化工原理板式塔教材课件

《化工原理》电子教案

——板式塔及其设计计算

《化工原理》电子教案3.1概述高径比很大的设备称为塔1.塔设备的基本功能和性能评价指标①使汽液两相充分接触，适当湍动，提供尽可能大的传质面积和传质系数，接触后两相又能及时完善分离②在塔内使汽、液两相具有最大限度的接近逆流，以提供最大的传质推动力3.1概述高径比很大的设备称为塔塔设备性能的评价指标通量——单位塔截面的生产能力，表征塔设备的处理能力和允许空塔气速分离效率——单位压降塔的分离效果，对板式塔以板效率表示，对填料塔以等板高度表示适应能力——操作弹性，表现为对物料的适应性及对负荷波动的适应性塔设备性能的评价指标通量——单位塔截面的生产能力，表征塔设备2.塔设备的类型根据塔内气、液接触构件的结构形式，分为板式塔和填料塔按塔内汽液接触方式，分为逐级接触式（连续）和微分（连续）接触式之分板式塔：塔内设置一定数量的塔板，处理物料量大时采用填料塔：塔内装有一定高度的填料，塔径较小时采用2.塔设备的类型3.2板式塔按照塔内汽液流动的方式，可将塔板分为错流塔板和逆流塔板3.2板式塔按照塔内汽液流动的方式，可将塔板分为错流塔板和逆汽、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：压力差汽、液两相接触方式两相流动的推动力全塔：逆流接触化工原理板式塔教材课件塔板结构①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。②降液管（液体通道）液体流通通道，多为弓形。③受液盘塔板上接受液体的部分。④溢流堰使塔板上维持一定高度的液层，保证两相充分接触。浮阀塔内部结构塔板结构①气体通道②降液管（液体通道）③受液盘④溢流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。传质的非理想流动情况：

①反向流动

液沫夹带、气泡夹带，即：返混现象

后果：使已分离的两相又混合，板效率降低，能耗增加。②不均匀流动

液面落差（水力坡度）：引起塔板上气速不均；塔壁作用（阻力）：引起塔板上液速不均，中间>近壁；后果：使塔板上气液接触不充分，板效率降低。塔板上理想流动情况：传质的非理想流动情况：后果：使已分离的两液泛现象：3.3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。液泛现象：3.3塔内气、液两相异常流动（1）液泛①过量雾沫夹带液泛原因：①气相在液层中鼓泡，气泡破裂，将雾沫弹溅至上一层塔板；②气相运动是喷射状，将液体分散并可携带一部分液沫流动。

说明：开始发生液泛时的气速称之为液泛气速。①过量雾沫夹带液泛原因：②降液管液泛

当塔内气、液两相流量较大，导致降液管内阻力及塔板阻力增大时，均会引起降液管液层升高，当降液管内液层高度难以维持塔板上液相畅通时，降液管内液层迅速上升，以致达到上一层塔板，逐渐充满塔板空间，即发生液泛。并称之为降液管液泛。说明：两种液泛互相影响和关联，其最终现象相同。②降液管液泛

当塔内气、液两相流量较大，（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。（2）严重漏液漏液量增大，导致塔板上难以维持正常3.4常用塔板的类型（1）泡罩塔优点：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，塔板阻力大但生产能力不大。

塔板是气液两相接触传质的场所，为提高塔板性能，采用各种形式塔板。组成：升气管和泡罩3.4常用塔板的类型（1）泡罩塔优点：塔板操作弹性大，塔效圆形泡罩条形泡罩泡罩塔圆形泡罩条形泡罩泡罩塔（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：3-8mm，大孔径筛板：12-25mm。（2）筛板塔板优点：结构简单、造价低、塔板阻力小。塔板上开圆

筛板筛板（3）浮阀塔板圆形浮阀条形浮阀浮阀塔盘方形浮阀（3）浮阀塔板圆形浮阀条形浮阀浮阀塔盘方形浮阀优点：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、（4）多降液管（MD）塔板

优点：提高允许液体流量（4）多降液管（MD）塔板3.5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

；选取塔板间距HT；

选取塔板间距

HT

：理论塔板数计算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：3.5筛板塔化工设计计算选取塔板间距HT：理论塔板数计

C：气体负荷因子，与HT、液体表面张力和两相接触状况有关。①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)；然后选设计气速

u；最后计算塔径D。C：气体负荷因子，与HT、液体表面张力和两相接化工原理板式塔教材课件②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×ufADAd③计算塔径

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。②选取设计气速u所需气体流通截面积设计气速u=泛（3）溢流装置设计①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。②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30~40mm。③

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。（3）溢流装置设计②降液管形式和底隙③溢流堰（出化工原理板式塔教材课件堰长

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：40~80mm；减压塔：25mm左右。说明：通常应使溢流强度qVLh/lW

不大于100~130m3/（mh）。

或：

双流型:单流型：堰长lW：影响液层高度。堰高hW：直接影响塔板上液层厚(4)塔板及其布置①受液区和降液区一般两区面积相等。②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：③边缘区：bcbdbslWrx(4)塔板及其布置其中，E：液流收缩系数，一般可近似取（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：④有效传质区：双流型弓形降液管塔板：bcbdbslWrxd0t（5）筛孔的尺寸和排列单流型弓形降液管塔板：④有效传质区：筛孔直径d0:3~8mm(一般)。

12~25mm(大筛孔)

孔中心距t:(2.5~5)d0

取整。开孔率φ:

通常为0.08~0.12。板厚：碳钢（3~4mm）、不锈钢。

筛孔气速：筛孔数：d0t筛孔直径d0:3~8mm(一般)。筛孔气速：(6)塔板的校核

对初步设计的结果进行调整和修正。①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ψ：夹带的液体流量占横过塔板液体流量的分数。故有：

所以(6)塔板的校核①液沫夹带量校核所以说明：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Ψ，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≤

0.1

kg

液体/kg气体。说明：超过允许值，可调整塔板间距或塔径。②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hσ—孔口处表面张力。清液柱高度表示：（a）干板阻力h0②塔板阻力的计算和校核塔板阻力hf包括以下几部分:清d0/δC0塔板孔流系数C0—孔流系数d0/δC0塔板孔流系数C0—孔流系数（b）液层阻力hl查图求充气系数β（b）液层阻力hl查图求充气系数β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）

③降液管液泛校核故塔板阻力：降液管中清液柱高度(m)说明：若塔板阻力过大，可增加开孔率或降低堰高。（c）克服（a）液面落差Δ一般较小，可不计。当不可忽略时，一般要求：Δ<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：（a）液面落差Δ一般较小，可不计。当不可忽略时，一般要求泡沫层高度要求：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，④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。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（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。⑤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：（a）计算严重漏液时干板阻力h0´（b）计算漏液点气速①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）塔板的负荷性能图——确定塔板的操作弹性②液相下限线整理出：规定③严重漏液线（气相下限线）①过量液沫夹带线（气相负荷上限线）（6）塔板的负荷性能图—代入相关公式，如hOW、σ、u0’，整理出。④液相上限线——保证液体在降液管中有一定的停留时间。⑤降液管液泛线代入相关公式，如hOW、σ、u0’，整理出。④液相上限线—塔板的操作弹性：或塔板的操作弹性：或化工原理课程设计任务书1设计题目：分离甲醇—水混合液的浮阀精馏塔原始数据及条件生产能力：年处理甲醇—水混合液8万吨（开工率300天/年）原料：甲醇含量为20%（质量分率，下同）的常温液体分离要求：塔顶甲醇含量不低于95%

塔底甲醇含量不高于2%建厂地址:济南化工原理课程设计任务书1化工原理课程设计任务书2设计题目：分离甲醇—水混合液的浮阀精馏塔原始数据及条件生产能力：年处理甲醇—水混合液10万吨（开工率300天/年）原料：甲醇含量为20%（质量分率，下同）的常温液体分离要求：塔顶甲醇含量不低于95%

塔底甲醇含量不高于2%建厂地址:济南化工原理课程设计任务书2化工原理课程设计任务书3设计题目：分离苯—甲苯混合液的浮阀精馏塔原始数据及条件生产能力：年处理苯—甲苯混合液2万吨（开工率330天/年）原料：苯含量为26.7%（质量分率，下同）的65℃液体分离要求：塔顶苯含量不低于98%

塔底苯含量不高于2%建厂地址:济南化工原理课程设计任务书3化工原理课程设计任务书4设计题目：分离苯—甲苯混合液的浮阀精馏塔原始数据及条件生产能力：年处理苯—甲苯混合液1.8万吨（开工率330天/年）原料：苯含量为26.7%（质量分率，下同）的40℃液体分离要求：塔顶苯含量不低于98%

塔底苯含量不高于2%建厂地址:济南化工原理课程设计任务书4化工原理课程设计任务书5设计题目：分离苯—甲苯混合液的浮阀精馏塔原始数据及条件生产能力：年产2.5万吨苯(纯),（开工率7920小时）原料：苯含量为40%（质量分率，下同）的饱和液体分离要求：塔顶苯含量不低于98%

塔底苯含量不高于2%建厂地址:济南化工原理课程设计任务书5化工原理课程设计任务书6设计题目：分离苯—甲苯混合液的浮阀精馏塔原始数据及条件生产能力：年产2.0万吨苯(纯),（开工率7000小时）原料：苯含量为40%（质量分率，下同）的饱和液体分离要求：塔顶苯含量不低于98%

塔底苯含量不高于2%建厂地址:济南化工原理课程设计任务书6化工原理课程设计任务书7

设计题目：分离甲醇—水混合液的浮阀精馏塔原始数据及条件生产能力：年产甲醇(纯)4万吨（开工率7200小时）原料：甲醇含量为40%（质量分率，下同）的饱和液体分离要求：塔顶甲醇含量不低于98%

塔底甲醇含量不高于2%建厂地址:济南化工原理课程设计任务书7

设计题目：分离甲醇—水混合液的浮阀

化工原理课程设计任务书8设计题目：分离甲醇—水混合液的浮阀精馏塔原始数据及条件生产能力：年产甲醇(纯)3万吨（开工率7200小时）原料：甲