆流，以提供最大的传质推动力。以提供最大的传质推动力。1.塔设备的基本功能和性能评价指标塔设备的基本功能和性能评价指标塔设备应该满足的两条基本功能：塔设备应该满足的两条基本功能：1 1）使气、液两相）使气、液两相充分接触充分接触，适当湍动，以提供尽，适当湍动，以提供尽可能大的传质面积和传质系数，接触后的两相又可能大的传质面积和传质系数，接触后的两相又能能及时分离及时分离；3通量通量单位塔截面的生产能力，表征塔设备的单位塔截面的生产能力，表征塔设备的处理能力和允许的空

2、塔气速；处理能力和允许的空塔气速；塔设备的性能评价指标：塔设备的性能评价指标：分离效率分离效率单位压降塔的分离效果，对板式塔单位压降塔的分离效果，对板式塔以板效率表示，对填料塔以等板高度表示；以板效率表示，对填料塔以等板高度表示；适应能力适应能力操作弹性，表现为对物料的适应性操作弹性，表现为对物料的适应性及对负荷波动的适应性；及对负荷波动的适应性；还应满足流动阻力低、结构简单、金属耗量少、还应满足流动阻力低、结构简单、金属耗量少、造价低、易于操作控制等要求。造价低、易于操作控制等要求。4板式塔板式塔：逐级接触式，内装塔板，气液传质在板上：逐级接触式，内装塔板，气液传质在板上 液层空间内进行；液

3、层空间内进行；填料塔填料塔：连续接触式，内装填料，气液传质在填料：连续接触式，内装填料，气液传质在填料 润湿表面进行。润湿表面进行。2.塔设备的类型塔设备的类型根据塔内气、液构件的结构形式根据塔内气、液构件的结构形式板式塔板式塔填料塔填料塔根据塔内气、液的接触方式根据塔内气、液的接触方式逐级（逐板）接触式逐级（逐板）接触式微分（连续）接触式微分（连续）接触式53.2 板式塔板式塔 板式塔为逐级接触式气液板式塔为逐级接触式气液传质设备，它主要由圆柱形壳传质设备，它主要由圆柱形壳体、塔板、溢流堰、受液盘及体、塔板、溢流堰、受液盘及降液管等部件构成。降液管等部件构成。 板式塔的空塔速度较高，板式塔的

4、空塔速度较高，因而生产能力较大，塔板效因而生产能力较大，塔板效率稳定，操作弹性大，且造率稳定，操作弹性大，且造价低，检修、清洗方便，故价低，检修、清洗方便，故工业上应用较为广泛。工业上应用较为广泛。板式塔板式塔溶剂溶剂气体气体63.2.1 塔板类型塔板类型 塔内气、液两相成错流流塔内气、液两相成错流流动，既液体溢流横向流过塔板，动，既液体溢流横向流过塔板，而气体垂直穿过液层，但对整而气体垂直穿过液层，但对整个塔来说，两相基本上成逆流个塔来说，两相基本上成逆流流动。流动。 错流塔板应用很广，按塔板具体结构形式可分错流塔板应用很广，按塔板具体结构形式可分为：泡罩塔板、筛孔塔板、浮阀塔板、舌形塔板等

5、。为：泡罩塔板、筛孔塔板、浮阀塔板、舌形塔板等。液液相相降液管降液管堰堰气相气相错流塔板（溢流塔板）：错流塔板（溢流塔板）：按照塔内按照塔内气、液流动的方式气、液流动的方式错流塔板错流塔板逆流塔板逆流塔板7 有溢流塔板有溢流塔板降液管降液管平顶型平顶型溢流堰溢流堰受液区受液区开孔区开孔区错流塔板：错流塔板： 齿形堰齿形堰平顶堰平顶堰 溢流堰溢流堰降液管降液管溢流装置溢流装置8 塔板上不设降液管，气、液两相同时由塔板塔板上不设降液管，气、液两相同时由塔板上的孔道或缝隙逆向穿流而过，板上液层高度靠上的孔道或缝隙逆向穿流而过，板上液层高度靠气体速度维持。气体速度维持。优点：优点：塔板结构简单，板上无

6、液面差，板面充分塔板结构简单，板上无液面差，板面充分 利用，生产能力较大；利用，生产能力较大；缺点：缺点：操作弹性及板效率不及错操作弹性及板效率不及错 流塔板。流塔板。 与错塔板相比，逆流塔板与错塔板相比，逆流塔板应用范围小得多，常见的有栅应用范围小得多，常见的有栅板、降淋筛板等。板、降淋筛板等。液相液相气相气相逆流塔板（穿流塔板）：逆流塔板（穿流塔板）：9结构特点结构特点：升起管：升起管 泡罩泡罩 大孔大孔1.泡罩塔板泡罩塔板10优点：优点：弹性大、操作稳定可靠。弹性大、操作稳定可靠。缺点：缺点：结构复杂，制造成本高，压降大，故生结构复杂，制造成本高，压降大，故生产能力较小。产能力较小。1.

7、泡罩塔板泡罩塔板113.浮阀塔板浮阀塔板结构特点：结构特点：大孔，有大孔，有活动部件活动部件12优点：优点：生产能力大，比泡罩塔版高生产能力大，比泡罩塔版高20%40%；压降小；压降小；弹性大；弹性大；结构简单；结构简单；效率相对较高效率相对较高缺点缺点:处理易结焦、高粘度的物料时，阀片易与塔处理易结焦、高粘度的物料时，阀片易与塔板粘结；在操作过程中有时会发生阀片脱落或卡板粘结；在操作过程中有时会发生阀片脱落或卡死等现象，使塔板效率和操作弹性下降。死等现象，使塔板效率和操作弹性下降。 3.浮阀塔板浮阀塔板13阀型：阀型：F1型、型、V型、型、T型、型、A型型 各种浮阀各种浮阀14降降液液管管受

8、受液液盘盘结构特点：结构特点：筛孔均匀分布，孔径一般筛孔均匀分布，孔径一般38mm2.筛板筛板15降降液液管管受受液液盘盘优点优点：结构简：结构简单、造价低廉，单、造价低廉，气体压降低，气体压降低，板上液面落差板上液面落差小，生产能力小，生产能力及板效率高。及板效率高。缺点：缺点：是操作是操作弹性小，筛孔弹性小，筛孔小时易堵塞。小时易堵塞。2.筛板筛板16美国美国Celanese公司于公司于1949年对筛板塔进行了大量研年对筛板塔进行了大量研究。其中究。其中Mayfield等人的研究结论表明，过去由于等人的研究结论表明，过去由于对筛板塔操作性能掌握得不充分，设计不佳，致使对筛板塔操作性能掌握得

9、不充分，设计不佳，致使筛板塔不易稳定操作，只要筛板塔设计合理，操作筛板塔不易稳定操作，只要筛板塔设计合理，操作得当，筛板塔不仅可稳定操作，而且操作弹性可达得当，筛板塔不仅可稳定操作，而且操作弹性可达23，能满足生产要求。在对筛板塔作出改进后，能满足生产要求。在对筛板塔作出改进后，自廿世纪五十年代至今，筛板塔一直是世界各国广自廿世纪五十年代至今，筛板塔一直是世界各国广泛应用的塔型。泛应用的塔型。 筛板塔比起泡罩塔，生产能力可增大筛板塔比起泡罩塔，生产能力可增大10%15%，板效率约提高板效率约提高15%，单板压降可降低，单板压降可降低30%左右，造左右，造价可降低价可降低20%50%。 2.筛板

10、筛板17三种塔板的比较三种塔板的比较: : 生产能力：生产能力： 筛板筛板浮阀塔板浮阀塔板泡罩塔板；泡罩塔板；压降：压降： 泡罩塔板泡罩塔板浮阀塔板浮阀塔板筛板；筛板；操作弹性：操作弹性： 浮阀塔板浮阀塔板泡罩塔板泡罩塔板筛板；筛板；造价：造价： 泡罩塔板泡罩塔板浮阀塔板浮阀塔板筛板；筛板；板效率：板效率： 浮阀塔板、筛板相当浮阀塔板、筛板相当 泡罩塔板。泡罩塔板。184.喷射型塔板喷射型塔板1）舌形塔板）舌形塔板l 气液并流避免了返混，液面落差小；气液并流避免了返混，液面落差小；l 塔板上液层较低，塔板压降较小；塔板上液层较低，塔板压降较小；l 液沫夹带量较小，生产能力大。液沫夹带量较小，生

11、产能力大。50R25气相气相 =20l 张角固定，在气量较小时，经舌孔喷射的气速张角固定，在气量较小时，经舌孔喷射的气速低，塔板漏液严重，操作弹性小。低，塔板漏液严重，操作弹性小。l 如液层太薄，板效率降低。如液层太薄，板效率降低。 优点：优点：缺点：缺点：19特点特点：操作弹性大、压强降小、结构简单、效率高。：操作弹性大、压强降小、结构简单、效率高。19R20R1683731o202）浮舌塔板）浮舌塔板203）斜孔塔板）斜孔塔板l 斜孔的开口方向与液流垂直且相邻两排开孔方斜孔的开口方向与液流垂直且相邻两排开孔方向相反，既保留了气体水平喷出、气液高度湍动向相反，既保留了气体水平喷出、气液高度湍

12、动的优点，又避免了液体连续加速，可维持板上均的优点，又避免了液体连续加速，可维持板上均匀的低液面，从而既能获得大的生产能力，又能匀的低液面，从而既能获得大的生产能力，又能达到好的传质效果。达到好的传质效果。 降液管a 斜孔结构b 塔板布置受液区导向孔213.2.2 板式塔的流体力学性能板式塔的流体力学性能板式塔的流体性能包括：板式塔的流体性能包括： 塔板压降、液泛、雾沫夹带、漏液及液面落差塔板压降、液泛、雾沫夹带、漏液及液面落差等。等。1.塔板上气液两相的接触状态塔板上气液两相的接触状态 鼓泡状态 喷射状态 泡沫状态 22l 塔板压降是影响板式塔操作特性的重要因素塔板压降是影响板式塔操作特性的

13、重要因素l塔板压降增大，一方面塔板上气液两相的接触塔板压降增大，一方面塔板上气液两相的接触时间随之延长，板效率升高，完成同样的分离任时间随之延长，板效率升高，完成同样的分离任务所需实际塔板数减少，设备费降低；务所需实际塔板数减少，设备费降低；l另一方面，塔釜温度随之升高，能耗增加，操另一方面，塔釜温度随之升高，能耗增加，操作费增大，若分离热敏性物系时易造成物料的分作费增大，若分离热敏性物系时易造成物料的分解或结焦。解或结焦。l因此，进行塔板设计时，应综合考虑，在保证因此，进行塔板设计时，应综合考虑，在保证较高效率的前提下，力求减小塔板压降，以降低较高效率的前提下，力求减小塔板压降，以降低能耗和

14、改善塔的操作。能耗和改善塔的操作。2.塔板压降塔板压降23（1）干板阻力）干板阻力（2）充气液层的静压强）充气液层的静压强（3）液体的表面张力）液体的表面张力总压降由三部分构成总压降由三部分构成:气量气量塔板压降塔板压降液量液量塔板压降塔板压降板结构：开孔率板结构：开孔率u0 塔板压降塔板压降影响因素影响因素2.塔板压降塔板压降有效长度泡沫hlhfhowHTh0243.雾沫夹带和气泡夹带雾沫夹带和气泡夹带控制雾沫夹带量控制雾沫夹带量 eV0.1kg(液液)/kg(气气)空塔气速空塔气速 雾沫夹带量雾沫夹带量板间距板间距HT 雾沫夹带量雾沫夹带量主要影响因素主要影响因素雾沫夹带：雾沫夹带：上升气

15、流穿过塔板上液层时，将板上上升气流穿过塔板上液层时，将板上液体带入上层塔板的现象称为雾沫夹带。液体带入上层塔板的现象称为雾沫夹带。25气泡夹带：气泡夹带：液体在降液管中停留时间过短，气泡液体在降液管中停留时间过短，气泡来不及解脱，而被液体卷入下层塔板。来不及解脱，而被液体卷入下层塔板。l 液沫夹带是液体的返混，气泡夹带是气体的返液沫夹带是液体的返混，气泡夹带是气体的返混，均对传质不利。混，均对传质不利。l 与液沫夹带相比，气泡夹带量很小，对传质影与液沫夹带相比，气泡夹带量很小，对传质影响不大，但它降低了降液管的通过能力，严重时响不大，但它降低了降液管的通过能力，严重时可诱发液泛，完全破坏塔的正

16、常操作。可诱发液泛，完全破坏塔的正常操作。液沫夹带和气泡夹带是不可避免的，但夹带量必液沫夹带和气泡夹带是不可避免的，但夹带量必需严格地控制在最大允许值范围内。需严格地控制在最大允许值范围内。 后果：后果：3.雾沫夹带和气泡夹带雾沫夹带和气泡夹带26定义：定义：塔内液体不能顺畅逐板流下，持液量增多，气塔内液体不能顺畅逐板流下，持液量增多，气相空间变小，大量液体随气体从塔顶溢出，也称为相空间变小，大量液体随气体从塔顶溢出，也称为淹塔。淹塔。4.液泛液泛1）夹带液泛）夹带液泛原因：原因：由液沫夹带引塔内液体不能顺畅逐板流下，持液由液沫夹带引塔内液体不能顺畅逐板流下，持液量增多，气相空间变小，大量液体

17、随气体从塔顶溢出。量增多，气相空间变小，大量液体随气体从塔顶溢出。 气速过大气速过大。Hdhf+ h HTh0howhw274.液泛液泛1）夹带液泛）夹带液泛l 与板间距与板间距HT有关：有关： HT uFl 与液量有关：与液量有关：VL L uFl 与物系性质有关：易发泡，与物系性质有关：易发泡，uF影响液泛气速影响液泛气速 uF 的因素：的因素：适宜气速：适宜气速：u=(0.7-0.8)=(0.7-0.8)uF u/ /uF泛点率泛点率 液泛气速：液泛气速：发生液泛时的气速。发生液泛时的气速。282）溢流液泛（降液管液泛）溢流液泛（降液管液泛）原因：由降液管通过液体能力不够而引起原因：由降

18、液管通过液体能力不够而引起 液量过大液量过大。4.液泛液泛Hdhf+ hHTh0howhwl 为使液体能由上层塔板为使液体能由上层塔板稳定地流入下层塔板，降稳定地流入下层塔板，降液管内必须维持一定的液液管内必须维持一定的液柱高度；柱高度；l气速一定，液体流量气速一定，液体流量 时，时，Hd ，即塔板具有，即塔板具有自动调节功能。自动调节功能。292）溢流液泛（降液管液泛）溢流液泛（降液管液泛）4.液泛液泛l 若再加大液体流量， Hd 超过溢流堰上缘时，降液管调节功能消失，板上累积液量增加，最终引起溢流液泛l 若气速过高，液体中的气泡夹带加重，降液管内的泡沫层随之增高，也易造成溢流液泛。l 如降

19、液管设计过小或发生部分堵塞,液泛先在该塔板发生，最终导致全塔溢流液泛。Hdhf+ hHTh0howhw30l 夹带液泛与溢流液泛互为诱因，交互影响。过量夹带液泛与溢流液泛互为诱因，交互影响。过量液沫夹带阻塞气体通道，板阻急增，降液管中泡液沫夹带阻塞气体通道，板阻急增，降液管中泡沫层堆积，从而引发溢流液泛。而溢流液泛发生沫层堆积，从而引发溢流液泛。而溢流液泛发生时，塔板上鼓泡层增高，分离空间降低，夹带液时，塔板上鼓泡层增高，分离空间降低，夹带液泛也将随之发生。泛也将随之发生。l 液泛使整个塔不能正常操作，甚至发生严重的设液泛使整个塔不能正常操作，甚至发生严重的设备事故，要特别注意防范。备事故，要

20、特别注意防范。 4.液泛液泛说明：说明：315.漏液漏液定义：定义：部分液体不是横向流过塔板后经降液管流下，部分液体不是横向流过塔板后经降液管流下，而是从阀孔直接漏下。而是从阀孔直接漏下。漏液量达漏液量达10%的气流速度为漏液速度，这是塔操的气流速度为漏液速度，这是塔操作的作的下限气速下限气速。控制漏液量控制漏液量2.0 。载液区载液区高液量高液量低液量低液量FLL=0L1L2u/(m/s)p/z(kpa/m）载点载点泛点泛点图图3-17 填料层的压降图填料层的压降图FL恒持液区恒持液区液泛区液泛区三个区：三个区：液泛区（液泛区（F点以点以上）：上）：u液体在塔内液体在塔内积累而发生液泛，积累

21、而发生液泛，此时的气速称此时的气速称泛点泛点气速气速。 P u 斜斜率急剧增加率急剧增加,使填料使填料塔不能正常操作。塔不能正常操作。712. 气体通过填料层的压强降气体通过填料层的压强降 载液和液泛对传质的影响：载液和液泛对传质的影响：载点载点(L)后，持液量后，持液量 ，气液相互作用，气液相互作用 ，湍动增强，湍动增强 ，传质过程传质过程 ，填料效率，填料效率 ；填料塔的操作一般控制在偏离泛点一定距离的载液区填料塔的操作一般控制在偏离泛点一定距离的载液区内，这样，既可得到较高的传质效率，填料层的压内，这样，既可得到较高的传质效率，填料层的压降也不会过大。降也不会过大。适宜操作应在载点和泛点

22、气速之间：适宜操作应在载点和泛点气速之间： u=(0.60.8)uF723. 液泛液泛 气速达到泛点气速时，发生液泛，液体由连续气速达到泛点气速时，发生液泛，液体由连续相变为分散相，气液接触面积减小，液体被气流大相变为分散相，气液接触面积减小，液体被气流大量带至塔外，塔的操作完全被破坏。量带至塔外，塔的操作完全被破坏。 往往根据泛点气速选定实际气速。往往根据泛点气速选定实际气速。 泛点气速影响因素很多，与填料的特性、流体泛点气速影响因素很多，与填料的特性、流体的物性以及液气比等有关，一般湿填料因子的物性以及液气比等有关，一般湿填料因子值越值越小，气体密度越小，液体的密度越大、粘度越小，小，气体

23、密度越小，液体的密度越大、粘度越小，液气比越小，则泛点气速越大。液气比越小，则泛点气速越大。 73图图-18埃克特通用关联图埃克特通用关联图n 此图显示出压此图显示出压降与泛点、填料降与泛点、填料因子、液汽比等因子、液汽比等参数的关系。参数的关系。n应用：应用：1.求泛点气速求泛点气速2.根据允许压降根据允许压降值计算空塔气速值计算空塔气速或根据空塔气速或根据空塔气速计算压降。计算压降。744.填料的润湿性能和液体喷淋密度填料的润湿性能和液体喷淋密度 填料表面的润湿状况取决于塔内的填料表面的润湿状况取决于塔内的液体喷淋液体喷淋密度密度及填料材质的及填料材质的表面润湿性能表面润湿性能。minmi

24、n)(WLUUmin 最小喷淋密度，最小喷淋密度，m3/（m2s）；）；(LW)min 最小润湿速率，最小润湿速率，m3/（ms）；）； 填料的比表面积，填料的比表面积，m2/m3。 式中式中 润湿速率润湿速率是指在塔的截面上，单位长度的填料是指在塔的截面上，单位长度的填料周边的液体体积流量。周边的液体体积流量。喷淋密度喷淋密度是指单位时间内单位塔截面积上喷是指单位时间内单位塔截面积上喷淋的液体体积。淋的液体体积。75填料塔中液体、气体流动及持液、液泛填料塔中液体、气体流动及持液、液泛763.3 填料塔填料塔 3.3.1 填料塔的结构与特点填料塔的结构与特点 3.3.2 填料填料 3.3.3

25、填料塔的流体力学性能填料塔的流体力学性能 3.3.4 填料塔附件填料塔附件771. 填料支承装置填料支承装置用以支承填料的部件。它应具有：用以支承填料的部件。它应具有：(1) 足够的机械强度。足够的机械强度。(2) 足够的自由面积以确保气、液两相顺利通过。总足够的自由面积以确保气、液两相顺利通过。总开孔面积应尽可能不小于填料层的自由截面积。开孔面积应尽可能不小于填料层的自由截面积。开孔率过小可导致液泛提前发生。一般开孔率在开孔率过小可导致液泛提前发生。一般开孔率在 70% 以上。以上。 常用的支承板有栅板、升气管式和气体喷射式等类常用的支承板有栅板、升气管式和气体喷射式等类型。型。78栅板：优

26、点栅板：优点是结构简单，造价低；是结构简单，造价低；缺点缺点是栅板间的开是栅板间的开孔容易被散装填料挡住，使有效开孔面积减小。为防孔容易被散装填料挡住，使有效开孔面积减小。为防止在栅板处积液导致液泛，栅板的自由截面率应大于止在栅板处积液导致液泛，栅板的自由截面率应大于50%。 1.填料支承装置填料支承装置79升气管式升气管式:具有气、液两相分流而行和开孔面积大的具有气、液两相分流而行和开孔面积大的特点。可避免积液。适用于高空隙率填料的支撑。特点。可避免积液。适用于高空隙率填料的支撑。 1. 填料支承装置填料支承装置80气体喷射式：气体喷射式：具有气、液两相分流而行和开孔面积具有气、液两相分流而

27、行和开孔面积大的特点。气体由波形的侧面开孔射入填料层。大的特点。气体由波形的侧面开孔射入填料层。 1. 填料支承装置填料支承装置812.液体分布装置液体分布装置 作用：作用：将液体均匀分布于填料层顶部。将液体均匀分布于填料层顶部。 液体初始分布质量将直接影响到液体在整个填料液体初始分布质量将直接影响到液体在整个填料层的分布，从而影响填料塔的分离效率和操作弹性，层的分布，从而影响填料塔的分离效率和操作弹性，因此液体分布器是填料塔的一个极为重要的内部构因此液体分布器是填料塔的一个极为重要的内部构件。件。82莲蓬头分布器莲蓬头分布器:喷头的下部为半球形多孔板，喷头直喷头的下部为半球形多孔板，喷头直径

28、为塔径的径为塔径的1/31/5，一般用于直径在，一般用于直径在0.6m以下的塔中以下的塔中。它的主要缺点是喷洒孔易堵塞，且气量较大时液沫。它的主要缺点是喷洒孔易堵塞，且气量较大时液沫夹带量大。夹带量大。 2.液体分布装置液体分布装置83优点：优点：结构简单、造价低。自由面积较大结构简单、造价低。自由面积较大 气体阻力气体阻力小，适用于液量小、气体流量大的场合。其小，适用于液量小、气体流量大的场合。其操作弹性在操作弹性在 2:12.5:1 之间。之间。缺点：缺点：小孔易堵塞。小孔易堵塞。2.液体分布装置液体分布装置压力型多孔管式分布器压力型多孔管式分布器84优点：优点：具有较多的喷淋点数，分布质量比较高，且具有较多的喷淋点数，分布质量比较高，且操作弹性可高达操作弹性可高达 4:1。缺点：缺点：结构较复杂，结构较复杂，造价较高造价较高，且对，且对安装水平安装水平度要度要求高。气体通过的阻力较大，一般适用于气体求高。气体通过的阻力较大，一般适用于气体负荷不