化工原理讲稿下册应化气液传质设备课件

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1、第十二章第十二章 气液传质设备气液传质设备 (Mass Transfer Equipments)(Mass Transfer Equipments)第十二章第十二章 气液传质设备气液传质设备主要内容主要内容第一节第一节 概概 述述第二节第二节 板式塔板式塔 第三节第三节 填料塔填料塔第四节第四节 填料塔与板式塔的比较填料塔与板式塔的比较第一节第一节 概概 述（述（IntroductionIntroduction） 一、气、液传质设备一、气、液传质设备( (塔设备塔设备) )的作用的作用基本作用有两个：基本作用有两个：提供气、液两相充分接触的场所，使传热、提供气、液两相充分接触的场所，使传热、传

2、质两种传递过程能够迅速有效地进行；传质两种传递过程能够迅速有效地进行；使接触后的汽液两相及时分开，互不夹带。使接触后的汽液两相及时分开，互不夹带。二、塔设备的分类二、塔设备的分类板式塔板式塔填料塔填料塔第一节第一节 概概 述（述（IntroductionIntroduction） 三、评价塔设备的基本性能指标三、评价塔设备的基本性能指标 1.1.生产能力生产能力：单位塔截面单位时间的处理量：单位塔截面单位时间的处理量 2.2.分离效率分离效率： 板式塔：每层塔板的分离程度板式塔：每层塔板的分离程度 填料塔：单位高度填料层所能达到的分离程度填料塔：单位高度填料层所能达到的分离程度 3.3.操作弹

3、性操作弹性：塔的最大处理量与最小处理量之比：塔的最大处理量与最小处理量之比 4. 4.流动阻力流动阻力：主要指气相阻力：主要指气相阻力第一节第一节 概概 述（述（IntroductionIntroduction） 一、塔板类型一、塔板类型（二）有溢流塔板（溢流型塔板）（二）有溢流塔板（溢流型塔板） 特点：气液相有各自的通道，相对比特点：气液相有各自的通道，相对比较稳定，便于操作，技术上也比较成熟，较稳定，便于操作，技术上也比较成熟，所以目前的塔设备多采用这种方式。所以目前的塔设备多采用这种方式。（一）无溢流塔板（穿流型塔板）（一）无溢流塔板（穿流型塔板） 特点：气液相有共同的通道，汽液两特点：

4、气液相有共同的通道，汽液两相逆流，传质推动力最大，但由于这种塔相逆流，传质推动力最大，但由于这种塔板不稳定，现在在现场很少使用。板不稳定，现在在现场很少使用。第二节第二节 板式塔板式塔 Plate (tray) tower Plate (tray) tower 1.1.泡罩塔板（泡罩塔板（ Bubble-cap Tray Bubble-cap Tray）第二节第二节 板式塔板式塔 Plate (tray) tower Plate (tray) tower 气相鼓泡元件：泡罩（泡帽）气相鼓泡元件：泡罩（泡帽）第二节第二节 板式塔板式塔 Plate (tray) tower Plate (tray

5、) tower 泡罩塔 缺点：生产能力缺点：生产能力小、结构复杂，造价小、结构复杂，造价高、压降大、高、压降大、 效率低。效率低。 优点：操作弹性优点：操作弹性大，操作稳定，不易大，操作稳定，不易堵塞。堵塞。第二节第二节 板式塔板式塔 Plate (tray) tower Plate (tray) tower 2.2.浮阀塔板浮阀塔板 自二十世纪五十年代问世后，很快在石油、化工行业得自二十世纪五十年代问世后，很快在石油、化工行业得到推广，至今仍为应用最广的一种塔板。到推广，至今仍为应用最广的一种塔板。 特点：结构简单，生产能力和操作弹性大，板效率高。特点：结构简单，生产能力和操作弹性大，板效率

6、高。综合性能较优异。综合性能较优异。 第二节第二节 板式塔板式塔 Plate (tray) tower Plate (tray) tower F1F1型浮阀型浮阀第二节第二节 板式塔板式塔 Plate (tray) tower Plate (tray) tower 第二节第二节 板式塔板式塔 Plate (tray) tower Plate (tray) tower 十字架型浮阀十字架型浮阀第二节第二节 板式塔板式塔 Plate (tray) tower Plate (tray) tower HTV(Half Tube Valve)HTV(Half Tube Valve)型浮阀型浮阀第二节第二

7、节 板式塔板式塔 Plate (tray) tower Plate (tray) tower 3.3.筛孔塔板（筛孔塔板（ Sieve Tray Sieve Tray ） 结构最简单的一种板型。但由于结构最简单的一种板型。但由于早期对其性能认识不足，为易漏液、早期对其性能认识不足，为易漏液、操作弹性小、难以稳定操作等问题所操作弹性小、难以稳定操作等问题所困，使用受到极大限制。困，使用受到极大限制。 1950 1950 年后开始对筛孔塔板进行较年后开始对筛孔塔板进行较系统全面的研究，从理论和实践上较系统全面的研究，从理论和实践上较好地解决了有关筛板效率，流体力学好地解决了有关筛板效率，流体力学性

8、能以及塔板漏液等问题，获得了成性能以及塔板漏液等问题，获得了成熟的使用经验和设计方法，使之逐渐熟的使用经验和设计方法，使之逐渐成为应用最广的塔板类型之一。成为应用最广的塔板类型之一。 第二节第二节 板式塔板式塔 Plate (tray) tower Plate (tray) tower 20=ao50R25气相4.4.舌型塔板舌型塔板第二节第二节 板式塔板式塔 Plate (tray) tower Plate (tray) tower 缺点：张角固定，在气量较小时，经舌孔喷射的气速低，缺点：张角固定，在气量较小时，经舌孔喷射的气速低，塔板漏液严重，操作弹性小。塔板漏液严重，操作弹性小。 液体在

9、同一方向上加速，有可能使液体在板上的停留时液体在同一方向上加速，有可能使液体在板上的停留时间太短、液层太薄，板效率降低。间太短、液层太薄，板效率降低。 舌型塔板特点：舌型塔板特点： 优点：气液并流避免了返混和液面落差，塔板上液层较优点：气液并流避免了返混和液面落差，塔板上液层较低，塔板压降较小。低，塔板压降较小。 气流方向近于水平。相同的液气比下，舌形塔板的液沫气流方向近于水平。相同的液气比下，舌形塔板的液沫夹带量较小，故可达较高的生产能力。夹带量较小，故可达较高的生产能力。第二节第二节 板式塔板式塔 Plate (tray) tower Plate (tray) tower 浮舌塔板浮舌塔板

10、浮阀塔板的最新进展浮阀塔板的最新进展由于浮阀塔板的气体流通面积能随气体负荷变由于浮阀塔板的气体流通面积能随气体负荷变动自动调节动自动调节,因而能在较宽的气体负荷下保持稳因而能在较宽的气体负荷下保持稳定操作定操作;同时气液接触时间长同时气液接触时间长,雾沫夹带少雾沫夹带少,具有具有良好的操作弹性和较高的塔板效率良好的操作弹性和较高的塔板效率,在工业中得在工业中得到了较为广泛地应用。下面重点介绍一下浮阀到了较为广泛地应用。下面重点介绍一下浮阀塔板的最新进展。塔板的最新进展。传统的传统的F1F1型浮阀塔板存在的不足：型浮阀塔板存在的不足：F1F1型浮阀塔板依然存在着不足型浮阀塔板依然存在着不足:(1

11、):(1)浮阀阀盖上浮阀阀盖上方无鼓泡区方无鼓泡区, ,其上方气液接触状况较差其上方气液接触状况较差, ,造成塔造成塔板传质效率降低板传质效率降低;(2);(2)塔板上液面梯度较大塔板上液面梯度较大, ,气体气体在液体流动方向上分布不均匀在液体流动方向上分布不均匀;(3);(3)从阀孔出来从阀孔出来的气体向四周吹出的气体向四周吹出, ,导致塔板上液体返混程度较导致塔板上液体返混程度较大大;(4);(4)在操作中在操作中, ,浮阀和阀孔易被磨损浮阀和阀孔易被磨损, ,浮阀易浮阀易脱落。脱落。微分浮阀微分浮阀微分浮阀如图所示。该浮阀微分浮阀如图所示。该浮阀在阀盖上开小阀孔在阀盖上开小阀孔, ,充分

12、利用浮阀充分利用浮阀上部的传质空间上部的传质空间, ,使气体分散更细使气体分散更细密均匀密均匀, ,气液接触更充分，提高了气液接触更充分，提高了气液分布的均匀度气液分布的均匀度; ;阀脚采用新的阀脚采用新的结构设计结构设计, ,使浮阀安装快捷方便使浮阀安装快捷方便, ,操操作时浮阀不易旋转作时浮阀不易旋转, ,不会脱落。与不会脱落。与1 1型浮阀相比型浮阀相比, ,微分浮阀的塔板效微分浮阀的塔板效率提高了率提高了10%10%20%,20%,塔板处理能力塔板处理能力提高约提高约40%40%。高效锥形浮阀高效锥形浮阀高效锥形浮阀如图所示。它的特点在于高效锥形浮阀如图所示。它的特点在于: :在锥体在

13、锥体的正底部和腰部钻的正底部和腰部钻4 4个合适尺寸的小孔个合适尺寸的小孔, ,运行中气运行中气流沿小孔均匀喷出流沿小孔均匀喷出, ,一方面给阀体一个向上的提一方面给阀体一个向上的提升力升力, ,减少塔板的压力降减少塔板的压力降; ;另一方面改善气液接触另一方面改善气液接触, ,消除消除1 1浮阀阀盖上部的液体滞留区浮阀阀盖上部的液体滞留区, ,优化传质作优化传质作用用; ;导流锥和小孔的共同作用导流锥和小孔的共同作用, ,使气流均匀顺畅地使气流均匀顺畅地沿阀体四周流出沿阀体四周流出, ,避免了浮阀的磨损、脱落、卡避免了浮阀的磨损、脱落、卡死等现象的发生。死等现象的发生。导向圆浮阀导向圆浮阀如

14、图所示，导向圆浮阀在阀盖上开设导如图所示，导向圆浮阀在阀盖上开设导向孔向孔, ,增大了气体通道的有效面积增大了气体通道的有效面积, ,气体气体分布较为均匀分布较为均匀, ,有效地降低了气速有效地降低了气速, ,减少减少了雾沫夹带量了雾沫夹带量, ,同时降低了液面梯度和同时降低了液面梯度和塔板压力降塔板压力降, ,提高了传质效果。另外提高了传质效果。另外, ,它它同时在阀孔内设置槽孔同时在阀孔内设置槽孔, ,避免了阀体的避免了阀体的旋转、磨损、脱落。与旋转、磨损、脱落。与1 1型浮阀相比型浮阀相比, ,塔板压降降低了塔板压降降低了100100200200, ,处理能处理能力提高力提高15%15%

15、35%,35%,塔板效率提高塔板效率提高10%10%20%20%。条形浮阀条形浮阀条形浮阀的特点为条形浮阀的特点为:条形浮阀不会旋转条形浮阀不会旋转,因而不因而不易磨损易磨损,阀片不会卡死、脱落阀片不会卡死、脱落;由于条形浮阀的由于条形浮阀的气体从两侧喷出气体从两侧喷出,不像圆形浮阀从四周喷出不像圆形浮阀从四周喷出,所所以塔板上的液体返混小于圆形类浮阀塔板以塔板上的液体返混小于圆形类浮阀塔板,效率效率相对较高相对较高;可以排出较圆孔形更大的开孔率可以排出较圆孔形更大的开孔率,从从而提高处理能力。而提高处理能力。条形浮阀存在的不足条形浮阀存在的不足与传统圆形浮阀类似与传统圆形浮阀类似,阀盖上方无

16、鼓泡区阀盖上方无鼓泡区,造造成塔板传质效率降低成塔板传质效率降低;液面落差较大液面落差较大长条形阀孔的四个锐角会形成严重的应力集长条形阀孔的四个锐角会形成严重的应力集中中,易引起塔板的机械损坏。易引起塔板的机械损坏。因此近年来国内不仅对条形浮阀的性能进行大因此近年来国内不仅对条形浮阀的性能进行大量研究量研究,还针对条形浮阀的不足还针对条形浮阀的不足,开发出多种形式开发出多种形式的条形浮阀。的条形浮阀。JF复合浮阀塔板复合浮阀塔板如图所示如图所示,复合浮阀塔板在条形浮阀的阀盖复合浮阀塔板在条形浮阀的阀盖上开孔，开孔方向朝着降液管上开孔，开孔方向朝着降液管 ，使阀盖上的气、，使阀盖上的气、液两相并

17、流液两相并流,气相推动液相流动气相推动液相流动,液面梯度及塔液面梯度及塔板压降减小板压降减小,通量增大。解决了传统浮阀上端存通量增大。解决了传统浮阀上端存在传质死区的不足在传质死区的不足,板效率大大提高。板效率大大提高。导流浮阀塔板导流浮阀塔板洛阳石油化工工程公司设备研究所开发的洛阳石油化工工程公司设备研究所开发的导流浮阀塔板，在浮阀的前阀腿上开孔导流浮阀塔板，在浮阀的前阀腿上开孔, ,如图所示。气流在水平通过阀体两侧的同如图所示。气流在水平通过阀体两侧的同时时, ,增加一个向前吹出的气流动力增加一个向前吹出的气流动力, ,导引液导引液体向前流动有利于克服液体滞流与返混现体向前流动有利于克服液

18、体滞流与返混现象象, ,减小液面落差减小液面落差, ,这对于降低塔板压降和这对于降低塔板压降和提高塔板效率都有积极作用。该导流浮阀提高塔板效率都有积极作用。该导流浮阀的塔板压降较的塔板压降较1 1浮阀平均降低约浮阀平均降低约200200250250, ,塔板泄漏约低塔板泄漏约低10%,10%,塔板效率提高塔板效率提高约约10%10%。梯形导向浮阀梯形导向浮阀梯形导向浮阀如图所示。阀盖呈梯形梯形导向浮阀如图所示。阀盖呈梯形,推动液体推动液体在塔板上流动在塔板上流动,另外又在阀盖上开设导向孔另外又在阀盖上开设导向孔,增增大阀体的整体导向作用。另外还有箭形浮阀大阀体的整体导向作用。另外还有箭形浮阀,

19、如如图所示图所示,这种浮阀在具有导向作用的箭形阀盖上这种浮阀在具有导向作用的箭形阀盖上冲出导气孔或设置浮阀冲出导气孔或设置浮阀,提高了传质效率。提高了传质效率。齿边浮阀齿边浮阀浮阀阀面侧边的形状为向下折的齿形边浮阀阀面侧边的形状为向下折的齿形边, ,使气体流出浮阀使气体流出浮阀侧孔时被分割成许多股小气流侧孔时被分割成许多股小气流, ,从而增大气液接触面积从而增大气液接触面积, ,提提高塔板传质效率高塔板传质效率; ;齿形边向下弯曲后齿形边向下弯曲后, ,通过浮阀时一部分气通过浮阀时一部分气体碰到齿形边后以斜向下的方向喷入浮阀间液层体碰到齿形边后以斜向下的方向喷入浮阀间液层, ,而另一而另一部分

20、气体则通过齿间的空隙以斜向上的方向喷入浮阀上部部分气体则通过齿间的空隙以斜向上的方向喷入浮阀上部液层液层, ,使得浮阀间及浮阀上部液层的局部气含率趋于一致使得浮阀间及浮阀上部液层的局部气含率趋于一致, ,提高操作稳定性提高操作稳定性; ;浮阀阀面中心具有向下凹的楔形槽浮阀阀面中心具有向下凹的楔形槽, ,可以可以降低气体通过浮阀的阻力降低气体通过浮阀的阻力; ;在背液阀腿上设置有导向孔在背液阀腿上设置有导向孔, ,可可以减小塔板上的液面梯度以减小塔板上的液面梯度, ,并消除塔板上的液体滞流区。并消除塔板上的液体滞流区。这是一种综合性能良好的浮阀。这是一种综合性能良好的浮阀。齿边浮阀齿边浮阀BVT

21、浮阀浮阀在船形浮阀塔板的基础上在船形浮阀塔板的基础上, ,石油大学又开石油大学又开发出一种对液体有导向作用、低压降的发出一种对液体有导向作用、低压降的塔板塔板, ,如图所示。如图所示。( () )浮阀将浮阀将T T浮阀等半径浮阀等半径的半圆管形改为前端小、后端大的半锥形结构的半圆管形改为前端小、后端大的半锥形结构, ,并在大端开有舌形导向孔。舌孔和阀孔中吹出并在大端开有舌形导向孔。舌孔和阀孔中吹出的气体对液体具有双重的向前推动力的气体对液体具有双重的向前推动力, ,在相当程在相当程度上减小了液面梯度度上减小了液面梯度, ,减少板面上的积液减少板面上的积液, ,不同不同程度上消除了液体滞留区程度

22、上消除了液体滞留区, ,从而提高了传质效率从而提高了传质效率, ,塔板压降也相应减小。塔板压降也相应减小。BVT BVT 浮阀塔板作为浮阀塔板作为HTV HTV 浮阀塔板的一种发展浮阀塔板的一种发展改型改型, , 经过几个工业塔的成功应用表明经过几个工业塔的成功应用表明: : 该塔该塔板在实际应用中安装方便板在实际应用中安装方便, , 操作灵活操作灵活, , 在保持在保持产品质量合格的基础上产品质量合格的基础上, , 增大了处理量增大了处理量, , 油品油品分割效果和轻油收率得到提高分割效果和轻油收率得到提高, , 具有广泛的应具有广泛的应用前景。用前景。Super V形形该浮阀采用形带翼结构

23、该浮阀采用形带翼结构, ,阀体侧翼开孔和开缝阀体侧翼开孔和开缝, ,提高塔板气液接触均匀性提高塔板气液接触均匀性, ,防止浮阀结焦和结垢防止浮阀结焦和结垢沉积。试验操作表明沉积。试验操作表明, ,该塔板操作灵活该塔板操作灵活, ,浮阀活浮阀活动自如动自如, ,同时阀翼开缝对阀体有优良的自清洗作同时阀翼开缝对阀体有优良的自清洗作用用, ,但雾沫夹带略大。但雾沫夹带略大。二、塔板的结构二、塔板的结构1.1.塔板的分区塔板的分区鼓泡区：鼓泡区：气液两相传热、传质气液两相传热、传质降液区：降液区：液体通道，小气泡聚合成大气泡再返回液体通道，小气泡聚合成大气泡再返回受液区：受液区：接受降液管的液体接受降

24、液管的液体安定区：安定区：减少降液管气泡夹带量减少降液管气泡夹带量边缘区：边缘区：支撑塔板及塔板上液体支撑塔板及塔板上液体第二节第二节 板式塔板式塔 Plate (tray) tower Plate (tray) tower 2.2.主要构件主要构件气体通道气体通道 鼓泡元件鼓泡元件：形成气液两相传热传质的主要构件，：形成气液两相传热传质的主要构件，型式有筛板型、泡罩型、浮阀型、喷射型等等型式有筛板型、泡罩型、浮阀型、喷射型等等降液管溢流堰受液盘第二节第二节 板式塔板式塔 Plate (tray) tower Plate (tray) tower (1)(1)降液管降液管 作用：液体通道，让液

25、体在其中停留一段时间，作用：液体通道，让液体在其中停留一段时间，使液体所夹带的汽泡有充分的时间得以从液体中溢出。使液体所夹带的汽泡有充分的时间得以从液体中溢出。 型式：弓形、圆形、矩形；型式：弓形、圆形、矩形；圆形圆形弓形弓形矩形矩形液体通道液体通道第二节第二节 板式塔板式塔 Plate (tray) tower Plate (tray) tower (2)(2)受液盘受液盘作用：接受由降液管下来的液体，缓冲液体流下时的作用：接受由降液管下来的液体，缓冲液体流下时的冲击作用，稳定塔板上液体的流动状态，以确保传冲击作用，稳定塔板上液体的流动状态，以确保传质过程的稳定进行。质过程的稳定进行。型式型

26、式：平形、凹形：平形、凹形平形平形凹形凹形第二节第二节 板式塔板式塔 Plate (tray) tower Plate (tray) tower (3)(3)溢流堰（出口堰）溢流堰（出口堰）作用：维持塔板上有一定的液面高度，以确保传质作用：维持塔板上有一定的液面高度，以确保传质过程的顺利进行，再者将降液管出口封在液面以过程的顺利进行，再者将降液管出口封在液面以下，以免汽体短路从降液管中上升，影响传质过下，以免汽体短路从降液管中上升，影响传质过程的进行。程的进行。形式：平形、齿形形式：平形、齿形平形平形齿形齿形第二节第二节 板式塔板式塔 Plate (tray) tower Plate (tra

27、y) tower (4) (4) 溢流型式溢流型式单溢流单溢流双溢流双溢流U U型溢流型溢流第二节第二节 板式塔板式塔 Plate (tray) tower Plate (tray) tower 1.1.塔板压降塔板压降计算公式：计算公式：其中：其中：h hp p塔板压降塔板压降 m m液柱液柱 h hC C干板压降干板压降 m m液柱液柱 h hl l气体通过板上液层压降气体通过板上液层压降 m m液柱液柱 h h气体克服液体表面张力产生压降气体克服液体表面张力产生压降 m m液柱液柱三、板式塔的流体力学特性三、板式塔的流体力学特性第二节第二节 板式塔板式塔 Plate (tray) tow

28、er Plate (tray) tower (1)(1)干板压降干板压降h hC C： 气体通过阀孔及阀件的阻力所产生的压降，随气速气体通过阀孔及阀件的阻力所产生的压降，随气速提高而增加。对不同的塔板有不同的经验公式计算。提高而增加。对不同的塔板有不同的经验公式计算。 对对F1F1型重阀（型重阀（33g33g）：）：阀全开前：阀全开前：阀全开后：阀全开后：（m m液柱）液柱） （m m液柱）液柱）第二节第二节 板式塔板式塔 Plate (tray) tower Plate (tray) tower 为判断浮阀是否全开，引入动能因数的概念。为判断浮阀是否全开，引入动能因数的概念。动能因数动能因数

29、F F计算公式：计算公式：动能因数是衡量气体流动时动压大小的指标。动能因数是衡量气体流动时动压大小的指标。阀孔动能因数阀孔动能因数F F0 0的计算公式：的计算公式：对对F1F1型重阀，型重阀，F F0 08 81111时阀全开。时阀全开。第二节第二节 板式塔板式塔 Plate (tray) tower Plate (tray) tower (2)(2)气体通过板上液层压降气体通过板上液层压降h hl l：对对F1F1型重阀：型重阀：式中：式中：L Ls s 液体体积流量液体体积流量 m m3 3/h/h h hw w 溢流堰高溢流堰高 m m l lw w溢流堰长溢流堰长 m m第二节第二节

30、 板式塔板式塔 Plate (tray) tower Plate (tray) tower (3)(3)克服液体表面张力产生压降克服液体表面张力产生压降h h:计算公式：计算公式：式中：式中：l l 液体表面张力液体表面张力 N/m N/m ho ho 阀的最大开度阀的最大开度 m m L L 液体密度液体密度 kg/m kg/m3 3第二节第二节 板式塔板式塔 Plate (tray) tower Plate (tray) tower 2.2.堰上清液层高度堰上清液层高度h hl l 式中：式中：k k 收缩系数，对通常物系，收缩系数，对通常物系，k=1k=1 L Lh h液体体积流量液体体

31、积流量 m m3 3/h/h平口堰计算公式：平口堰计算公式：第二节第二节 板式塔板式塔 Plate (tray) tower Plate (tray) tower 3.3.漏液漏液 要求：正常操作时，泄漏量不大于塔板上液体要求：正常操作时，泄漏量不大于塔板上液体流量的流量的10%10%。 判据：阀孔动能因数判据：阀孔动能因数F F0 0 对对F1F1型重阀，型重阀，F F0 05 56 6时泄漏量已接近时泄漏量已接近1010，因此要求因此要求F F0 0556 6。第二节第二节 板式塔板式塔 Plate (tray) tower Plate (tray) tower 第二节第二节 板式塔板式塔

32、 Plate (tray) tower Plate (tray) tower 4. 4.降液管内液面高度及液体停留时间降液管内液面高度及液体停留时间 为防止发生液泛及使气泡分离完全，对降液管内液为防止发生液泛及使气泡分离完全，对降液管内液面高度和液体在降液管内的停留时间有一定的要求面高度和液体在降液管内的停留时间有一定的要求 防止淹塔的限制条件：防止淹塔的限制条件：第二节第二节 板式塔板式塔 Plate (tray) tower Plate (tray) tower 降液管内液体停留时间降液管内液体停留时间式中：式中：A Ad d降液管面积降液管面积 m m2 2 H Hd d板间距板间距 m

33、 m L L液体流量液体流量 m m3 3/s/s要求：要求：335s5s计算公式：计算公式：第二节第二节 板式塔板式塔 Plate (tray) tower Plate (tray) tower 5.5.雾沫夹带雾沫夹带要求：雾沫夹带量要求：雾沫夹带量e eV V0.1kg0.1kg（液）（液）/kg/kg（气）（气）判据：泛点率（泛点百分数）判据：泛点率（泛点百分数）F F1 1通常：通常：大塔：大塔：F F1 180808282减压塔：减压塔：F F1 175757777D0.9mD0.9m的塔：的塔：F F1 165657575第二节第二节 板式塔板式塔 Plate (tray) to

34、wer Plate (tray) tower 泛点率的经验计算公式泛点率的经验计算公式由二式计算后取大的由二式计算后取大的第二节第二节 板式塔板式塔 Plate (tray) tower Plate (tray) tower 6.6.液泛液泛泛点气速最大允许气速的计算泛点气速最大允许气速的计算式中：式中：C C负荷系数，由负荷系数，由史密斯关联图查得。史密斯关联图查得。查得查得C C值按物系表面张力进行校核：值按物系表面张力进行校核：第二节第二节 板式塔板式塔 Plate (tray) tower Plate (tray) tower 四、板式塔常见的不正常操作四、板式塔常见的不正常操作第二节

35、第二节 板式塔板式塔 Plate (tray) tower Plate (tray) tower 1. 1.气泡夹带气泡夹带 2. 2.过量漏液过量漏液 3. 3.雾沫夹带雾沫夹带 4. 4.液泛（淹塔）液泛（淹塔）1.1.溢流型式的选择：液体流过塔板的方式溢流型式的选择：液体流过塔板的方式 单溢流单溢流（直径流）（直径流）D2mU型溢流型溢流（回转流）（回转流）液相量非常液相量非常小的塔小的塔 阶梯溢流阶梯溢流塔径非常大，液相流塔径非常大，液相流量非常大的塔量非常大的塔五、板式塔结构设计五、板式塔结构设计第二节第二节 板式塔板式塔 Plate (tray) tower Plate (tray

36、) tower 溢流型式可根据塔径和液相流量由经验确定。溢流型式可根据塔径和液相流量由经验确定。在设计计算时由于塔径尚未决定，可先设一种溢流形式，然在设计计算时由于塔径尚未决定，可先设一种溢流形式，然后再进行核算看是否合适后再进行核算看是否合适塔径塔径/mm液相流量液相流量/ /m3.h-1U U流型流型单流型单流型双流型双流型阶梯型阶梯型100074514009702000119090160300011110110200200300 板间距对塔的生产能力、操作弹性及板效率都有影响。板间距对塔的生产能力、操作弹性及板效率都有影响。板间距与塔径相互关联：板间距与塔径相互关联： H HT T增加，

37、雾沫分离高度增加，则可在较小的塔径下采用增加，雾沫分离高度增加，则可在较小的塔径下采用较大的气速；较大的气速；H HT T减小，则塔径要相应增加。减小，则塔径要相应增加。H HT T由塔径选取，但不是随便选择，有标准系列，常用的有由塔径选取，但不是随便选择，有标准系列，常用的有300300，350350，450450，500500，600600，800mm800mm等，对易发泡物系，等，对易发泡物系，H HT T可可选择大一些，另外，在有人孔的地方，选择大一些，另外，在有人孔的地方，H HT T600mm600mm。2.2.板间距及塔高板间距及塔高第二节第二节 板式塔板式塔 Plate (tr

38、ay) tower Plate (tray) tower 塔径/mm板间距（HT）/mm6007003003504508001000350450500600120014003504505006008001600300045050060080032004200600800第二节第二节 板式塔板式塔 Plate (tray) tower Plate (tray) tower 塔高的计算塔高的计算由板间距及实际塔板数计算。由板间距及实际塔板数计算。取取H H顶顶=0.9-1.2m =0.9-1.2m 取取H H底底=1.5-3.0m =1.5-3.0m 取取H H进进=0.75-1.0m=0.75-

39、1.0m第二节第二节 板式塔板式塔 Plate (tray) tower Plate (tray) tower 3.3.塔径塔径由塔内气相流量由塔内气相流量V VS S及空塔气速及空塔气速u u来计算。来计算。 式中，式中，V VS S由工艺计算求得，空塔气速由工艺计算求得，空塔气速u u由由史密斯方法求得（课程设计时详细介绍）。史密斯方法求得（课程设计时详细介绍）。 计算出的塔径应进行圆整，计算出的塔径应进行圆整，D1mD1mD1m时，按时，按200mm200mm圆整。塔的精馏段、提馏圆整。塔的精馏段、提馏段塔径可以不同。段塔径可以不同。第二节第二节 板式塔板式塔 Plate (tray)

40、tower Plate (tray) tower 4. 4.塔板的板面布置塔板的板面布置 当塔径小于当塔径小于800mm800mm时，塔板可整块制作；塔径大时，塔板可整块制作；塔径大于于900mm900mm时，一般分块制造安装。时，一般分块制造安装。弓形板弓形板弓形板弓形板通道板通道板矩形板矩形板降降液液管管受受液液盘盘弓形板：两块弓形板：两块矩形板：一块或多块矩形板：一块或多块通道板：一块通道板：一块每块塔板宽度为每块塔板宽度为420mm420mm第二节第二节 板式塔板式塔 Plate (tray) tower Plate (tray) tower 塔板分区塔板分区受液区受液区安定区安定区:

41、 :其中其中W WS S=50-70mm=50-70mmW WS S=60-100mm=60-100mm工作区（鼓泡区）工作区（鼓泡区）降液区降液区边缘区：边缘区：W We e=50mm(D2.5m)=50mm(D2.5m)W We e=60mm(D2.5m)=60mm(D2.5m)第二节第二节 板式塔板式塔 Plate (tray) tower Plate (tray) tower 5. 5.溢流装置的设计溢流装置的设计 （1 1）降液管）降液管 根据塔内液体流量及降液管中根据塔内液体流量及降液管中流体流速选择降液管形式及大小。流体流速选择降液管形式及大小。单溢流：单溢流：L LW W/D=

42、0.6-0.75/D=0.6-0.75双溢流：双溢流：L LW W/D=0.5-0.6/D=0.5-0.6第二节第二节 板式塔板式塔 Plate (tray) tower Plate (tray) tower h hb b，液封不好；，液封不好；h hb b，阻力大，一般，阻力大，一般25mm25mm液柱。液柱。平形受液盘：小塔平形受液盘：小塔h hb b20-25mm20-25mm 大塔大塔h hb b40mm40mm凹形受液盘：底隙高度凹形受液盘：底隙高度h hb b等于盘深等于盘深第二节第二节 板式塔板式塔 Plate (tray) tower Plate (tray) tower 堰长

43、堰长lwlw：弓形降液管的弦长，由液体负荷和流：弓形降液管的弦长，由液体负荷和流动形式决定动形式决定 一般，单溢流一般，单溢流lw=(0.6-0.8)D lw=(0.6-0.8)D 双溢流双溢流lw=(0.5-0.7)Dlw=(0.5-0.7)D 堰高堰高hwhw：首先求堰上液层高度：首先求堰上液层高度howhow，然后根据经，然后根据经验选取。验选取。 0.1-howhw0.05-how 0.1-howhw0.05-how（2 2）溢流堰）溢流堰第二节第二节 板式塔板式塔 Plate (tray) tower Plate (tray) tower （3 3）受液盘）受液盘作用：接受降液管的液

44、体作用：接受降液管的液体直径直径800mm800mm以上的塔有时可以上的塔有时可用凹型受液盘，其深度一般用凹型受液盘，其深度一般为为50mm50mm。第二节第二节 板式塔板式塔 Plate (tray) tower Plate (tray) tower 6.6.浮阀的数目与排列浮阀的数目与排列 (1) (1)浮阀数目浮阀数目 设计时首先选择合适的阀孔动能因数设计时首先选择合适的阀孔动能因数F F0 0，然后，然后根据阀孔动能因数的计算公式求浮阀数目。根据阀孔动能因数的计算公式求浮阀数目。第二节第二节 板式塔板式塔 Plate (tray) tower Plate (tray) tower 式中

45、：式中：d d0 0阀孔直径阀孔直径 在在8-148-14之间选择一个之间选择一个F FO O的数值，采用阀孔动的数值，采用阀孔动能因数来计算阀孔速度能因数来计算阀孔速度u uo o：第二节第二节 板式塔板式塔 Plate (tray) tower Plate (tray) tower (2)(2)浮阀的排列浮阀的排列浮阀在塔板上常按三角形排列，可顺排或叉排。浮阀在塔板上常按三角形排列，可顺排或叉排。 等腰三角形叉排可使相邻的浮阀容易吹开，鼓泡更均匀。等腰三角形叉排可使相邻的浮阀容易吹开，鼓泡更均匀。第二节第二节 板式塔板式塔 Plate (tray) tower Plate (tray) t

46、ower 开孔率开孔率塔板上阀孔总面积与塔截面积之比。塔板上阀孔总面积与塔截面积之比。通常，对常压塔或减压塔，开孔率为通常，对常压塔或减压塔，开孔率为10101313，对加压塔，开孔率小于对加压塔，开孔率小于1010，常用的为，常用的为6 69 9第二节第二节 板式塔板式塔 Plate (tray) tower Plate (tray) tower 六、塔板负荷性能图六、塔板负荷性能图1.1.负荷性能图负荷性能图过量雾沫夹带线（气相负荷过量雾沫夹带线（气相负荷上限线）上限线）过量泄漏线（气相负荷下限过量泄漏线（气相负荷下限线）线）液相负荷下限线液相负荷下限线降液管中液体停留时间不足降液管中液体

47、停留时间不足线（液相负荷上限线）线（液相负荷上限线）液泛线液泛线第二节第二节 板式塔板式塔 Plate (tray) tower Plate (tray) tower 2.2.负荷性能图的绘制负荷性能图的绘制（1 1）过量雾沫夹带线）过量雾沫夹带线表示雾沫夹带量表示雾沫夹带量e eV V0.1kg(0.1kg(液液)/kg()/kg(气气) )时的时的VsVsLsLs关系。关系。绘制过程：绘制过程：第二节第二节 板式塔板式塔 Plate (tray) tower Plate (tray) tower （2 2）过量泄漏线）过量泄漏线表示不发生严重漏液现象的最低气相负荷。表示不发生严重漏液现象的

48、最低气相负荷。绘制过程：对绘制过程：对F1F1型重阀，阀孔动能因数型重阀，阀孔动能因数F F0 0为为5 56 6时，泄漏量时，泄漏量接近接近1010。第二节第二节 板式塔板式塔 Plate (tray) tower Plate (tray) tower （3 3）液相负荷下限线）液相负荷下限线能够保证塔板上液体均匀分布的最低液体流量。能够保证塔板上液体均匀分布的最低液体流量。绘制过程：绘制过程：采用平型堰时，取堰上液头高度采用平型堰时，取堰上液头高度howhow0.006m0.006m为限制条件。为限制条件。第二节第二节 板式塔板式塔 Plate (tray) tower Plate (tr

49、ay) tower （4 4）降液管中液体停留时间不足线）降液管中液体停留时间不足线表明能够保证降液管内液体停留时间的最大液体流量。表明能够保证降液管内液体停留时间的最大液体流量。绘制过程：绘制过程：取降液管内液体停留时间取降液管内液体停留时间=5s=5s第二节第二节 板式塔板式塔 Plate (tray) tower Plate (tray) tower （5 5）液泛线）液泛线表示降液管内泡沫液层的高度超过最大允许值时的表示降液管内泡沫液层的高度超过最大允许值时的V VS SL LS S关系。关系。式中：式中：h hL L板上清液层高度板上清液层高度 h hf f液体流过降液管的压头损失液

50、体流过降液管的压头损失绘制过程：绘制过程：第二节第二节 板式塔板式塔 Plate (tray) tower Plate (tray) tower 3.3.负荷性能图的用途负荷性能图的用途 (1) (1)确定塔板的适宜工作区确定塔板的适宜工作区 五条线包围的区域为适宜工五条线包围的区域为适宜工作区。图中作区。图中P P为操作点。为操作点。P P与原点与原点的连线的连线OPOP为操作线。为操作线。P P位于适宜位于适宜工作区的中间区域时最为合适，工作区的中间区域时最为合适，如接近某条边界线，则当气液相如接近某条边界线，则当气液相量波动时容易发生不正常的操作量波动时容易发生不正常的操作现象。现象。第

51、二节第二节 板式塔板式塔 Plate (tray) tower Plate (tray) tower (2) (2)确定塔板的操作弹性确定塔板的操作弹性 操作弹性操作弹性K K为可操作气相量的上下限之比，即为可操作气相量的上下限之比，即K KV VSMSM/V/VSNSN，通常，浮阀塔的，通常，浮阀塔的K K3 34 4。第二节第二节 板式塔板式塔 Plate (tray) tower Plate (tray) tower (3) (3)确定塔板的控制因素确定塔板的控制因素 即塔最容易发生那些不正常的操作状况。与操作线相即塔最容易发生那些不正常的操作状况。与操作线相交的两条边界线即为塔板的控制

52、因素。交的两条边界线即为塔板的控制因素。 如图，最容易发生的为过量漏液和液泛。如图，最容易发生的为过量漏液和液泛。第二节第二节 板式塔板式塔 Plate (tray) tower Plate (tray) tower （一）塔体（一）塔体 （二）填料及其特性（二）填料及其特性一、填料塔结构一、填料塔结构第三节第三节 填料塔填料塔 （Packed TowerPacked Tower） 填料填料散装填料散装填料规整填料规整填料（1 1）拉西环（）拉西环（Raschig ringRaschig ring）填料）填料 优点：易于制造，价格低廉，且优点：易于制造，价格低廉，且对它的研究较为充分，所以在过

53、去较对它的研究较为充分，所以在过去较长的时间内得到了广泛的应用。长的时间内得到了广泛的应用。 缺点：液体常存在严重的沟流和缺点：液体常存在严重的沟流和壁流现象。且拉西环填料的内表面润壁流现象。且拉西环填料的内表面润湿率较低，因而传质速率也不高。湿率较低，因而传质速率也不高。 在拉西环基础上衍生了在拉西环基础上衍生了环、十字环等，其基本改进是环、十字环等，其基本改进是在拉西环内增加一结构，以增大填料的比表面积。在拉西环内增加一结构，以增大填料的比表面积。拉西环第三节第三节 填料塔填料塔 （Packed TowerPacked Tower） 1.1.常见散装填料常见散装填料 鲍尔环填料的优良性能使

54、它一直为工业所重视，应用十鲍尔环填料的优良性能使它一直为工业所重视，应用十分广泛。可由陶瓷、金属或塑料制成。分广泛。可由陶瓷、金属或塑料制成。 同尺寸的鲍尔环与拉西环虽有相同尺寸的鲍尔环与拉西环虽有相同的比表面积和空隙率，但鲍尔环在同的比表面积和空隙率，但鲍尔环在其侧壁上的小孔可供气液流通，使环其侧壁上的小孔可供气液流通，使环的内壁面得以充分利用。的内壁面得以充分利用。 比之拉西环，鲍尔环不仅具有较比之拉西环，鲍尔环不仅具有较大的生产能力和较低的压降，且分离大的生产能力和较低的压降，且分离效率较高，沟流现象也大大降低。效率较高，沟流现象也大大降低。鲍尔环（2 2）鲍尔环（）鲍尔环（Pall r

55、ingPall ring）填料）填料第三节第三节 填料塔填料塔 （Packed TowerPacked Tower） (3)(3)阶梯环填料（阶梯环填料（Stair ringStair ring） 阶梯环填料的性能在鲍尔环的基础上阶梯环填料的性能在鲍尔环的基础上又有提高，其生产能力可提高约又有提高，其生产能力可提高约10%10%，压，压降则可降低降则可降低25%25%，且由于填料间呈多点接，且由于填料间呈多点接触，床层均匀，较好地避免了沟流现象。触，床层均匀，较好地避免了沟流现象。 阶梯环一般由塑料和金属制成，由于其性能优于其它阶梯环一般由塑料和金属制成，由于其性能优于其它侧壁上开孔的填料，因

56、此获得广泛的应用。侧壁上开孔的填料，因此获得广泛的应用。第三节第三节 填料塔填料塔 （Packed TowerPacked Tower） (4)(4)弧鞍形弧鞍形(Berl saddle)(Berl saddle)矩鞍形矩鞍形(Intalox saddle)(Intalox saddle)填料填料 优优点点：空空隙隙率率高高，气气体体阻阻力力小小，液液体体分布性能较好，填料性能优于拉西环。分布性能较好，填料性能优于拉西环。 矩鞍填料的两端为矩形，且填料两面矩鞍填料的两端为矩形，且填料两面大小不等。克服了弧鞍填料相互重叠的缺大小不等。克服了弧鞍填料相互重叠的缺点，填料的均匀性得到改善。液体分布均

57、点，填料的均匀性得到改善。液体分布均匀，气液传质速率得到提高。瓷矩鞍填料匀，气液传质速率得到提高。瓷矩鞍填料是目前采用最多的一种瓷质填料。是目前采用最多的一种瓷质填料。 缺点：相邻填料易相互套叠，使填料缺点：相邻填料易相互套叠，使填料有效表面降低，从而影响传质速率。有效表面降低，从而影响传质速率。第三节第三节 填料塔填料塔 （Packed TowerPacked Tower） 优点：空隙大，生产能力大，压降小。液体分布均匀，优点：空隙大，生产能力大，压降小。液体分布均匀，几乎无放大效应，通常具有很高的传质效率。几乎无放大效应，通常具有很高的传质效率。 缺点：造价较高，易堵塞难清洗，因此工业上一

58、般用缺点：造价较高，易堵塞难清洗，因此工业上一般用于较难分离或分离要求很高的情况。于较难分离或分离要求很高的情况。 规整填料一般由波纹状的金属网或多孔板重叠而成。规整填料一般由波纹状的金属网或多孔板重叠而成。2.2.规整填料规整填料第三节第三节 填料塔填料塔 （Packed TowerPacked Tower） 64006400金属板波纹金属板波纹规整填料规整填料 300300脉冲规整填料脉冲规整填料各种陶瓷规整填料各种陶瓷规整填料 单位体积填料层的空隙体积称为空隙率，其单位为单位体积填料层的空隙体积称为空隙率，其单位为m m3 3/m/m3 3。值大，气液通过能力大，流动阻力小，压强降低。值

59、大，气液通过能力大，流动阻力小，压强降低。(3)(3)填料因子填料因子 (/ (/3 3) :) : 填料因子代表填料的流体力学特性。值小，表明流动阻填料因子代表填料的流体力学特性。值小，表明流动阻力小，液泛速度较高。力小，液泛速度较高。(2)(2)空隙率空隙率 : :第三节第三节 填料塔填料塔 （Packed TowerPacked Tower） 单位体积填料层的填料表面积称为比表面积，单位为单位体积填料层的填料表面积称为比表面积，单位为m m2 2/m/m3 3。显然，值大有利于增大传质面积。显然，值大有利于增大传质面积。(1)(1)比表面积比表面积() () 3.3.填料的特性填料的特性

60、4.4.填料的流体力学性能填料的流体力学性能 压降与气速的关系：压降与气速的关系： 压降、液泛气速、持液量及气液分布对填料塔的设计和压降、液泛气速、持液量及气液分布对填料塔的设计和操作参数的确定至关重要。操作参数的确定至关重要。 气体通过干填料层时气体通过干填料层时的流动与气体通过颗粒固的流动与气体通过颗粒固定床的流动相似，只是通定床的流动相似，只是通常填料层的空隙率更大，常填料层的空隙率更大，故气体在空隙中的流速更故气体在空隙中的流速更高而处于湍流。高而处于湍流。载液区高液量低液量CCBBAAL=0L1L2lg ulg p载点气速液泛气速第三节第三节 填料塔填料塔 （Packed Tower

61、Packed Tower） 有一定持液量时，有一定持液量时， p-u p-u 将不再为简单的直将不再为简单的直线关系线关系( (喷淋密度为喷淋密度为L L1 1、L L2 2曲线曲线) )，且存在两个较，且存在两个较明显的转折点。明显的转折点。 气体通过干填料层的气体通过干填料层的压降压降 p p 与空塔气速与空塔气速 u u 的的关系在双对数坐标上为直关系在双对数坐标上为直线，斜率线，斜率1.9-2.01.9-2.0。 原因：喷淋液体在填料上形成液膜，占据部分空隙，减原因：喷淋液体在填料上形成液膜，占据部分空隙，减小了气体的流通截面，对相同空塔气速压降升高。小了气体的流通截面，对相同空塔气速

62、压降升高。载液区高液量低液量CCBBAAL=0L1L2lg ulg p载点气速液泛气速第三节第三节 填料塔填料塔 （Packed TowerPacked Tower） （三）填料支承板（三）填料支承板（Packing support plate Packing support plate ）栅板支承栅板支承 升气管式支承升气管式支承 第三节第三节 填料塔填料塔 （Packed TowerPacked Tower） （四）（四）液体分布装置（液体分布装置（Liquid distributorLiquid distributor）莲蓬头分布器莲蓬头分布器多孔管式分布器多孔管式分布器1.1.塔顶塔顶

63、液体分布装置液体分布装置第三节第三节 填料塔填料塔 （Packed TowerPacked Tower） 2.2.液体再分布器（液体再分布器（Liquid redistributorLiquid redistributor） 盘式液体再分布器盘式液体再分布器截锥式再分布器截锥式再分布器第三节第三节 填料塔填料塔 （Packed TowerPacked Tower） （五）气体出口的除雾装置（五）气体出口的除雾装置（DemisterDemister） 丝网除沫器丝网除沫器折板除沫器折板除沫器第三节第三节 填料塔填料塔 （Packed TowerPacked Tower） 1.1.板式塔和填料塔的

64、比较板式塔和填料塔的比较板式塔板式塔填料塔填料塔浓度变化浓度变化阶跃式阶跃式连续式连续式压降压降较大较大小小尺尺寸寸填填料料较较大大；大大尺尺寸寸填填料料及及规规整整填填料料较小较小空塔气速空塔气速较大较大小小尺尺寸寸填填料料较较小小；大大尺尺寸寸填填料料及及规规整整填填料料较大较大塔效率塔效率较稳定，效率较高较稳定，效率较高传统填料低；新型乱堆及规整填料高传统填料低；新型乱堆及规整填料高持液量持液量较大较大较小较小液气比液气比适应范围较大适应范围较大对液量有一定要求对液量有一定要求材质材质常用金属材料常用金属材料金属及非金属材料均可金属及非金属材料均可造价造价大直径时较低大直径时较低小直径时

65、较低小直径时较低应用场所应用场所大型工业装置大型工业装置小直径塔小直径塔第四节第四节 板式塔和填料塔的比较板式塔和填料塔的比较（1 1）塔径较大时采用板式塔；）塔径较大时采用板式塔；（2 2）当所需的传质单元数或理论板数较多时考虑用板式塔；）当所需的传质单元数或理论板数较多时考虑用板式塔；（3 3）需取出热量时需用板式塔；）需取出热量时需用板式塔；（4 4）液相流量较小时适用板式塔；）液相流量较小时适用板式塔；（5 5）液体中含有固体颗粒时宜用板式塔；）液体中含有固体颗粒时宜用板式塔；（6 6）侧线出料时宜用板式塔；）侧线出料时宜用板式塔；（7 7）减压塔可考虑用填料塔；）减压塔可考虑用填料塔；（8 8）有腐蚀，易发泡的物系可采用填料塔。）有腐蚀，易发泡的物系可采用填料塔。2.2.选用原则：选用原则： 第四节第四节 板式塔和填料塔的比较板式塔和填料塔的比较