蒸馏和吸收塔设备课件

第三章蒸馏和吸收塔设备12/22/20221第三章12/20/20221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。12/22/20222要求：12/20/20222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。12/22/20223重点：12/20/20223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12/22/20224板式塔：塔板类型、操作特点、浮阀塔的设计12/20/202212/22/2022512/20/20225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。12/22/20226第一节板式塔气相流动：靠压强差由下到上。12/20/203-1-1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。12/22/202273-1-1塔板类型错流塔板：在塔板上气液两相呈错流流动。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。12/22/20228一、泡罩塔板12/20/2022812/22/2022912/20/20229二、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10-25mm）。12/22/202210二、筛板12/20/20221012/22/20221112/20/202211三、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；造价低。缺点：不易处理易结焦或粘度大的物系。12/22/202212三、浮阀塔板12/20/20221212/22/20221312/20/202213四、噴射塔板1.舌形塔板2.浮动喷射塔板3.浮射塔板12/22/202214四、噴射塔板12/20/20221412/22/20221512/20/20221512/22/20221612/20/2022163-1-2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。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。12/22/2022173-1-2板式塔的流体力学性能评价塔设备性能的主要指标：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。12/22/202218一、塔板压降12/20/202218三、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。漏液量为10%液体流量时的气流速度为漏液速度。12/22/202219三、雾沫夹带12/20/202219五、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。12/22/202220五、液面落差12/20/2022201．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12/22/2022211．雾沫夹带线（气相上限）2．液泛线（气液）12/20/3-1-3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。12/22/2022223-1-3浮阀塔设计工艺计算：塔高、塔径、塔板主要部件工一、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。12/22/202223一、工艺尺寸的计算HT：的确定：与塔径匹配；与生产能力、操作2.塔径12/22/2022242.塔径12/20/20222412/22/20222512/20/202225hL：常压塔（0.05～0.1m）；减压塔（0.025～0.03m）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

12/22/202226hL：常压塔（0.05～0.1m）；12/20/2022263.溢流装置12/22/2022273.溢流装置12/20/202227

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：12/22/202228溢流堰以弓形降液管为例：12/20/2012/22/20222912/20/202229（1）出口堰（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

=60~70mm，小于6mm，采用齿形堰,大于70mm，采用双溢流。hW=0.03~0.05m12/22/202230（1）出口堰（溢流堰）：堰长lW、堰高hW12/20/212/22/20223112/20/20223112/22/20223212/20/20223212/22/20223312/20/202233（2）弓形降液管的宽度Wd和截面积Af12/22/202234（2）弓形降液管的宽度Wd和截面积Af12/20/202核算：12/22/202235核算：12/20/202235（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。12/22/202236（3）降液管底隙高度h012/20/202236（4）进口堰及受液盘12/22/202237（4）进口堰及受液盘12/20/2022374.塔板布置

整块式（小塔）、分块式塔板（大塔）(1)鼓泡区(2)溢流区(3)破沫区（安定区）D<1.5m，Ws=60～75mmD>1.5m，Ws=80～110mm12/22/2022384.塔板布置12/20/202238(4)无效区小塔：Wc=30～50mm

大塔：Wc=50～70mm12/22/202239(4)无效区12/20/2022395.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）12/22/2022405.浮阀的数目及排列浮阀的排列：12/20/20224012/22/20224112/20/202241整块塔板：正三角形叉排，t=75~125mm分块塔板：等腰三角形叉排，t=75mm，

t1=65,80,100mm12/22/202242整块塔板：正三角形叉排，t=75~125mm12/2单溢流塔板：孔距t

排出阀孔总数

Np

F0=?9～12开孔率

=

阀孔总面积/塔面积10-14%12/22/202243单溢流塔板：孔距t排出阀孔总数NpF0=?9二、浮阀塔板流体力学验算1.气体通过浮阀塔板的压强降12/22/202244二、浮阀塔板流体力学验算12/20/2022442.液泛12/22/2022452.液泛12/20/2022453.雾沫夹带泛点率：操作时的空塔气速与发生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%12/22/2022463.雾沫夹带12/20/202246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。12/22/202247取大的计算结果。12/20/20224712/22/20224812/20/2022484.漏液F0=5～6最后，绘出负荷性能图。12/22/2022494.漏液12/20/2022493-1-4塔板效率一、塔板效率的表示法1.总板效率（全塔效率）ET简单地反应了整个塔内的平均传质效果。12/22/2022503-1-4塔板效率一、塔板效率的表示法简单地反应了整个塔2.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。12/22/2022512.单板效率直接反应该层塔板的传质效果；12/20/20223.点效率EO板上液体完全混合时，EOV=EMV12/22/2022523.点效率EO板上液体完全混合时，EOV=EMV12/20/二、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、气液流量比等12/22/202253二、塔板效率的估算12/20/202253估算方法：1.A.I.CH.E法2.经验计算法12/22/202254估算方法：12/20/202254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12/22/202255第二节填料塔液体分布装置、填料、液体再分布器、支撑栅板112/22/20225612/20/2022563-2-1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，单体体积的填料质量小，价格低，机械强度大。12/22/2022573-2-1填料一、填料特性12/20/202257二、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

12/22/202258二、填料类型12/20/20225812/22/20225912/20/20225912/22/20226012/20/20226012/22/20226112/20/2022613-2-2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12/22/2022623-2-2填料塔的流体力学性能一、气体通过填料层的压强降二、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12/22/202263二、液泛12/20/2022633.液气比WL/WV大，泛点气速小。4．埃克特通用关联图12/22/2022643.液气比12/20/20226412/22/20226512/20/202265三、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。12/22/202266三、润湿性能12/20/2022663-2-3填料塔的计算一、塔径u=50～80%泛点气速，0.2～1.0m/s圆整为：400、500、600、700、800、900、1000、1200、1400mm等。12/22/2022673-2-3填料塔的计算一、塔径u=50～80%泛点气速，二、塔高1.传质单元法：Z=HOG*NOG2.等板高度法：Z=NT*(HETP)12/22/202268二、塔高12/20/2022683-2-4填料塔附件一、填料支承装置12/22/2022693-2-4填料塔附件一、填料支承装置12/20/202212/22/20227012/20/202270二、液体分布装置12/22/202271二、液体分布装置12/20/202271三、液体再分布装置12/22/202272三、液体再分布装置12/20/2022723-2-5板式塔与填料塔的比较1.塔径较大时，宜采用板式塔。造价低、塔效率高、检修和清理方便2.塔高很高时，宜采用板式塔。填料塔需要多次液体再分布3.有热量从塔内移出时，宜采用板式塔。塔板上宜于安装冷却器12/22/2022733-2-5板式塔与填料塔的比较1.塔径较大时，宜采用板式4.液体流量较小时，宜采用板式塔。填料塔导致填料润湿不足5.板式塔适合于处理有悬浮物的液体，填料塔则易堵塞。6.板式塔便于侧线出料。7.填料塔适合于处理有腐蚀性的物料。12/22/2022744.液体流量较小时，宜采用板式塔。12/20/2022748.填料塔压降小，真空蒸馏常用填料塔。9.填料塔内滞留的液体量少，停留时间短，适合于间歇蒸馏和热敏性物料。10.填料塔适合于处理易发泡的液体。12/22/2022758.填料塔压降小，真空蒸馏常用填料塔。12/20/20227第三章蒸馏和吸收塔设备12/22/202276第三章12/20/20221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。12/22/202277要求：12/20/20222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。12/22/202278重点：12/20/20223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12/22/202279板式塔：塔板类型、操作特点、浮阀塔的设计12/20/202212/22/20228012/20/20225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。12/22/202281第一节板式塔气相流动：靠压强差由下到上。12/20/203-1-1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。12/22/2022823-1-1塔板类型错流塔板：在塔板上气液两相呈错流流动。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。12/22/202283一、泡罩塔板12/20/2022812/22/20228412/20/20229二、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10-25mm）。12/22/202285二、筛板12/20/20221012/22/20228612/20/202211三、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；造价低。缺点：不易处理易结焦或粘度大的物系。12/22/202287三、浮阀塔板12/20/20221212/22/20228812/20/202213四、噴射塔板1.舌形塔板2.浮动喷射塔板3.浮射塔板12/22/202289四、噴射塔板12/20/20221412/22/20229012/20/20221512/22/20229112/20/2022163-1-2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。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。12/22/2022923-1-2板式塔的流体力学性能评价塔设备性能的主要指标：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。12/22/202293一、塔板压降12/20/202218三、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。漏液量为10%液体流量时的气流速度为漏液速度。12/22/202294三、雾沫夹带12/20/202219五、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。12/22/202295五、液面落差12/20/2022201．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12/22/2022961．雾沫夹带线（气相上限）2．液泛线（气液）12/20/3-1-3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。12/22/2022973-1-3浮阀塔设计工艺计算：塔高、塔径、塔板主要部件工一、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。12/22/202298一、工艺尺寸的计算HT：的确定：与塔径匹配；与生产能力、操作2.塔径12/22/2022992.塔径12/20/20222412/22/202210012/20/202225hL：常压塔（0.05～0.1m）；减压塔（0.025～0.03m）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

12/22/2022101hL：常压塔（0.05～0.1m）；12/20/2022263.溢流装置12/22/20221023.溢流装置12/20/202227

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：12/22/2022103溢流堰以弓形降液管为例：12/20/2012/22/202210412/20/202229（1）出口堰（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

=60~70mm，小于6mm，采用齿形堰,大于70mm，采用双溢流。hW=0.03~0.05m12/22/2022105（1）出口堰（溢流堰）：堰长lW、堰高hW12/20/212/22/202210612/20/20223112/22/202210712/20/20223212/22/202210812/20/202233（2）弓形降液管的宽度Wd和截面积Af12/22/2022109（2）弓形降液管的宽度Wd和截面积Af12/20/202核算：12/22/2022110核算：12/20/202235（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。12/22/2022111（3）降液管底隙高度h012/20/202236（4）进口堰及受液盘12/22/2022112（4）进口堰及受液盘12/20/2022374.塔板布置

整块式（小塔）、分块式塔板（大塔）(1)鼓泡区(2)溢流区(3)破沫区（安定区）D<1.5m，Ws=60～75mmD>1.5m，Ws=80～110mm12/22/20221134.塔板布置12/20/202238(4)无效区小塔：Wc=30～50mm

大塔：Wc=50～70mm12/22/2022114(4)无效区12/20/2022395.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）12/22/20221155.浮阀的数目及排列浮阀的排列：12/20/20224012/22/202211612/20/202241整块塔板：正三角形叉排，t=75~125mm分块塔板：等腰三角形叉排，t=75mm，

t1=65,80,100mm12/22/2022117整块塔板：正三角形叉排，t=75~125mm12/2单溢流塔板：孔距t

排出阀孔总数

Np

F0=?9～12开孔率

=

阀孔总面积/塔面积10-14%12/22/2022118单溢流塔板：孔距t排出阀孔总数NpF0=?9二、浮阀塔板流体力学验算1.气体通过浮阀塔板的压强降12/22/2022119二、浮阀塔板流体力学验算12/20/2022442.液泛12/22/20221202.液泛12/20/2022453.雾沫夹带泛点率：操作时的空塔气速与发生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%12/22/20221213.雾沫夹带12/20/202246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。12/22/2022122取大的计算结果。12/20/20224712/22/202212312/20/2022484.漏液F0=5～6最后，绘出负荷性能图。12/22/20221244.漏液12/20/2022493-1-4塔板效率一、塔板效率的表示法1.总板效率（全塔效率）ET简单地反应了整个塔内的平均传质效果。12/22/20221253-1-4塔板效率一、塔板效率的表示法简单地反应了整个塔2.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。12/22/20221262.单板效率直接反应该层塔板的传质效果；12/20/20223.点效率EO板上液体完全混合时，EOV=EMV12/22/20221273.点效率EO板上液体完全混合时，EOV=EMV12/20/二、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、气液流量比等12/22/2022128二、塔板效率的估算12/20/202253估算方法：1.A.I.CH.E法2.经验计算法12/22/2022129估算方法：12/20/202254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12/22/2022130第二节填料塔液体分布装置、填料、液体再分布器、支撑栅板112/22/202213112/20/2022563-2-1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，单体体积的填料质量小，价格低，机械强度大。12/22/20221323-2-1填料一、填料特性12/20/202257二、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

12/22/2022133二、填料类型12/20/20225812/22/202213412/20/20225912/22/202213512/20/20226012/22/202213612/20/2022613-2-2填料塔的流体力学性能一、气体通过填