化工原理南林教材

1、化工原理南林教材第1页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/20221要求：1.了解板式塔和填料塔的主要结构；2.掌握板式塔和填料塔的流体力学性能；3.了解评价设备的基本性能；4.熟悉浮阀塔的工艺设计。第2页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/20222重点：1.板式塔和填料塔的流体力学性能；2.浮阀塔的工艺设计。第3页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/20223板式塔：塔板类型、操作特点、浮阀塔的设计填料塔：填料类型、填料塔的流体力学特性和计算第4页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/20

2、224第5页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/20225第一节 板式塔气相流动：靠压强差由下到上。液相流动：靠重力由上至下。第6页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/202263-1-1 塔板类型错流塔板：在塔板上气液两相呈错流流动。逆流塔板：气液两相以逆流的方式穿过塔板。第7页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/20227一、泡罩塔板应用最早的气液传质设备。结构：泡罩直径80-150mm，正三角形排列。优点：较大的操作弹性。缺点：塔板结构复杂，造价高；塔板压降大；板效 率和生产能力低。第8页，共75页，2022年

3、，5月20日，17点0分，星期二9/4/20228第9页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/20229二、筛板结构：孔径3-8mm，正三角形排列。优点：塔板结构简单，造价低；塔板压降小；板效率和生产能力较高。缺点：操作弹性小。易堵（改进方法，采用大孔径10-25 mm）。第10页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/202210第11页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/202211三、浮阀塔板应用广泛，兼有泡罩塔板和筛板的优点。结构：标准孔径39mm。优点：生产能力大；操作弹性大；板效率高；塔板压降和液面落差小；造价

4、低。缺点：不易处理易结焦或粘度大的物系。第12页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/202212第13页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/202213四、噴射塔板1.舌形塔板2.浮动喷射塔板3.浮射塔板第14页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/202214第15页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/202215第16页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/2022163-1-2 板式塔的流体力学性能评价塔设备性能的主要指标：生产能力、塔板效率、操作弹性、塔板压强降

5、。这些指标和塔板结构及塔内气液两相流体力学性能密切相关。流体力学性能包括：塔板压降、液泛、雾沫夹带、漏液、液面落差。第17页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/202217一、塔板压降干板压降、板上充气液层的静压降、液体表面张力产生的压降。二、液泛（淹塔）降液管内液体不能顺利下流，造成板上积液。原因：气速或液速过大，与流体物性、塔板结构、板间距有关。第18页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/202218三、雾沫夹带eV=0.1kg液/kg气体主要影响因素：空塔气速、塔板间距。四、漏液产生原因：气速太小，板上液面落差大引起气流分布不均。漏液量

6、为10%液体流量时的气流速度为漏液速度。第19页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/202219五、液面落差克服板面和板上部件的阻力。影响因素：塔板结构、塔径、流体流量。六、负荷性能图雾沫夹带线、液泛线、液相负荷上限线、漏液线、液相负荷下限线。操作弹性：操作线与负荷性能图上曲线的两个交点的气体流量之比。第20页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/2022201雾沫夹带线（气相上限） 2液泛线（气液）3液相负荷上限线（降液管超负荷线）4漏液线（气相下限） 5液相负荷下限线第21页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/20

7、22213-1-3 浮阀塔设计工艺计算：塔高、塔径、塔板主要部件工艺尺寸、流体力学验算、操作负荷性能图、操作弹性。第22页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/202222一、工艺尺寸的计算1.塔高HT：的确定：与塔径匹配；与生产能力、操作弹性、板效率有关；考虑安装、检修方便。第23页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/2022232.塔径第24页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/202224第25页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/202225hL：常压塔（0.050.1m）； 减压塔（

8、0.0250.03m）D需圆整为标准塔径：0.6、0.7、0.8、1.0、1.2、1.4、1.6、1.8、2.0、2.2 第26页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/2022263.溢流装置第27页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/202227 溢流堰溢流装置 降液管：圆形、弓形 U型流（回转流） 单溢流（直径流）溢流类型 双溢流（半径流） 阶梯双溢流以弓形降液管为例：第28页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/202228第29页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/202229（1）出口

9、堰（溢流堰）：堰长 lW、堰高 hW单溢流： lW = (0.6 0.8) D双溢流： lW = (0.5 0.6) DhL=hW + hOWhW = hL - hOWhOW = 60 70 mm，小于 6 mm，采用齿形堰,大于 70 mm，采用双溢流。hW = 0.03 0.05 m第30页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/202230第31页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/202231第32页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/202232第33页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/

10、4/202233（2）弓形降液管的宽度 Wd和截面积 Af第34页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/202234核算：第35页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/202235（3）降液管底隙高度h0 原则：局部阻力不太大，防止沉淀物阻塞降液管；良好的液封作用，防止气体通过降液管造成短路。第36页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/202236（4）进口堰及受液盘第37页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/2022374.塔板布置 整块式（小塔）、分块式塔板（大塔）(1)鼓泡区(2)溢流区(

11、3)破沫区（安定区） D1.5 m，Ws=80110 mm第38页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/202238(4)无效区 小塔：Wc=3050 mm 大塔：Wc=5070 mm第39页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/2022395.浮阀的数目及排列浮阀的排列：正三角形等腰三角形顺排叉排（气液传质效果较好）第40页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/202240第41页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/202241整块塔板：正三角形叉排，t =75 125 mm分块塔板：等腰三角形

12、叉排， t = 75 mm， t1 = 65, 80, 100 mm第42页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/202242单溢流塔板：孔距 t 排出阀孔总数 Np F0=? 912开孔率 = 阀孔总面积/塔面积 10-14%第43页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/202243二、浮阀塔板流体力学验算1.气体通过浮阀塔板的压强降第44页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/2022442.液泛第45页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/2022453.雾沫夹带泛点率：操作时的空塔气速与发生

13、液泛时的空塔气速之比。大塔： 泛点率 80%小塔： 泛点率 70%减压塔：泛点率 75%第46页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/202246取大的计算结果。注意：若泛点率不在规定的范围内，应适当调整有关参数：板间距、塔径等，再重新计算。第47页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/202247第48页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/2022484.漏液F0=56最后，绘出负荷性能图。第49页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/2022493-1-4 塔板效率一、塔板效率的表示法1.总板

14、效率（全塔效率）ET简单地反应了整个塔内的平均传质效果。第50页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/2022502.单板效率直接反应该层塔板的传质效果；操作线与平衡线平行时，EMV=EMVEM有可能大于零。第51页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/2022513.点效率EO板上液体完全混合时，EOV=EMV第52页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/202252二、塔板效率的估算1.物系性质：粘度、密度、表面张力、扩散系数、相对挥发度等2.塔板结构：塔径、板间距、堰高、开孔率等3.操作条件：温度、压强、气体上升速度

15、、气液流量比等第53页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/202253估算方法：法2. 经验计算法第54页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/202254第二节 填料塔液体分布装置、填料、液体再分布器、支撑栅板特点：结构简单、阻力小、使用耐腐蚀材料制造第55页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/202255第56页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/2022563-2-1 填料一、填料特性1.比表面积2.空隙率3.填料因子:干填料因子 /3，湿填料因子 要求： 大，大，润湿性能好，单体体积的

16、填料质量小，价格低，机械强度大。第57页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/202257二、填料类型 实体填料 乱堆填料 网体填料 整砌填料 1.拉西环 2.鲍尔环3.阶梯环 4.弧鞍和矩鞍5.金属鞍环 6.波纹板及波纹网7.金属孔板波纹填料和金属压延孔板波纹填料 第58页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/202258第59页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/202259第60页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/202260第61页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二

17、9/4/2022613-2-2 填料塔的流体力学性能一、气体通过填料层的压强降持液量：操作时单位填料层内持有的液体体积。恒持液区载液区液泛区载点泛点第62页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/202262二、液泛影响因素： 1.填料特性：小，泛点气速大。 2.流体的物理性质 L大，泛点气速大 V大，泛点气速小 L大，泛点气速小第63页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/2022633.液气比WL/WV大，泛点气速小。4埃克特通用关联图第64页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/202264第65页，共75页，2022

18、年，5月20日，17点0分，星期二9/4/202265三、润湿性能液体的喷淋密度：单位时间内单位塔截面上喷淋的液体体积。润湿速度LW：塔的截面上，单位长度的填料周边上液体的体积流量。第66页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/2022663-2-3 填料塔的计算一、塔径u=5080%泛点气速，0.21.0 m/s圆整为：400、500、600、700、800、900、1000、1200、1400mm等。第67页，共75页，2022年，5月20日，17点0分，星期二9/4/202267二、塔高1.传质单元法：Z=HOG*NOG2.等板高度法：Z=NT*(HETP)第68页，共75页，2022年，5月20日