蒸馏和吸附塔设备

蒸馏和吸附塔设备第一页，共三十页，编辑于2023年，星期三3-1-1塔板类型

逆流塔板，少用错流塔板，常用

错流塔板主要形式有：生产能力小气流阻力大一、泡罩塔板操作弹性大结构复杂

生产能力大气流阻力小二、

筛板操作弹性小结构简单

第二页，共三十页，编辑于2023年，星期三三、

浮阀塔板

F1型，适用普通系统1．类型V-4型，适用减压系统

T型，适用含颗粒或易聚合的物料

生产能力大，开孔率大、>泡罩20~40%、筛板塔操作弹性大，阀片可以自由升降以适应气量的变化塔板效率高，平吹、接触时间长、雾沫夹带少2．优点气流阻力小，开孔大液面落差小，液流阻力小造价适中，约等于60~80%泡罩、120~130%筛板

四、

喷射型塔板生产能力大，开孔率大、可用较高的空塔气速气流阻力小，液层较薄1．舌形塔板落差小、无返混、雾沫夹带小，水平分力操作弹性小，气流截面积固定气相夹带严重，斜吹第三页，共三十页，编辑于2023年，星期三2．浮舌塔板操作弹性大气流阻力小效率较高，介于浮阀与舌形之间3.斜孔塔板结构简单、压降低

第四页，共三十页，编辑于2023年，星期三3-1-2板式塔的流体力学性能

评价塔设备的性能指标为：生产能力塔板效率设备性能操作弹性塔板压力降

塔的操作能否正常进行，与塔内的气液两相的流体力学状况有关：塔板压力降液泛流体力学性能雾沫夹带漏液液面落差一、

塔板压降总阻力=干板阻力+液层静压力+表面张力在较高板效率前提下，力求减小塔板压力降

二、

液泛：气液量大到使全塔液体相连三、

雾沫夹带气流将液体从下层板带入上层板第五页，共三十页，编辑于2023年，星期三四、

漏液：液体从升气孔流下，要求〈10%

气速太小，或液面落差引起气流分布不均塔板入口处往往上漏液，设安定区

五、

液面落差：液体克服板面阻力形成位差六、

负荷性能图：各种极限条件下Vs-Ls关系曲线组成的图

1．雾沫夹带线（气相负荷上限线）

2．液泛线

3．液相负荷上限线（降液管超负荷线，气泡夹带线）

4．漏液线（气相负荷下限线）

5．液相负荷下限线操作弹性­——两极限的气量之比第六页，共三十页，编辑于2023年，星期三3-1-3浮阀塔设计

一、

浮阀塔工艺尺寸的计算（工艺设计）1．塔高­式中Z­­—塔高，m；

NT—理论板层数；

ET—总板效率；

HT—塔板间距，m。取整数

HTD，表3-2（经验数据）易起泡、负荷波动大时，应H­T2．塔径

式中D—塔径，m；VS—气体流量，m3/s；u—空塔气速，m/s。关键在于确定适宜的空塔气速u。第七页，共三十页，编辑于2023年，星期三式中d­—液滴的直径，m。由净重力与摩擦阻力的平衡，得整理，得式中umax—极限空塔气速，m/s；

—负荷系数，

第八页，共三十页，编辑于2023年，星期三图中Vh、Lh­—气、液两相的体积流量，m3/h；

V、L—气、液两相的密度，kg/m3；

hL—板上液层高度，m；

—液气动能参数校正负荷系数式中—操作物系的液体表面张力，mN/m。求出塔径后还需园整，之后还要进行流体力学核算。

3．溢流装置溢流堰溢流装置园形，一般用于小塔降液管弓形，常用

U型流，一般用于小塔单溢流，D<2.2m液流型式双溢流，D>2m

阶梯流，D>3m第九页，共三十页，编辑于2023年，星期三(1)

出口堰（溢流堰），单溢流堰长，双溢流式中hL­­—板上液层高度，m；

hw­—堰高，m；

how—堰上液层高度，m。

<6mm，采用齿形堰

>6mm，单溢流

>60mm，双溢流平直堰：式中Lh­—塔内液体流量，m3/h。

E—液流收缩系数，见图3-11当E=1时，可用列线图3-12求hOW。齿形堰：一般齿深hn<15mm当液层高度不超过齿顶时，

第十页，共三十页，编辑于2023年，星期三当液层高度超过齿顶时（要试差）对常压塔，则堰高一般：(1)

弓形降液管的宽度和截面积从图3-13据可求出Wd和Af，求出Af之后，应验算停留时间：

(2)

降液管底隙高度既要液体阻力小，又要气体不短路一般

式中—液体通过降液管底隙时的流速，m/s。经验值：或

第十一页，共三十页，编辑于2023年，星期三

25~30mm，小塔

40mm，大塔

150mm，最大(1)

进口堰及受液盘进口堰可以保证降液管的液封，并使塔板上液体分布均匀，但占用塔面，易使沉淀物淤积，故多数不采用。当时，；

时，，保证液封，避免短路。进口堰与降液管的水平距离h1≥ho。800以上的塔，多采用受液盘，这种结构便于侧线抽液体，低液流时液封良好，具有改变液体流向的缓冲作用，一般深度>50mm。

4．塔板布置塔板可分为：整块式，D800mm

分块式，D≥900mm塔板面积分区：鼓泡区，有效传质区溢流区，降液管（及受液盘）所占区域破沫区（安定区），进口防漏液，出口防汽泡夹带

第十二页，共三十页，编辑于2023年，星期三

60~75mm，D<1.5m

80~110mm，D>1.5m

无效区（边缘区），支承塔板

30~50mm,小塔

50~75mm,大塔5．浮阀的数目与排列浮阀塔的操作性能可采用由气体通过阀孔时速度与密度组成的“动能因子”来衡量，其定义式为

式中F0—气体通过阀孔时的动能因数；

u0­—气体通过阀孔时的速度，m/s；V

—气体密度，kg/m3。对于F1型浮阀，F0=9~12，选定F0，后求uo：

再求阀孔数N

式中d0—阀孔直径，do=0.039m浮阀在塔板鼓泡区内的排列有正三角形和等腰三角形两种形式，按照阀孔中心联线与液流方向的关系，又有顺排与叉排之分。

第十三页，共三十页，编辑于2023年，星期三（等边三角形）

（等腰三角形）式中t—同一排孔心距，m；

—相邻两排孔心距，m；d0—阀孔直径，m；A0—阀孔总面积，，m2；Aa—鼓泡区面积，m2；N—阀孔总数。而式中，m；，m；

—以角度数表示的反三角函数值。

二、

浮阀塔板的流体力学验算1．气体通过浮阀塔板的压力降气体通过一层浮阀塔板时的压力降应为：

第十四页，共三十页，编辑于2023年，星期三式中pp—塔板压力降，Pa；pc—平板压力降，Pa；pl—液层压力降，Pa；p—克服表面张力的压力降，Pa。或

(1)

平板阻力，阀全开前(u0≤u0c)对F1型阀，，阀全开后(u0≥u0c)式中u0c—临界孔速，即板上所有阀刚好全部开启时的孔速，m/s；

u0—阀孔气速，m/s；L—液体密度，kg/m3；V—气体密度，kg/m3。先联立求解临界孔速u0c，即令：将g=9.81m/s2代入，解得：第十五页，共三十页，编辑于2023年，星期三(1)

板上充气液层阻力（经验公式）式中hL—液层高度，m；0—充气因数水0.50=油0.2~0.35

碳氢化合物0.4~0.5(2)

液体表面张力所造成的阻力（很小，可忽略）式中—液体的表面张力，N/m；h—浮阀的开度，m。

265~530Pa，常压和加压塔一般：pp=200Pa，减压塔2．液泛式中Hd—降液管内的清液层高度，m；

hp—塔板压力降相当的液柱高度，m；

hL—板上液层高度，m；

hd—降液管压力降相当的液柱高度，m。

第十六页，共三十页，编辑于2023年，星期三，无进口堰

，有进口堰式中—液体通过降液管底隙时的流速，m/s。必须：

0.3~0.4，一般物系式中—校正系数=0.6~0.7，不易发泡物系3．雾沫夹带通常用泛点率—操作空塔气速与液泛空塔气速之比来估算雾沫夹带的大小。

80%，大塔泛点率<70%，D<0.9m的塔时可以保证

75%，减压塔而或式中：ZL—板上液流长度，对单溢流，ZL=D-2Wd；

Ab—板上液流面积，对单溢流，Ab=AT-2Af；

CF—泛点负荷系数，见图3-16；

K—物性系数，见表3-4。

第十七页，共三十页，编辑于2023年，星期三4．漏液可取动能因数F0=5~6作为控制漏液量的操作下限，此时漏液量接近10%。5．负荷性能图

(1)

雾沫夹带线

(2)

液泛线

(3)

液相负荷上限线

(4)

漏液线（F1型阀），

(5)

液相负荷下限线

第十八页，共三十页，编辑于2023年，星期三3-1-4塔板效率

一、

塔板效率的表示法1．总板效率ET—反应平均传质效果式中：NT—塔内所需理论板的层数；

Np—塔内实际板的层数。2．单板效率EM，又称为默弗里板效率气相单板效率液相单板效率由于板上浓度的不均匀性，单板效率有可能超过100%。3．点效率EO是指塔板上各点的局部效率，y---与x平衡的气相浓度

第十九页，共三十页，编辑于2023年，星期三二、

塔板效率的估算粘度密度物系性质表面张力扩散系数相对探发度塔径板间距影响塔板效率的因素塔板结构堰高开孔率温度压力操作条件气速气液比理论法，(A.I.Ch.E法)，以点效率为基础。估算方法

经验法，以实验数据和工业数据为基础。另一类是简化的经验计算法，可采用奥康奈尔关联图或关联式

第二十页，共三十页，编辑于2023年，星期三

—O’connell关联式式中—平均温度下的相对挥发度L—平均温度下的液相粘度，mPas。

第二十一页，共三十页，编辑于2023年，星期三第二节

填料塔

3-2-1填料

一、

填料特性表示填料性能的参数有：1．比表面积：单位体积填料层的填料表面积，m2/m3。2．空隙率：单位体积填料层的空隙体积，m3/m3。3．填料因子在选择填料时，一般要求比表面积及空隙率大，填料的润湿性能好，单位体积填料的质量轻，造价低，并有足够的机械强度。二、

填料类型1．拉西环：外径与高度相等的园环。结构简单，研究充分沟流、壁流严重、滞留液量大、气流阻力大2．鲍尔环：在拉西环的侧壁上开出方孔。结构复杂效率高、阻力小3．阶梯环：高度为直径的一半，环的一端制成喇叭口。结构复杂效率高、阻力小、气量大第二十二页，共三十页，编辑于2023年，星期三4．弧鞍与矩鞍弧鞍：易套叠强度较差矩鞍：不套叠、阻力小5．金属环矩鞍环：综合了环形填料和鞍形填料的优点，性能优于鲍尔环和矩鞍填料。6．波纹板及波纹网波纹45，反向靠叠，高40~60mm，直径略小于塔径。波纹板：陶瓷、塑料、金属材料波纹网：金属丝陶瓷，阻力大，耐高温，耐腐不锈钢，成本高材料金属碳钢，不耐腐塑料润湿性差，不耐高温第二十三页，共三十页，编辑于2023年，星期三3-2-2填料塔的流体力学性能

一、

气体通过填料层的压力降可用填料层的△p/z~u关系图来说明，下转折点称为“载点”，上转折点称为“泛点”，将△p/z~u关系线分为三个区域。1．恒持液量区持液量：操作时单位体积填料层内持有的液体体积。气速较低时，液体的流动与气速无关，所以持液量不变。2．载液区气速增大到一定时，气流开始阻碍液体下流，持液量开始增加，出现拦液现象，此点为载点。3．液泛区气速再增大时，液相变为连续相，气相变为分散相，双膜传质变为鼓泡传质，出现液泛现象，此点为泛点。

二、液泛：操作气速以泛点气速为参考（基础），影响泛点气速的因素很多：1．填料的特性：比表面积、空隙率、几何形状对填料特性的影响，集中表现在填料因子上，填料因子越小，泛点气速越高。2．流体的物理性质L，umax（重力）V，umax（气阻）L，umax（摩阻）第二十四页，共三十页，编辑于2023年，星期三3．液气比

，持液量，空隙率，umax。4．埃克特通用关联图，目前广泛采用埃克特通用关联图来计算填料塔的压强降及泛点气速。

三、

润湿性能

传质效率与填料的润湿性能密切相关。实际操作时，采用的喷淋密度应大于最小喷淋密度。若喷淋密度过小，可采用增大回流比或采用液体再循环的方法来保证填料的润湿性能。喷淋密度：单位时间内单位塔截面上喷淋的液体体积，U，m3/(m2s)。

LW------润湿速率：单位时间内单位长度填料周边上的液体体积，LW，m3/(ms)。

0.08m3(mh)，75mm的拉西环及其它填料

0.012m3/(mh)，>75mm的环形填料

第二十五页，共三十页，编辑于2023年，星期三3-2-3填料塔的计算

一、

塔径

然后园整、检验大于最小喷淋密度。二、

塔高1．传质单元法2．等板高度法等板高度(HETP)：与理论塔板的传质作用相当的填料层高度。

式中G—气相的空塔质量速度，kg/(m2h)；—相对挥发度。第二十六页，共三十页，编辑于2023年，星期三3-2-4填料塔附件

一、

填料支承装置栅板式升气管式

二、

液体分布装置

莲蓬式溢流管式盘式筛孔式齿槽式

多孔环管式

三、

液体再分布装置截锥形支承板截锥形

四、

除沫装置：除去出口气流中的液滴。折流板除沫器旋流板除沫器丝网除沫器此处还有填料压板或挡网，气体进口装置第二十七页，共三十页，编辑于2023年，星期三填料塔发展简史

1914年拉西环的出现使填料塔进入了科学发展的轨道，至50年代取得了很大的发展，但由于填料塔的“放大效应”，50年代后填料塔进入了缓慢发展时期，而板式塔应运而生。70年代由于世界性的能源危机后，为了节能，填料塔得到了蓬勃发展，规整填料的出现和塔内件的改进使“放大效应”问题基本解决。

一、

填料塔的特点

1．生产能力大

2．分离效率高

3．压力降小

4．操作弹性大

5.持液量小二、

分类

散装填料填料填料塔塔内件规整填料

筒体

第二十八页，共三十页，编辑于2023年，星期三液体分布装置√填料固定装置或填料压紧装置填料支承装置塔内件液体收集再分布装置气体分布装置√液、气进料装置整体式，≥800mm

筒体分段