塔设备一次课

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1、第三章 塔设备 概 述 气、液传质设备功能: 为混合物的气、液两相提供 多级的充分、有效的接触与及时、完全分离的条件 。 二是填料塔: 气、液两相是微分接触，组成则发生连 续变化。 一是板式塔: 气液两相逐级接触，浓度发生阶跃式变 化。 3.1 板式塔 塔板类型 溢流式塔板 板上有降液管； 液体横向流过塔板，经降液管 流向下一层塔板； 气体垂直穿过塔板及液层（错 流塔板）； 特点： 分离效率高； 板上有液位差，引起气体分布 不均匀； 目前常用 穿流式塔板 板上无降液管； 气液相同时通过板上孔道逆向穿流而过（逆流塔板）。 特点： 结构简单； 操作范围小； 分离效率低。 应用较少 3.1.1 气液

2、相流程 v 从全塔来看，气相在塔内逐级上升，液相由塔顶 逐级下降。在下降中与上升气相进行接触传质。 液体横向流过塔板，经溢流堰溢流进入降液管，液体 在降液管内释放夹带的气体，从降液管底隙流至下一 层塔板。 塔板下方的气体穿过塔板上气相通道，如筛孔、浮阀 等，进入塔板上的液层鼓泡，气、液接触进行传质。 气相离开液层而奔向上一层塔板，进行多级的接触传 质。 气液相接触状态气液相接触状态 1）鼓泡接触状态 当气速较低时，气体以鼓泡形式通过液层。由于气泡的数量不 多，气液两相接触的表面积不大，传质效率很低。 2）蜂窝状接触状态 随着气速的增加，气泡的数量不断增加，在液层中累积。气泡 之间相互碰撞，形成

3、各种多面体的大气泡。此时气泡不易破裂， 表面得不到更新，不利于传热和传质。 3）泡沫接触状态 当气速继续增加，气泡数量急剧增加，气泡不断发生碰撞和破 裂，此时板上液体大部分以液膜的形式存在于气泡之间。泡沫接 触状态的表面积大，并不断更新，为两相传热与传质提供了良好 的条件。 4）喷射接触状态 当气速继续增加，由于气体动能很大，把板上的液体向上喷成 大小不等的液滴。此时塔板上的气体为连续相，液体为分散相。 液滴的不断分散和反复形成，使传质面积大大增加，表面不断更 新，有利于传质与传热进行。 泡沫状态和喷射状态均是优良的塔板接触状态。 1、概述 塔体为一圆式筒体，塔 体内装有多层塔板。 hW 3.

4、1.2 塔板的结构 气相通道气相通道： 形式多，如筛孔、泡罩等形式多，如筛孔、泡罩等 对塔板的性能影响较大。对塔板的性能影响较大。 液相通道液相通道： 降液管、底隙、溢流堰降液管、底隙、溢流堰 。 降液管、溢流堰、底隙等 降液管是塔板间的液体通 道及液相夹带气泡的分 离场所 v有弓形、圆形或矩形几 种型式。 2、溢流装置 3、溢流堰 n降液管顶部设有溢流堰hw，以维持塔板上一定液层 高度。降液管底部留有底隙hb，为液体进入下层塔 板的通道 n溢流堰型式 平直堰型式 齿形堰 3.1.3 板式塔的流体力学性能 1、 塔内气、液两相异常流动 液泛 v正常操作时，降液管中有一足够的液 体高度，以克服两

5、板间由气体压差造 成的压降使液体能够自上而下流动 v若气相的流量塔板压降降液管 内液体流动不畅管内液体积累； v若液相的流量降液管内截面不能满 足该液体顺利流过管内液体积累； v从而必然使降液管内液体 不断增高最终使整个板 间充满液体塔操作被严 重破坏。这种现象即为液 泛（淹塔）。 v气速有利于形成湍动的 泡沫层传质速率。但不 能超过液泛时的气速 v液泛时的气速应为塔操作 的极限速度。 v板间距可提高液泛时气 速 雾沫夹带 当气速，使塔板处于泡沫状态或 喷射状态时液体被吹散成液滴 而被抛到一定的高度其中某些 液滴被带到上一层塔板，该现象 称为雾沫夹带。 塔板效率 v应限制雾沫夹带。eV0.1k

6、g( 液)/kg(气) 影响雾沫夹带量的因素：影响雾沫夹带量的因素： 空塔气速空塔气速 塔板间距塔板间距雾沫夹带量雾沫夹带量 严重漏液 气体通过塔板的速度 上升气体通过孔道 的动压不足以克服板上液体的重力液体从 塔板上的开孔处往下漏，称漏液。 漏液造成的影响： n漏液严重时塔板上建立不起液层气液不 能充分接触塔板效率 n应限制漏液量。要求不大于液体流量的 10%。漏液速度，它是塔操作的气相下限 速度。 2、塔板负荷性能图 v适宜操作范围的图形称之为塔的负荷性能图。 v过量液沫夹带线，或气相上限线 Vmax 过量液沫夹带量ev10% v 液相下限线 Lmin 堰最小溢流强度，即液相流量的下限。

7、v 气相下限线 Vmin 当气相流量降到一定程度时，塔将产生严重漏液 v液相的上限线 Lmax 当液体在降液管中停留时间过小，所含气体释放不净，导致 返混，影响塔板效率。 v液泛线当降液管内泡沫层高度达到上层塔板，使液流不畅 时即开始发生液泛，L,V 操作线 确定设计点P，过op作操作线交 Vmin，Vmax。为该塔板 操作负荷的上、下限。 两者之比为塔的操作弹性： v 塔板操作弹性并非恒定不 变，而与操作条件有关 va工况受液相下限及液沫 夹带线控制。b工况则受漏 液线及降液管液泛线控制。 c工况则受漏液线及液相上 限控制。 3.1.4 塔板型式 按气相通过塔盘传质元件的不同，可分为不同型

8、式的塔板 评价塔板性能的评价塔板性能的标准标准： 生产能力生产能力：单位时间单位面积的处理量；：单位时间单位面积的处理量； 分离效率分离效率：分离能力，产品质量；：分离能力，产品质量； 适应能力适应能力：对不同性质的物料的适应性；：对不同性质的物料的适应性； 操作弹性操作弹性：维持正常操作气速允许变动的范围；：维持正常操作气速允许变动的范围； 流动阻力流动阻力：干板阻力液层阻力；：干板阻力液层阻力； 塔的结构、成本、安装塔的结构、成本、安装及运转的可靠性。及运转的可靠性。 n优点：升气管高出板面 不易发生漏液，操作弹 性较好；塔板不易堵塞。 宜处理较大的焦油或渣 子较多的醪液。 n缺点：板结构

9、复杂，金属 耗量大，造价高；气流流 径曲折，p大；有返混； 雾沫夹带严重，限制了气 速提高 （1 1）泡罩塔）泡罩塔 （2）浮阀塔板 浮阀是20世纪二战后开始研究，50年代开始启用的一种新型 塔板，后来又逐渐出现各种型式的浮阀，其型式有圆形、方 形、条形及伞形等。国内常用的有F1型和V4型。 F1型 V4型十字架型 A型 方形浮阀型 n优点：浮阀可随气速的变化上、下自由浮动 ，生产能力大(与筛板塔的相近)比泡罩的大 20%40% 。操作弹性大；p小；造价低 。 n缺点：不宜处理易结焦或大的物系。发腿 会卡住或磨损。 (3) 筛板塔 v有溢流管的筛板塔孔口无遮拦 较易出现“漏液”现象。该问 题曾

10、困扰着筛板塔的使用。 v优点：结构简单，造价低；塔板 p小，液面落差也小；生产能 力及板效率均大于泡罩塔。 v缺点：操作弹性小；易造成堵塞 。 （I）斜孔塔板 (4) 其他型式的塔板 （II）网孔塔板 （III）多降液管塔板 （IV）林德筛板 冲制栅板 由金属条组成的栅板 无溢流筛板 （V）无溢流栅板和筛板 一、填空、选择题 v气体通过塔板的阻力可视作是_的阻力与 _的阻力之和。 v同一塔板上液体流量愈大，则液面落差愈 _（大，小），而塔板上各处气体的压力 降_（均匀，不均匀） v只要塔板间距足够高，便可以消除雾沫夹带。_（对， 错），但不能一定避免降液管液泛。_ （对，错） v板式塔塔板上汽

11、液两相接触状态有 ， 、和 四种。 v板式塔从总体上看汽、液两相呈_ 接触，在板上 汽液两相呈_接触。（逆流，并流，错流） v板式塔不正常操作现象通常有 _ 、_ 和 _。 下列命题不正确是_。 v（） 上升气速过大会使板效率下降。 （） 上升气速过大会引起液泛。 （） 上升气速过大会造成过量的液沫夹带。 （） 上升气速过大会造成过量的气泡夹带。 v在板式塔结构设计中，哪些因素考虑不周时，则塔易发生降 液管液泛，请列举出其中三种情况： v板式塔塔板上造成液面落差的主要原因是_、 _及 _。 n筛板塔、泡罩塔、浮阀塔相比较，操作弹性最大的是 ；单板压力降最小的是；造价最便 宜的是。A 筛板塔 B

12、 浮阀塔 C 泡罩塔 n板式塔的类型有：、和 等（至少列举三种）。筛板塔设计中，板间距 HT设计偏大优点是；缺点是。 n评价塔板性能的标准是 ？ v干板 液层 n大 不均匀 v错 对 v鼓泡 蜂窝 泡沫 喷雾 n逆流 错流 v过量雾沫夹带 漏液 液泛 n（4）错 n 板间距太小 开孔率太小 降液管截面太小 降液管底隙h0太小 n液体流道过长，气液流量过大 流动阻力过大 n相等 n降低塔板有效面积利用率 使塔板上液体分布不均 参考答案 nB A A n泡罩塔、浮阀塔、筛板塔。液沫夹带少，不易造成降液 管液泛；增加全塔高度。 n通过能力大；塔板效率高；塔板压降低；操作弹性大； 结构简单，制造成本低。