板式塔及其工艺设计计算

1、板式塔及其工艺设计计算第1页，共41页，2022年，5月20日，4点42分，星期四6.10 板 式 塔6.10.1 板式塔结构及性能（1） 板式塔结构 进料回流液塔顶气相塔底液相第2页，共41页，2022年，5月20日，4点42分，星期四塔板结构 气体通道 形式很多，如筛板、浮阀、泡罩等，对塔板性能影响很大。 降液管（液体通道） 液体流通通道，多为弓形。 受液盘 塔板上接受液体的部分。 溢流堰 使塔板上维持一定高度的液层，保证两相充分接触。第3页，共41页，2022年，5月20日，4点42分，星期四浮阀塔板结构第4页，共41页，2022年，5月20日，4点42分，星期四（2） 塔板上的气液两相

2、流动第5页，共41页，2022年，5月20日，4点42分，星期四汽、液两相接触方式 两相流动的推动力 全塔：逆流接触塔板上：错流接触液体：重力气体：压力差第6页，共41页，2022年，5月20日，4点42分，星期四 塔板上理想流动情况： 液体横向均匀流过塔板，气体从气体通道上升，均匀穿过液层。 气液两相接触传质，达相平衡，分离后，继续流动。 塔板上的非理想流动情况： 气相或液相返混 液沫夹带、气泡夹带 ，即：返混现象 后果：板效率降低。 不均匀流动 液面落差（水力坡度）：引起塔板上气体分布不均匀； 塔壁作用（阻力）：引起塔板上液体分布不均匀。后果：使塔板上气液接触不充分，板效率降低。第7页，共

3、41页，2022年，5月20日，4点42分，星期四液泛现象6.10.2 塔内气、液两相异常流动 （1）液泛 如果由于某种原因，使得气、液两相流动不畅，使板上液层迅速积累，以致充满整个空间，破坏塔的正常操作，称此现象为液泛。第8页，共41页，2022年，5月20日，4点42分，星期四1) 过量雾沫夹带液泛原因： 气相在液层中鼓泡，气泡破裂，将雾沫弹溅至上一层塔板； 气相运动是喷射状，将液体分散并可携带一部分液沫流动。 液泛气速： 开始发生液泛时的气速。第9页，共41页，2022年，5月20日，4点42分，星期四2）降液管液泛 当塔内气、液两相流量较大，导致塔板阻力及降液管内阻力增大时，均会引起降

4、液管液层升高，以致达到上一层塔板，破坏降液管的正常流动，直至液相逐渐充满塔板空间，发生液泛。说明：两种液泛互相影响和关联，其最终现象相同。第10页，共41页，2022年，5月20日，4点42分，星期四（2） 严重漏液 漏液量增大，导致塔板上难以维持正常操作所需的液面，无法操作。此漏液为严重漏液，称相应的孔流气速为漏液点气速 。第11页，共41页，2022年，5月20日，4点42分，星期四6.10.3 常用塔板的类型（1）泡罩塔板优点：塔板操作弹性大，塔效率也比较高，不易堵。缺点：结构复杂，制造成本高，塔板阻力大。 组成：升气管和泡罩第12页，共41页，2022年，5月20日，4点42分，星期四

5、圆形泡罩条形泡罩泡罩塔第13页，共41页，2022年，5月20日，4点42分，星期四（2）筛板塔板优点：结构简单、造价低、塔板阻力小。 目前，广泛应用的一种塔型。塔板上开圆孔，孔径：3 - 8 mm，大孔径筛板：12 - 25 mm。第14页，共41页，2022年，5月20日，4点42分，星期四（3）浮阀塔板圆形浮阀条形浮阀浮阀塔盘方形浮阀第15页，共41页，2022年，5月20日，4点42分，星期四优点：浮阀根据气体流量，自动调节开度，提高了塔板的操作弹性、降低塔板的压降，同时具有较高塔板效率，在生产中得到广泛的应用。缺点：浮阀易脱落或损坏。方形浮阀F1型浮阀第16页，共41页，2022年，

6、5月20日，4点42分，星期四（4）多降液管（MD）塔板 优点：提高允许液体流量第17页，共41页，2022年，5月20日，4点42分，星期四6.10.5 筛板塔化工设计计算（1）塔的有效高度 Z 已知：实际塔板数 NP ； 塔板间距 HT； 选取塔板间距 HT ：理论塔板数计算软件塔板间距和塔径的经验关系塔体高度：有效高+顶部+底部+ 其它 有效塔高：第18页，共41页，2022年，5月20日，4点42分，星期四 C：气体负荷因子，与 HT、 液体表面张力和两相接触状况有关。 液泛气速两相流动参数 FLV：（2）塔径 确定原则： 防止过量液沫夹带液泛 步骤： 先确定液泛气速 uf (m/s)

7、； 然后选设计气速 u； 最后计算塔径 D。第19页，共41页，2022年，5月20日，4点42分，星期四对于筛板塔(浮阀、泡罩塔)，可查图 ，C20=(HT 、FLV)0.2HT=0.60.450.30.150.40.30.21.00.70.10.040.030.020.070.010.040.030.020.070.010.10.090.060.05筛板塔泛点关联图第20页，共41页，2022年，5月20日，4点42分，星期四 选取设计气速 u 选取泛点率： u / uf 一般液体， 0.6 0.8 易起泡液体，0.5 0.6所需气体流通截面积设计气速 u = 泛点率 ufADAd 计算塔

8、径 D塔截面积：A = AT - Ad塔径说明：计算塔径需圆整，且重新计算实际气速及泛点率。第21页，共41页，2022年，5月20日，4点42分，星期四（3）溢流装置设计 溢流型式的选择 依据：塔径 、流量； 型式：单流型、U 形流型、双流型、阶梯流型等。 降液管形式和底隙 降液管：弓形、圆形。 降液管截面积：由Ad/AT = 0.06 0.12 确定； 底隙 hb ：通常在 30 40 mm。 溢流堰（出口堰） 作用：维持塔板上一定液层，使液体均匀横向流过。 型式：平直堰、溢流辅堰、三角形齿堰及栅栏堰。第22页，共41页，2022年，5月20日，4点42分，星期四第23页，共41页，202

9、2年，5月20日，4点42分，星期四第24页，共41页，2022年，5月20日，4点42分，星期四堰长 lW ：影响液层高度。堰高 hW：直接影响塔板上液层厚度 过小，相际传质面积过小； 过大，塔板阻力大，效率低。 常、加压塔：40 80 mm ； 减压塔：25 mm 左右。 说明：通常应使溢流强度qVLh/lW 不大于100130 m3/（mh）。 或： 双流型:单流型：第25页，共41页，2022年，5月20日，4点42分，星期四(4) 塔板及其布置 受液区和降液区 一般两区面积相等。 入口安定区和出口安定区 其中， E：液流收缩系数，一般可近似取 E =1。堰上方液头高度 hOW ：要求

10、： 边缘区：bcbdbslWrx第26页，共41页，2022年，5月20日，4点42分，星期四（5）筛孔的尺寸和排列 筛孔： 有效传质区内，常按正三角形排列。 筛板开孔率 ： 单流型弓形降液管塔板： 有效传质区： 双流型弓形降液管塔板：bcbdbslWrxd0t第27页，共41页，2022年，5月20日，4点42分，星期四筛孔直径 d0 : 3 8 mm (一般)。 12 25 mm (大筛孔) 孔中心距 t : (2.55) d0 取整。 开孔率: 通常为 0.08 0.12。 板厚：碳钢（3 4mm）、不锈钢。 筛孔气速：筛孔数：d0t第28页，共41页，2022年，5月20日，4点42分

11、，星期四(6) 塔板的校核 对初步设计的结果进行调整和修正。 液沫夹带量校核单位质量（或摩尔）气体所夹带的液体质量（或摩尔） ev ： kg 液体 / kg气体，或 kmol液体 / kmol气体单位时间夹带到上层塔板的液体质量（或摩尔） e： kg 液体 / h 或 kmol液体 / h 液沫夹带分率：夹带的液体流量占横过塔板液体流量的分数。 故有： 所以第29页，共41页，2022年，5月20日，4点42分，星期四说明：超过允许值，可调整塔板间距或塔径。 ev的计算方法：方法1：利用Fair关联图求，进而求出ev。方法2：用Hunt经验公式计算ev。式中Hf 为板上泡沫层高度：要求： ev

12、 0.1 kg 液体 / kg气体。第30页，共41页，2022年，5月20日，4点42分，星期四 塔板阻力的计算和校核 塔板阻力： 塔板阻力 hf包括 以下几部分: （a）干板阻力 h0气体通过板上孔的阻力（设无液体时）； （b）液层阻力 hl 气体通过液层阻力； （c）克服液体表面张力阻力 h孔口处表面张力。清液柱高度表示：（a）干板阻力h0第31页，共41页，2022年，5月20日，4点42分，星期四d0/C0塔板孔流系数C0 孔流系数第32页，共41页，2022年，5月20日，4点42分，星期四（b）液层阻力 hl查图求充气系数第33页，共41页，2022年，5月20日，4点42分，星

13、期四说明：若塔板阻力过大，可增加开孔率或 降低堰高。（c）克服液体表面张力阻力（一般可不计） 降液管液泛校核故塔板阻力：降液管中清液柱高度 (m)第34页，共41页，2022年，5月20日，4点42分，星期四（a） 液面落差一般较小，可不计。当不可忽略时，一般要求： 0.5h0（b） 液体通过降液管阻力 hd包括底隙阻力 hd1和进口堰阻力hd2。无进口堰时：第35页，共41页，2022年，5月20日，4点42分，星期四泡沫层高度要求：说明：若泡沫高度过大，可减小塔板阻力或 增大塔板间距。泡沫层相对密度：对不易起泡物系，易起泡物系， 液体在降液管中停留时间校核 目的：避免严重的气泡夹带。 停留时间：要求：说明：停留时间过小，可增加降液管面积 或 增大塔板间距。第36页，共41页，2022年，5月20日，4点42分，星期四（a）计算严重漏液时干板阻力 h0 （b）计算漏液点气速 u0 说明：如果稳定系数k过小，可 减小开孔率 或 降低堰高。 严重漏液校核 漏液点气速 u0 ：发生严重漏液时筛孔气速。 稳定系数：要求：第37页，共41页，2022年，5月20日，4点42分，星期四 过量液沫夹带线（气相负荷上限线） 规定：ev = 0.1（ kg 液体 / kg气体） 为限制条件。（6）塔板