化工分离过程培训课件9088.pptx

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1、 化工分离过程化工分离过程 Chemical Separation Processes第五章第五章 分离设备的处理分离设备的处理能力和效率能力和效率15.1 气液传质设备的处理能力和效率气液传质设备的处理能力和效率 5.1.1 气液传质设备处理能力的影响因素气液传质设备处理能力的影响因素 5.1.2 气液传质设备的效率及其影响因素气液传质设备的效率及其影响因素 5.1.3 气液传质设备效率的估计方法气液传质设备效率的估计方法5.2 萃取设备的处理能力和效率（自学）萃取设备的处理能力和效率（自学）5.3 传质设备的选择传质设备的选择 5.3.1 气液传质设备的选择气液传质设备的选择 5.3.2

2、萃取设备的选择萃取设备的选择第五章第五章 分离设备的处理能力和效率分离设备的处理能力和效率2 本本章章将将要要研研究究传传质质设设备备问问题题，重重点点分分析析和和讨讨论论影影响响气气液液传传质质设设备备的的处处理理能能力力和和效效率率的的因因素素，确确定定效效率率的的经经验验方方法法和和机机理理模模型型。同同时时还还对对气气液液和和液液液液传传质质设设备备的的选选型型问问题题进进行了研讨。行了研讨。第五章第五章 分离设备的处理能力和效率分离设备的处理能力和效率35.1 气液传质设备的处理能力和效率气液传质设备的处理能力和效率气液分离设备分类气液分离设备分类微分接触式（填料塔）微分接触式（填料

3、塔）气液分离设备气液分离设备逐级接触式（板式塔）逐级接触式（板式塔）45.1 气液传质设备的处理能力和效率气液传质设备的处理能力和效率逐级接触式（板式塔）逐级接触式（板式塔）在圆柱形壳体内按一定间距在圆柱形壳体内按一定间距水平设置若干层塔板，液体靠重水平设置若干层塔板，液体靠重力作用自上而下流经各层板后从力作用自上而下流经各层板后从塔底排出，各层塔板上保持有一塔底排出，各层塔板上保持有一定厚度的流动液层；气体则在压定厚度的流动液层；气体则在压强差的推动下，自塔底向上依次强差的推动下，自塔底向上依次穿过各塔板上的液层上升至塔顶穿过各塔板上的液层上升至塔顶排出。气、液在塔内逐板接触进排出。气、液在

4、塔内逐板接触进行质、热交换，两相组成沿塔高行质、热交换，两相组成沿塔高呈阶跃式变化。呈阶跃式变化。板式塔板式塔溶剂溶剂气体气体55.1 气液传质设备的处理能力和效率气液传质设备的处理能力和效率微分接触式（填料塔）微分接触式（填料塔）圆柱形壳体内装填一定高圆柱形壳体内装填一定高度的填料，液体经塔顶喷淋装度的填料，液体经塔顶喷淋装置均匀分布于填料层顶部上，置均匀分布于填料层顶部上，依靠重力作用沿填料表面自上依靠重力作用沿填料表面自上而下流经填料层后自塔底排出；而下流经填料层后自塔底排出；气体在压强差推动下穿过填料气体在压强差推动下穿过填料层的空隙，由塔的一端流向另层的空隙，由塔的一端流向另一端。气

5、液在填料表面接触进一端。气液在填料表面接触进行质、热交换，两相的组成沿行质、热交换，两相的组成沿塔高连续变化。塔高连续变化。溶剂溶剂填料塔填料塔气体气体65.1 气液传质设备的处理能力和效率气液传质设备的处理能力和效率气液传质设备处理能力的影响因素气液传质设备处理能力的影响因素气液传质设备处理能力的影响因素气液传质设备处理能力的影响因素5.1.15.1.1液泛液泛液泛液泛雾沫雾沫雾沫雾沫夹带夹带夹带夹带压力压力压力压力降降降降停留停留停留停留时间时间时间时间75.1.1 气液传质设备处理能力的影响因素气液传质设备处理能力的影响因素夹带液泛和溢流液泛夹带液泛和溢流液泛夹夹带带液液泛泛：过过量量液

6、液沫沫夹夹带带引引起起。板板间间距距过过小小，塔塔板板上上操操作作液液流流量量过过大大，上上升升气气速速过过高高时时，液液体体被被气气体体夹夹带带到到上上层层塔塔板板的的量量增增加加很很快快，塔塔板板间间将将充充满满气气、液液混混合合物物，引发液泛。引发液泛。溢溢流流液液泛泛：液液体体在在降降液液管管内内受受阻阻不不能能及及时时往往下下流流动动而而在板上积累所致。在板上积累所致。Hdhf+hHTh0howhw85.1.1 气液传质设备处理能力的影响因素气液传质设备处理能力的影响因素液泛的影响液泛的影响 任任何何逆逆流流流流动动的的分分离离设设备备的的处处理理能能力力都都受受到到液液泛泛的的限限

7、制，制，液泛气速大，设备的处理能力大液泛气速大，设备的处理能力大。对对于于板板式式塔塔气气液液分分离离设设备备，液液泛泛气气速速随随L/V的的减减小小和和板板间间距距的的增增加加而而提提高高。对对于于填填料料塔塔，由由于于规规整整填填料料的的流流道道具具有有更更大大的的连连贯贯性性，所所以以，对对具具有有相相同同空空隙隙率率的的填填料料塔塔，规规整填料塔的处理能力比乱堆填料塔要大。整填料塔的处理能力比乱堆填料塔要大。此此外外，随随着着L/V的的减减小小，液液体体粘粘度度（液液膜膜厚厚度度）的的减减小小、填料空隙率的增加和比表面积的减少，液泛气速增加。填料空隙率的增加和比表面积的减少，液泛气速增

8、加。95.1.1 气液传质设备处理能力的影响因素气液传质设备处理能力的影响因素雾沫夹带的影响雾沫夹带的影响 雾雾沫沫夹夹带带是是气气液液两两相相的的物物理理分分离离不不完完全全的的现现象象，由由于于它它对对级级效效率率有有不不利利的的影影响响，并并增增加加了了级级间间流流量量，在在分分离离设设备备中中雾雾沫沫夹夹带带常常常常表表现现为为处处理理能力的极限能力的极限。雾雾沫沫夹夹带带随随板板间间距距的的减减小小而而增增加加，随随塔塔负负荷荷的的增增加加急急剧剧上上升升。在在低低的的L/V或或低低压压下下，雾雾沫沫夹夹带是限制处理能力的主要因素。带是限制处理能力的主要因素。105.1.1 气液传质

9、设备处理能力的影响因素气液传质设备处理能力的影响因素压力降的影响压力降的影响 与与处处理理能能力力密密切切相相关关的的另另一一个因素是接触设备中的个因素是接触设备中的压力降压力降。对对于于减减压压分分离离过过程程，压压力力降降存存在在某某个个上上限限，往往往往成成为为限限制制设设备处理能力的主要因素。备处理能力的主要因素。此此外外，在在板板式式塔塔中中，板板与与板板之之间间的的压压力力降降是是构构成成降降液液管管内内液液位位高高度度的的重重要要组组成成部部分分，因因此此，过高的压力降就可能引起液泛。过高的压力降就可能引起液泛。有效长度有效长度泡沫泡沫hlhfhowHTh0115.1.1 气液传

10、质设备处理能力的影响因素气液传质设备处理能力的影响因素停留时间的影响停留时间的影响 对对于于给给定定的的设设备备，限限制制处处理理能能力力的的另另一一个个因因素是获得适宜效率所需要的流体的素是获得适宜效率所需要的流体的停留时间停留时间。接接触触相相在在设设备备内内的的停停留留时时间间越越长长，则则级级效效率率越高，但处理能力低。越高，但处理能力低。若若处处理理能能力力过过高高，物物流流通通过过一一个个级级的的流流速速增增加，则级效率通常降低，产品达不到分离要求。加，则级效率通常降低，产品达不到分离要求。12气液传质设备的效率的表示方法气液传质设备的效率的表示方法气液传质设备的效率的表示方法气液

11、传质设备的效率的表示方法5.1.25.1.2全塔全塔全塔全塔效率效率效率效率板板板板效率效率效率效率点点点点效率效率效率效率等板等板等板等板高度高度高度高度5.1 气液传质设备的处理能力和效率气液传质设备的处理能力和效率13塔板塔板是塔设备中用来进行是塔设备中用来进行两相接触传质和流动再两相接触传质和流动再分布分布的平台。的平台。斜孔塔板斜孔塔板浮阀塔板浮阀塔板泡罩塔板泡罩塔板喷射填料塔板喷射填料塔板5.1.1 气液传质设备处理能力的影响因素气液传质设备处理能力的影响因素145.1.1 气液传质设备处理能力的影响因素气液传质设备处理能力的影响因素实际板与理论板的差异实际板与理论板的差异理理 论

12、论 板板实实 际际 板板1.离开板的气液相浓度离开板的气液相浓度达到达到平衡平衡；达到平衡要无限长时间。影响因素：达到平衡要无限长时间。影响因素：塔板结构、流动情况和物性等。塔板结构、流动情况和物性等。2.气液两相气液两相完全混合完全混合，板上浓度均一；板上浓度均一；板上液相浓度径向分布，液体入口处板上液相浓度径向分布，液体入口处浓度高，进入的气相各点浓度不相同。浓度高，进入的气相各点浓度不相同。3.均匀流动，各点均匀流动，各点停留停留时间相同时间相同；不均匀流动，各点停留时间不同。不均匀流动，各点停留时间不同。4.无雾沫夹带、漏液、无雾沫夹带、漏液、液相泡沫夹带等液相泡沫夹带等。有雾沫夹带、

13、漏液、液相泡沫夹带等。有雾沫夹带、漏液、液相泡沫夹带等。引入效率引入效率的概念的概念155.1.1 气液传质设备处理能力的影响因素气液传质设备处理能力的影响因素 板效率板效率概述概述（1）板效率就是塔设备中）板效率就是塔设备中实际板与理论板差异实际板与理论板差异的的 定量描述。定量描述。（2）板效率与传质速率、板上汽液两相混合情）板效率与传质速率、板上汽液两相混合情 况、非理想流动以及级间返混（雾沫夹带，况、非理想流动以及级间返混（雾沫夹带，泡沫夹带，漏液）等因素有关。泡沫夹带，漏液）等因素有关。165.1.2 气液传质设备的效率及其影响因素气液传质设备的效率及其影响因素全塔效率（全塔效率（E

14、T）全塔效率全塔效率：完成给定分离任务所须理论板与实际板之比。：完成给定分离任务所须理论板与实际板之比。全全塔塔板板效效率率是是板板式式塔塔分分离离性性能能的的综综合合量量度度，它它将将各各种种可可能能对对塔塔分分离离效效率率有有影影响响的的因因素素全全考考虑虑在在内内。由由于于分分离离设设备备的的复复杂杂性性，所所有有这这些些因因素素与与全全塔塔效效率率的的关关系系难难以以理理清清。所所以以，关关于于全全塔塔效效率率的的可可靠靠数数据据只只能能通通过过实实验验测测定定获获得得。也也有有人人对对全全塔塔效效率率进进行行关关联联，目目前前得得到到比比较较广广应应用用的的关关联联方法是方法是Oco

15、nncll的关联法。的关联法。175.1.2 气液传质设备的效率及其影响因素气液传质设备的效率及其影响因素（1）气相默弗里效率：以组分）气相默弗里效率：以组分i的气相浓度表示。的气相浓度表示。默弗里（默弗里（Murphree）板效率）板效率 假定板间气相完全混合，气相以活塞流假定板间气相完全混合，气相以活塞流垂直通过液层。板上液体完全混合，其组成垂直通过液层。板上液体完全混合，其组成等于离开该板降液管中的液体组成。那么，等于离开该板降液管中的液体组成。那么，定义定义实际板上的浓度变化实际板上的浓度变化与与平衡时应达到的平衡时应达到的浓度变化浓度变化之比为默弗里板效率。之比为默弗里板效率。xi,

16、jyi,jjyi,j+1xi,j-1j-1图图5-1185.1.2 气液传质设备的效率及其影响因素气液传质设备的效率及其影响因素（3）气相默弗里效率和液相默弗里效率的关系）气相默弗里效率和液相默弗里效率的关系式中，式中，m为板上平衡线的斜率。为板上平衡线的斜率。当当mV/L=1时，时，EMV=EML；当；当mV/L1时，时，EMVEOG335.1.2 气液传质设备的效率及其影响因素气液传质设备的效率及其影响因素液体在塔板上的非均匀流动液体在塔板上的非均匀流动板上环流情况板上环流情况345.1.2 气液传质设备的效率及其影响因素气液传质设备的效率及其影响因素汽体流动情况对板效率的影响汽体流动情况

17、对板效率的影响（1）在板间的不完全混合在板间的不完全混合 实实验验研研究究表表明明，汽汽相相在在板板间间的混合情况对板效率的影响较小。的混合情况对板效率的影响较小。（2）通过塔板不均匀分布通过塔板不均匀分布 将将导导致致板板上上不不同同位位置置的的汽汽液液接接触触时时间间不不同同，因因而而传传质质效效果果也也不不同同；严严重重时时可可能能导导致致局局部部穿穿流流和漏液。和漏液。355.1.2 气液传质设备的效率及其影响因素气液传质设备的效率及其影响因素1.液相在板上轴向不完全混合，使液相在板上轴向不完全混合，使EMV提高；液相在塔板提高；液相在塔板上横向流动能削弱液相不均匀流动的影响。上横向流

18、动能削弱液相不均匀流动的影响。2.液相不均匀流动，尤其是环流，使液相不均匀流动，尤其是环流，使EMV明显下降。明显下降。3.汽相在级间的不完全混合和通过塔板时不均匀流动对板汽相在级间的不完全混合和通过塔板时不均匀流动对板效率产生不利影响。效率产生不利影响。4.在计算默弗里板效率（在计算默弗里板效率（EMVEOG）时只考虑了塔板上液）时只考虑了塔板上液体轴向流动的影响，没有考虑非理想流动的不利影响和液体轴向流动的影响，没有考虑非理想流动的不利影响和液相在板上横向流动的作用。相在板上横向流动的作用。流型和混合效应影响小结流型和混合效应影响小结365.1.2 气液传质设备的效率及其影响因素气液传质设

19、备的效率及其影响因素雾沫夹带的影响雾沫夹带的影响 雾沫夹带会将一部分重组分雾沫夹带会将一部分重组分直接带到上一层塔板，从而降低直接带到上一层塔板，从而降低了上层塔板上轻组分的浓度，抵了上层塔板上轻组分的浓度，抵消了部分分离效果，降低了板效消了部分分离效果，降低了板效率。率。雾沫夹带实质上是一种级间雾沫夹带实质上是一种级间液体返混，会造成分离效果降低。液体返混，会造成分离效果降低。375.1.2 气液传质设备的效率及其影响因素气液传质设备的效率及其影响因素Ea有雾沫夹带下的板效率；有雾沫夹带下的板效率；e单位液体流率的雾沫夹带量。单位液体流率的雾沫夹带量。Ea的简化：的简化：所以，所以，Ea总是

20、小于总是小于EMV的。的。并且，雾沫夹带越大，并且，雾沫夹带越大，e越大，越大，Ea越小。因此，在塔板设计中越小。因此，在塔板设计中应控制应控制e0.6m 不受限制不受限制 设备费用设备费用 小塔：小塔：大大 小小 大塔：大塔：小小 大大 操作弹性：操作弹性：大大 小小（3）塔的操作方式塔的操作方式 间歇精馏：填料塔（减少中间馏分的采出）间歇精馏：填料塔（减少中间馏分的采出）多股加料和侧线采出：板式塔（简便）多股加料和侧线采出：板式塔（简便）485.3 传质设备的选择传质设备的选择二、填料的选择二、填料的选择（1）材质选择材质选择 陶瓷、金属、塑料等陶瓷、金属、塑料等 考虑：价格、硬度、腐蚀性

21、考虑：价格、硬度、腐蚀性（2）种类种类 考虑：效率、压力、表面积、操作弹性等考虑：效率、压力、表面积、操作弹性等（3）尺寸尺寸 取适宜的塔径与填料尺寸大小的比值取适宜的塔径与填料尺寸大小的比值495.3 传质设备的选择传质设备的选择一、萃取设备的选择一、萃取设备的选择（1）所需理论级数所需理论级数 N 设备设备 23 都可以都可以 45 转盘塔、振动筛板塔、脉冲塔转盘塔、振动筛板塔、脉冲塔 5 混合澄清器混合澄清器（2）处理量处理量 处理量处理量 设备设备 大大 转盘塔、筛板塔、混合转盘塔、筛板塔、混合澄清器澄清器 小小 填料塔、脉冲塔、离心萃取器填料塔、脉冲塔、离心萃取器5.3.2 萃取设备

22、的选择萃取设备的选择505.3 传质设备的选择传质设备的选择（3）停留时间停留时间 短：离心萃取器短：离心萃取器 长：混合长：混合澄清器澄清器（4）两相流量比两相流量比 过大：不易采用喷洒塔、填料塔和筛板塔，宜用混合过大：不易采用喷洒塔、填料塔和筛板塔，宜用混合-澄清器和离心萃取器。澄清器和离心萃取器。（5）系统物理性质系统物理性质 粘度、密度差、界面张力粘度、密度差、界面张力 腐蚀性大的物系：喷洒塔，填料塔（结构简单）腐蚀性大的物系：喷洒塔，填料塔（结构简单）固体悬浮物：转盘塔或混合固体悬浮物：转盘塔或混合澄清器澄清器（6）设备费用设备费用 无外加能量设备：最低无外加能量设备：最低 离心萃取

23、器：最高离心萃取器：最高（7）安装场地：安装场地：高度、面积高度、面积515.3 传质设备的选择传质设备的选择 二、分散相的选择二、分散相的选择（1）当两相流量比相差较大时，一般选）当两相流量比相差较大时，一般选流量大者流量大者为分散相。为分散相。（2）当两相流量比相差很大时，应选）当两相流量比相差很大时，应选流量小者流量小者为分散相。为分散相。（3）对于界面张力随浓度的增大而增大的体系，分散相的）对于界面张力随浓度的增大而增大的体系，分散相的 选择应选择应使溶质从液滴向连续相传递使溶质从液滴向连续相传递；反之，应使溶质；反之，应使溶质 从连续相传向液滴。从连续相传向液滴。（4）为提高设备能力

24、、减小塔径，应将）为提高设备能力、减小塔径，应将粘度大的液体粘度大的液体选为选为 分散相。分散相。（5）对于填料塔、筛板塔等传质设备，应选）对于填料塔、筛板塔等传质设备，应选润湿性较差液润湿性较差液 体体为分散相。为分散相。（6）从成本和安全考虑，应选）从成本和安全考虑，应选成本高和易燃易爆的液体成本高和易燃易爆的液体为为 分散相。分散相。52本章思考题本章思考题1、实际板和理论板的差异表现在哪里，这些、实际板和理论板的差异表现在哪里，这些 差异的影响应用什么方法处理？差异的影响应用什么方法处理？2、常用的有几种级效率？影响级效率的因素、常用的有几种级效率？影响级效率的因素 有哪些？有哪些？3、影响气液传质设备处理能力的主要因素有、影响气液传质设备处理能力的主要因素有 哪些？哪些？53阅读课本阅读课本 巩固知识巩固知识54谢谢观看/欢迎下载BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH