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文档简介

化工原理南林教材第一页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/20231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。第二页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/20232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。第三页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/20233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四页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/20234第五页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/20235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。第六页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/202363-1-1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。第七页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/20237一、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。第八页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/20238第九页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/20239二、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)。第十页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/202310第十一页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/202311三、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。第十二页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/202312第十三页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/202313四、噴射塔板1.舌形塔板2.浮动喷射塔板3.浮射塔板第十四页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/202314第十五页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/202315第十六页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/2023163-1-2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。第十七页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/202317一、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。第十八页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/202318三、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。第十九页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/202319五、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。第二十页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/2023201.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.液相负荷下限线第二十一页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/2023213-1-3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。第二十二页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/202322一、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。第二十三页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/2023232.塔径第二十四页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/202324第二十五页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/202325hL: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

第二十六页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/2023263.溢流装置第二十七页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/202327

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:第二十八页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/202328第二十九页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/202329(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=0.03~0.05m第三十页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/202330第三十一页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/202331第三十二页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/202332第三十三页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/202333(2)弓形降液管的宽度Wd和截面积Af第三十四页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/202334核算:第三十五页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/202335(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。第三十六页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/202336(4)进口堰及受液盘第三十七页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/2023374.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=80~110mm第三十八页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/202338(4)无效区小塔:Wc=30~50mm

大塔:Wc=50~70mm第三十九页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/2023395.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)第四十页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/202340第四十一页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/202341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=65,80,100mm第四十二页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/202342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%第四十三页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/202343二、浮阀塔板流体力学验算1.气体通过浮阀塔板的压强降第四十四页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/2023442.液泛第四十五页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/2023453.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%第四十六页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/202346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。第四十七页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/202347第四十八页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/2023484.漏液F0=5~6最后,绘出负荷性能图。第四十九页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/2023493-1-4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。第五十页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/2023502.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。第五十一页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/2023513.点效率EO板上液体完全混合时,EOV=EMV第五十二页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/202352二、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、气液流量比等第五十三页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/202353估算方法:法2.经验计算法第五十四页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/202354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五十五页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/202355第五十六页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/2023563-2-1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。第五十七页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/202357二、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

第五十八页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/202358第五十九页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/202359第六十页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/202360第六十一页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/2023613-2-2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六十二页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/202362二、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,泛点气速小第六十三页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/2023633.液气比WL/WV大,泛点气速小。4.埃克特通用关联图第六十四页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/202364第六十五页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/202365三、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。第六十六页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/2023663-2-3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。第六十七页,共七十五页,2022年,8月28日3/14/202367二、塔高1.传质单元法:Z=HOG*NOG

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