化工原理第11章 汽液传资设备-精品文档资料整理.ppt

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1、化化工工原原理理2 2 0 0 0 0 9 9一、分类：分类：板式塔板式塔：逐级接触式逐级接触式，内装塔板，气液传质在，内装塔板，气液传质在 板上液层空间内板上液层空间内进行；进行；填料塔填料塔：连续（微分）接触式连续（微分）接触式，内装填料，气，内装填料，气 液传质在液传质在填料润湿表面填料润湿表面进行。进行。1化化工工原原理理2 2 0 0 0 0 9 9二、评价塔设备性能的指标二、评价塔设备性能的指标1.生产能力大；生产能力大；2.分离效率高；分离效率高；3.阻力小，压降低；阻力小，压降低；4.操作弹性大；操作弹性大；5.满足工业对生产设备的一般要求：结构满足工业对生产设备的一般要求：结

2、构 简单、造价低、安装维修方便等。简单、造价低、安装维修方便等。2化化工工原原理理2 2 0 0 0 0 9 9三、塔设备研制开发思路三、塔设备研制开发思路1.总体上保证气液两相呈总体上保证气液两相呈逆流流动逆流流动提供最大的传质推动力提供最大的传质推动力2.每块板上或填料层内保证气液每块板上或填料层内保证气液两相充分接触两相充分接触尽可能减小传质阻力尽可能减小传质阻力3.提供提供足够大的足够大的气液两相气液两相通道通道保证保证大通量、低压降、合适的弹性大通量、低压降、合适的弹性3化化工工原原理理2 2 0 0 0 0 9 911.1 板式塔板式塔一、一、板式塔板式塔类型、结构、作用及特点：类

3、型、结构、作用及特点：降液管降液管平顶型平顶型溢流堰溢流堰受液区受液区开孔区开孔区4化化工工原原理理2 2 0 0 0 0 9 9塔板的作用：塔板的作用：气液两相传质，传热的场所。气液两相传质，传热的场所。总体上气液呈逆流流动总体上气液呈逆流流动；每块塔板上呈均匀错流每块塔板上呈均匀错流。11.1 板式塔板式塔5化化工工原原理理2 2 0 0 0 0 9 9（一）（一）泡罩塔泡罩塔在工业上最早（在工业上最早（1813年）应用的一种塔板，年）应用的一种塔板，其主要元件由其主要元件由升气管升气管和和泡罩泡罩构成构成操作示意图操作示意图11.1 板式塔板式塔6化化工工原原理理2 2 0 0 0 0

4、9 9筛板塔的主要结构：筛板塔的主要结构：1.筛孔筛孔 提供气体上升的通道；提供气体上升的通道；2.溢流堰溢流堰 维持塔板上一定高度的液层维持塔板上一定高度的液层，以保证在，以保证在 塔板上气液两相有足够的接触面积；塔板上气液两相有足够的接触面积；3.降液管降液管 作为液体从上层塔板流至下层塔板的通道。作为液体从上层塔板流至下层塔板的通道。（二）（二）筛板塔筛板塔11.1 板式塔板式塔7化化工工原原理理2 2 0 0 0 0 9 9（三）（三）浮阀塔浮阀塔工作原理工作原理11.1 板式塔板式塔8化化工工原原理理2 2 0 0 0 0 9 9阀型：阀型：F1型、型、V型、型、T型、型、A型型 各

5、种浮阀：各种浮阀：11.1 板式塔板式塔9化化工工原原理理2 2 0 0 0 0 9 9三种塔板的比较三种塔板的比较:1.生产能力：生产能力：2.压降：压降：3.操作弹性：操作弹性：4.造价：造价：5.板效率：板效率：筛板筛板 浮阀浮阀 泡罩；泡罩；泡罩泡罩 浮阀浮阀 筛板；筛板；浮阀浮阀 泡罩泡罩 筛板；筛板；泡罩泡罩 浮阀浮阀 筛板；筛板；浮阀、筛板相当浮阀、筛板相当 泡罩。泡罩。（四）（四）喷射型喷射型塔板塔板如：舌形塔板与浮舌塔板如：舌形塔板与浮舌塔板P126（五）（五）穿流穿流塔板塔板11.1 板式塔板式塔10化化工工原原理理2 2 0 0 0 0 9 9二、二、板式塔板式塔的水力学

6、性能的水力学性能（一）塔板上气液两相的接触状态（一）塔板上气液两相的接触状态11.1 板式塔板式塔11化化工工原原理理2 2 0 0 0 0 9 91.鼓泡接触状态鼓泡接触状态 液体液体连续相连续相 气体气体分散相分散相 两相接触面积：两相接触面积：气泡表面气泡表面11.1 板式塔板式塔12化化工工原原理理2 2 0 0 0 0 9 92.泡沫接触状态泡沫接触状态 液体液体连续相连续相 气体气体分散相分散相 两相接触面积：两相接触面积：不断更新的液膜表面不断更新的液膜表面11.1 板式塔板式塔13化化工工原原理理2 2 0 0 0 0 9 9气体气体连续相连续相 液体液体分散相分散相两相接触面

7、积：两相接触面积：不断更新的液滴表面不断更新的液滴表面3.喷射接触状态喷射接触状态11.1 板式塔板式塔14化化工工原原理理2 2 0 0 0 0 9 9（二）（二）气体通过塔板的压力降气体通过塔板的压力降气量气量 Ht液量液量 Ht板结构：开孔率板结构：开孔率u0 Ht 总压力降：总压力降：Ht=h0+he干板压降干板压降 h0液层阻力液层阻力 he压降由两部分构成压降由两部分构成影响因素影响因素一般，常压塔：单板压降一般，常压塔：单板压降4065mmH2O 减压塔：单板压降减压塔：单板压降1035mmH2O11.1 板式塔板式塔15化化工工原原理理2 2 0 0 0 0 9 9（三）塔板上

8、的液面落差（三）塔板上的液面落差液面落差液面落差：塔板进、出口侧的清液高度差塔板进、出口侧的清液高度差液面落差液面落差气流的不均匀分布气流的不均匀分布严重严重漏液漏液板效率下降板效率下降与塔板结构、塔径、流量有关。与塔板结构、塔径、流量有关。产生原因：产生原因：液体在塔板上横向流动时要克服液体在塔板上横向流动时要克服 流动阻力（摩擦阻力、形体阻力）。流动阻力（摩擦阻力、形体阻力）。11.1 板式塔板式塔16化化工工原原理理2 2 0 0 0 0 9 9三、板式塔的操作特性三、板式塔的操作特性（一）塔板上的异常操作现象（一）塔板上的异常操作现象1.漏液漏液当当气速过小或气液分布不均匀气速过小或气

9、液分布不均匀时，使有的筛孔无气体时，使有的筛孔无气体通过，从而造成液体短路，大量液体由筛孔漏下。通过，从而造成液体短路，大量液体由筛孔漏下。气量过小气量过小；塔板开孔率大。塔板开孔率大。产生原因产生原因漏液漏液两相在塔板上的接触时间两相在塔板上的接触时间板效率板效率11.1 板式塔板式塔17化化工工原原理理2 2 0 0 0 0 9 9控制：漏液量不大于液体流量的控制：漏液量不大于液体流量的10%。漏液气速漏液气速：漏液量达到漏液量达到10%的气体速度。的气体速度。板式塔操作的气速下限板式塔操作的气速下限2.液沫夹带液沫夹带影响因素影响因素空塔气速空塔气速：空塔气速减小，液沫夹带量减小：空塔气

10、速减小，液沫夹带量减小塔板间距塔板间距：板间距增大，液沫夹带量减小：板间距增大，液沫夹带量减小现象：现象：液滴随气体进入上层塔板。液滴随气体进入上层塔板。后果：后果：过量液沫夹带，造成液相在板间的返混，过量液沫夹带，造成液相在板间的返混，板效率下降板效率下降11.1 板式塔板式塔18化化工工原原理理2 2 0 0 0 0 9 93.液泛液泛 定义定义：液体进塔量大于出塔量，结果使塔内不液体进塔量大于出塔量，结果使塔内不 断积液，直至断积液，直至塔内充满液体塔内充满液体，破坏塔内，破坏塔内 正常操作正常操作液泛液泛夹带液泛夹带液泛降液管液泛降液管液泛由液沫夹带引起由液沫夹带引起 汽速过大汽速过大

11、。由降液管通过液体能力不够由降液管通过液体能力不够而引起而引起 液量过大液量过大。11.1 板式塔板式塔19化化工工原原理理2 2 0 0 0 0 9 9 与板间距与板间距HT有关：有关：HT uF，与液量有关：与液量有关：VL L uF 与物系性质有关：易发泡，与物系性质有关：易发泡，uF影响液泛气速影响液泛气速 uF 的因素：的因素：适宜气速：适宜气速：u=(0.7-0.8)=(0.7-0.8)uF u/uF液泛分率液泛分率 不易液泛不易液泛 综上所述，造成液泛的原因主要是综上所述，造成液泛的原因主要是液量过大液量过大、板压降过大（即气量过大）板压降过大（即气量过大）或或降液管堵塞降液管堵

12、塞。11.1 板式塔板式塔20化化工工原原理理2 2 0 0 0 0 9 94.气泡夹带气泡夹带：液体在降液管中停留时间太短，液体在降液管中停留时间太短，大量气泡被液体卷进下层塔板。大量气泡被液体卷进下层塔板。液沫夹带是液体的返混，气泡夹带是气体的返混液沫夹带是液体的返混，气泡夹带是气体的返混.液沫夹带和气泡夹带夹带量需严格地制在最大允许值液沫夹带和气泡夹带夹带量需严格地制在最大允许值范围内。范围内。（二）塔板的负荷性能图（二）塔板的负荷性能图11.1 板式塔板式塔21化化工工原原理理2 2 0 0 0 0 9 9操作点操作点11.1 板式塔板式塔22化化工工原原理理2 2 0 0 0 0 9

13、 91.漏液线漏液线由发生漏液时的干板压降计算。由发生漏液时的干板压降计算。2.液体流量下限线液体流量下限线由由how=6mm 确定。确定。3.液体流量上限线液体流量上限线由液体在降液管内的停留时间由液体在降液管内的停留时间=3=3 5s5s计算。计算。4.液泛线液泛线由由Hd=(H HT T+h hw w)确定。确定。5.过量液沫夹带线过量液沫夹带线由液沫由液沫夹带量夹带量e eG G =0.1kg=0.1kg液沫液沫/kg/kg干气确定。干气确定。11.1 板式塔板式塔23化化工工原原理理2 2 0 0 0 0 9 9物系一定时，负荷性能图中各线的相对位置随塔板尺寸物系一定时，负荷性能图中

14、各线的相对位置随塔板尺寸而变而变例：例：加大板间距或增大塔径可使液泛线加大板间距或增大塔径可使液泛线 增加降液管截面积可使液相上限线增加降液管截面积可使液相上限线 减少塔板开孔率可使漏液线减少塔板开孔率可使漏液线 空塔气速增加，液沫夹带线空塔气速增加，液沫夹带线 板间距增大，液沫夹带线板间距增大，液沫夹带线上移，上移，右移，右移，下移，下移，下移，下移，上移，上移，11.1 板式塔板式塔24化化工工原原理理2 2 0 0 0 0 9 911.2 填料塔填料塔 一、填料塔与塔填料一、填料塔与塔填料25化化工工原原理理2 2 0 0 0 0 9 9（一）一）填料塔的结构填料塔的结构与作用与作用11

15、.2 填料塔填料塔26化化工工原原理理2 2 0 0 0 0 9 9*填料层填料层：提供气液传质面：提供气液传质面填料表面形成的液膜面填料表面形成的液膜面。*液体分布器液体分布器：均匀分布液体，以避免发生：均匀分布液体，以避免发生沟流现象沟流现象。*液体再分布器液体再分布器：避免：避免壁流现象壁流现象发生。发生。*支撑板支撑板：支撑填料层，使气体均匀分布。：支撑填料层，使气体均匀分布。*除沫器除沫器：防止塔顶气体出口处夹带液体。：防止塔顶气体出口处夹带液体。（二）填料类型二）填料类型环形环形 鞍形鞍形波纹形波纹形形状形状（拉西环、鲍尔环、阶梯环）拉西环、鲍尔环、阶梯环）（矩鞍形、弧鞍形）（矩鞍

16、形、弧鞍形）（板波纹、网状波纹）（板波纹、网状波纹）11.2 填料塔填料塔27化化工工原原理理2 2 0 0 0 0 9 9材料：陶瓷材料：陶瓷、金属、塑料金属、塑料堆放方式堆放方式 乱堆填料乱堆填料：整砌填料整砌填料：拉西环、鲍尔环、鞍形、拉西环、鲍尔环、鞍形、网环网环 波纹板、波纹网波纹板、波纹网 1）拉西环拉西环（Rasching ring）28化化工工原原理理2 2 0 0 0 0 9 9鲍尔环鲍尔环Pall ring阶梯环阶梯环Cascade ring11.2 填料塔填料塔29化化工工原原理理2 2 0 0 0 0 9 9陶瓷弧鞍陶瓷弧鞍Berl saddle 矩鞍矩鞍Intalox

17、 saddle ring11.2 填料塔填料塔30化化工工原原理理2 2 0 0 0 0 9 9环环丝丝网网波波纹纹板波纹板波纹11.2 填料塔填料塔31化化工工原原理理2 2 0 0 0 0 9 9（三）填料作用及特性（三）填料作用及特性1、填料作用、填料作用（1）提供气液接触面；提供气液接触面；（2）强化气体湍动，降低气相传质阻力；强化气体湍动，降低气相传质阻力；（3）更新液膜表面，降低液相传质阻力。更新液膜表面，降低液相传质阻力。2、填料特性、填料特性（1）比表面积比表面积 a 定义：单位堆积体积所具有的表面积，定义：单位堆积体积所具有的表面积，m2/m3、1/m。11.2 填料塔填料塔

18、32化化工工原原理理2 2 0 0 0 0 9 9（2）空隙率空隙率 定义：单位体积填料中所具有的空隙体积定义：单位体积填料中所具有的空隙体积，m3/m3。（3）干填料因子干填料因子 a/3与（湿）填料因子与（湿）填料因子（湿）填料因子 液泛条件下测得的 a/3。（4）堆积密度堆积密度 P 单位体积填料所具有的质量，单位体积填料所具有的质量，kg/m3。11.2 填料塔填料塔33化化工工原原理理2 2 0 0 0 0 9 9二、填料塔的水力学特性二、填料塔的水力学特性（一）气体通过填料层的压降（一）气体通过填料层的压降 L=0 干填料干填料L，空隙率空隙率，气体气体流通通道减小，同一流通通道减

19、小，同一气速下，喷淋密度大，气速下，喷淋密度大，压降大。压降大。大大（空塔气速）（空塔气速）11.2 填料塔填料塔34化化工工原原理理2 2 0 0 0 0 9 91、恒持液量区恒持液量区 L点以上，点以上，u大，阻碍液体顺畅下流，持液量增大，阻碍液体顺畅下流，持液量增加，此为拦液现象，加，此为拦液现象，出现拦液现象时的气速为载点气速出现拦液现象时的气速为载点气速，超过载点气速后，超过载点气速后，Pu2.0。载点以下，载点以下，u小，小，Pu1.8 2.0，基本上与干填料平行基本上与干填料平行。2、载液区载液区11.2 填料塔填料塔载液区载液区为塔的正常操作区为塔的正常操作区35化化工工原原理

20、理2 2 0 0 0 0 9 9 u，液体在塔内积累而液体在塔内积累而发生液泛，此时的发生液泛，此时的气速称泛点气速气速称泛点气速。P u 斜率急剧增加斜率急剧增加,填料塔不能正常操作。填料塔不能正常操作。3、液泛区液泛区11.2 填料塔填料塔影响泛点气速的因素：影响泛点气速的因素：填料特性、填料特性、流体物性、流体物性、液气比液气比36化化工工原原理理2 2 0 0 0 0 9 9二、泛点气速的计算二、泛点气速的计算埃埃克克特特（Eckert）通通用用关关联联图图11.2 填料塔填料塔37化化工工原原理理2 2 0 0 0 0 9 9应用：应用：求泛点气速求泛点气速根据允许压降值计算空塔气速

21、或根据空塔气速根据允许压降值计算空塔气速或根据空塔气速计算压降。计算压降。常压塔：常压塔：P=1550 mmH2O/m填料；填料；真空塔：真空塔：P 8 mmH2O/m填料填料 此图显示出压降与泛点、填料因子、液汽此图显示出压降与泛点、填料因子、液汽比等参数的关系。比等参数的关系。11.2 填料塔填料塔38化化工工原原理理2 2 0 0 0 0 9 9三、持液量三、持液量定义：操作时单位体积填料层内持有的液体体积。定义：操作时单位体积填料层内持有的液体体积。总持液量总持液量（静持液量与动持液量之和（静持液量与动持液量之和）静持液量：指填料层静止接受喷淋液体并经过规静持液量：指填料层静止接受喷淋

22、液体并经过规 定的滴液时间后，仍然停留在填料层定的滴液时间后，仍然停留在填料层 中的液体量。中的液体量。取决于填料本身及液体性质。取决于填料本身及液体性质。动持液量：指一定喷淋条件下持于填料层中的液动持液量：指一定喷淋条件下持于填料层中的液 体总量与静持液量之差。体总量与静持液量之差。11.2 填料塔填料塔39化化工工原原理理2 2 0 0 0 0 9 9三、三、板式塔与填料塔比较板式塔与填料塔比较（一）板式塔（一）板式塔1、适用于塔径较大；、适用于塔径较大；2、所需传质单元数或理论板数较多；、所需传质单元数或理论板数较多；3、热量需从塔内移除；、热量需从塔内移除；4、适于较小液量；、适于较小液量；5、适于处理有悬浮物的液体；、适于处理有悬浮物的液体；6、板式塔便于侧线采出。、板式塔便于侧线采出。11.2 填料塔填料塔40化化工工原原理理2 2 0 0 0 0 9 9（二）填料塔（二）填料塔1、适用于处理有腐蚀性的物料；、适用于处理有腐蚀性的物料；2、填料塔压力降较小，适用于真空蒸馏；、填料塔压力降较小，适用于真空蒸馏；3、适用于间歇蒸馏或热敏性物料的蒸馏；、适用于间歇蒸馏或热敏性物料的蒸馏；4、适用于处理易发泡的液体。、适用于处理易发泡的液体。11.2 填料塔填料塔41