(23)--塔设备化工原理化工原理.ppt
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1、塔式气液传质设备塔式气液传质设备本节主要内容本节主要内容2板式塔板式塔填料塔填料塔塔的布置与管线设计塔的布置与管线设计3 传质设备传质设备 气液及液液传质设备统称为气液及液液传质设备统称为塔设备塔设备,是过程工业中,是过程工业中最重要的设备之一,可使最重要的设备之一,可使气液或液液两相之间进行紧密气液或液液两相之间进行紧密接触,达到相际传质及传热接触,达到相际传质及传热的目的。的目的。应用:蒸馏、吸收、解吸和萃取,工业气体的回收、气应用:蒸馏、吸收、解吸和萃取,工业气体的回收、气体的湿法净制或干燥、气体的增湿或减湿等。体的湿法净制或干燥、气体的增湿或减湿等。操作压力:常压塔、减压塔和高压塔单元
2、操作:精馏塔、吸收塔、解析塔、萃取塔、反应塔、干燥塔等塔的内件结构:板式塔和填料塔分类:4一、板式塔一、板式塔1、常见塔板类型2、板式塔设备基本构件3.板式塔的流体力学特性 气体由塔底至塔顶,液体由塔顶至塔气体由塔底至塔顶,液体由塔顶至塔底,上升的气流在塔板的液层中鼓泡并带底,上升的气流在塔板的液层中鼓泡并带起液滴,气、液两相靠气泡表面或液滴表起液滴,气、液两相靠气泡表面或液滴表面传质,浓度沿塔高呈阶跃式变化,称逐面传质,浓度沿塔高呈阶跃式变化,称逐级接触(阶跃式)传质设备。级接触(阶跃式)传质设备。51、常见塔板类型、常见塔板类型泡罩塔板泡罩塔板筛孔塔板筛孔塔板浮阀塔板浮阀塔板新型的喷射型塔
3、板新型的喷射型塔板浮动喷射塔板浮动喷射塔板6泡罩塔板泡罩塔板-最早工业上大规模采用的板型最早工业上大规模采用的板型优点:不易漏液,操作弹性大、易维持恒定的板效率;优点:不易漏液,操作弹性大、易维持恒定的板效率;不易堵塞,适于处理各种物料。不易堵塞,适于处理各种物料。缺点:结构复杂,压降大,雾沫夹带严重,生产能力及缺点:结构复杂,压降大,雾沫夹带严重,生产能力及板效率均较低。板效率均较低。7筛孔塔板筛孔塔板结构:筛孔,孔径结构:筛孔,孔径38mm,正三角形排列,正三角形排列优点:结构简单,造价低;气体压降小,液面优点:结构简单,造价低;气体压降小,液面落差小;生产能力大,板效率高;落差小;生产能
4、力大,板效率高;缺点:操作弹性小。缺点:操作弹性小。8浮阀塔板浮阀塔板9浮阀塔板浮阀塔板结构:结构:F1F1、V-4V-4、V-1V-1型浮阀型浮阀优点:结构上较泡罩简单,比筛板复杂,生产能优点:结构上较泡罩简单,比筛板复杂,生产能力大,操作弹性大,塔板效率高,气体压降及液力大,操作弹性大,塔板效率高,气体压降及液面落差小,造价低。面落差小,造价低。10 泡罩、筛板、浮阀塔板都属于泡罩、筛板、浮阀塔板都属于气体为分散相气体为分散相的塔板,的塔板,塔板上为塔板上为鼓泡或泡沫状态鼓泡或泡沫状态下进行气液接触。为防止严下进行气液接触。为防止严重的雾沫夹带,操作气速不可太高,故生产能力受限重的雾沫夹带
5、,操作气速不可太高,故生产能力受限。喷射型塔板喷射型塔板 气体喷出的方向与液体的流动方向一致,可充分气体喷出的方向与液体的流动方向一致,可充分利用气体的动能来减薄或打碎较深的液层,从而促进利用气体的动能来减薄或打碎较深的液层,从而促进两相的接触。塔板压强降降低,雾沫夹带量减少,不两相的接触。塔板压强降降低,雾沫夹带量减少,不仅提高了传质效果,而且可采用较大的气速,提高了仅提高了传质效果,而且可采用较大的气速,提高了生产能力。生产能力。11舌形塔板舌形塔板 上升气流沿舌片上升气流沿舌片的张角向斜上方喷的张角向斜上方喷出,喷出的气流强出,喷出的气流强烈扰动液体而形成烈扰动液体而形成泡沫体,从而强化
6、泡沫体,从而强化了两相间的传质,了两相间的传质,获得较高的塔板斜获得较高的塔板斜率。率。板上液面较薄,板上液面较薄,塔板压降小。塔板压降小。12浮动喷射塔板浮动喷射塔板优点:优点:1 1、兼有、兼有浮阀塔板的可变气道截面浮阀塔板的可变气道截面及及舌形塔板的并流喷射舌形塔板的并流喷射特点,允许较高的气流喷射速度,生产能力大;特点,允许较高的气流喷射速度,生产能力大;2 2、浮动板的张开程度随上升气体的流量而变化,使气流、浮动板的张开程度随上升气体的流量而变化,使气流的喷出速度保持较高的适宜值,操作弹性大;的喷出速度保持较高的适宜值,操作弹性大;3 3、压强降小、液面落差小。、压强降小、液面落差小
7、。缺点:缺点:有漏液及吹干现象,影响传质效果,使有漏液及吹干现象,影响传质效果,使板效率降低,塔板结构复杂板效率降低,塔板结构复杂132、板式塔设备基本构件、板式塔设备基本构件 逐级接触(阶跃)式气液传质设备,主要包括:塔板、溢流堰、逐级接触(阶跃)式气液传质设备,主要包括:塔板、溢流堰、降液管及受液盘等降液管及受液盘等内部构件内部构件辅助构件:辅助构件:(1 1)塔体)塔体(2 2)塔体支座)塔体支座(3 3)除沫装置)除沫装置(4 4)接管)接管(5 5)人孔和手孔)人孔和手孔(6 6)吊耳)吊耳(7 7)吊柱)吊柱143.板式塔的流体力学特性板式塔的流体力学特性 塔操作能否正常进行与塔内
8、气液两相的流体力学状况有关板式塔的流体板式塔的流体力学性能力学性能塔板压降塔板压降液泛液泛雾沫夹带雾沫夹带漏液漏液液面落差等液面落差等15(1)塔板上的气液流动状态)塔板上的气液流动状态气泡表面面积很大的液膜液滴的表面不断更新的液膜表面和液滴表面16非理想流动:反向流动和不均匀流动反向流动包括雾沫夹带和气泡夹带反向流动包括雾沫夹带和气泡夹带雾沫夹带:雾沫夹带:上升气流穿过塔板上液层时,将板上液体上升气流穿过塔板上液层时,将板上液体带入上一层板带入上一层板气泡夹带:气泡夹带:下降液体流量过大时,将少量气泡带入下下降液体流量过大时,将少量气泡带入下一块塔板一块塔板 过量的反向流动会造成两相在塔板上
9、的返混,塔过量的反向流动会造成两相在塔板上的返混,塔效率下降,应予限制。效率下降,应予限制。不均匀流动:不均匀流动:液膜流过塔盘时的不均匀流动和盘上因液膜流过塔盘时的不均匀流动和盘上因液位落差导致气相流动不均匀液位落差导致气相流动不均匀17(2)液泛现象及塔径的计算)液泛现象及塔径的计算液泛:液泛:若气液两相中之一的流量增大,使降液管内液体若气液两相中之一的流量增大,使降液管内液体不能顺利下流,沿降液管向上逐板积累,并依次上升直不能顺利下流,沿降液管向上逐板积累,并依次上升直至塔顶,亦称淹塔。至塔顶,亦称淹塔。后果:后果:塔板压降急剧上升,气液的正常接触被破坏,不塔板压降急剧上升,气液的正常接
10、触被破坏,不能正常操作能正常操作影响液泛速度的因素:气液流体流动特性、塔板结构特影响液泛速度的因素:气液流体流动特性、塔板结构特别是塔板间距别是塔板间距种类:种类:降液管液泛降液管液泛过量雾沫夹带液泛过量雾沫夹带液泛 过量雾沫夹带液泛过量雾沫夹带液泛原因:原因:气相在液层中鼓泡,气泡破裂,将雾沫弹溅气相在液层中鼓泡,气泡破裂,将雾沫弹溅至上一层塔板;至上一层塔板;气相运动是喷射状,将液体分散并气相运动是喷射状,将液体分散并可携带一部分液沫流动。可携带一部分液沫流动。降液管液泛降液管液泛 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
11、引起降液管液层升高,当降液管塔板阻力增大时,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,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。即发生液泛,并称之为降液管液泛。说明:说明:开始发生液泛时的气速称之为液泛气速开始发生液泛时的气速称之为液泛气速 。两种液泛互相影响和关联,其最终现象相同两种液泛互相影响和关联,其最终现象相同。19液泛液泛-不正常操作,要避免。设计原则:不发生过量的不正常操作,要避免。设计原则:不发生过量的雾沫夹带
12、雾沫夹带设计思想:设计思想:先计算出液泛气速先计算出液泛气速u umaxmax操作气速操作气速u u 塔截塔截面面=气体流量气体流量/操作气速操作气速算出降液管面积算出降液管面积再用液体再用液体流量核算流量核算液泛气速液泛气速正常操作气速正常操作气速20塔径塔径塔径表示为V Vs s操作条件下气相体积流量,若精馏操作压强较低时,气相操作条件下气相体积流量,若精馏操作压强较低时,气相可视为理想气体混合物可视为理想气体混合物 由于进料状况及操作条件不同,精、提两端上升蒸气量可能由于进料状况及操作条件不同,精、提两端上升蒸气量可能不同,若计算的不同,若计算的D D精精、D D提提相差不大,应取大者使
13、相差不大,应取大者使塔径统一塔径统一,以,以便塔的设计和安装简便。便塔的设计和安装简便。u空塔气速21(3)适宜的气液流量操作范围适宜的气液流量操作范围塔板负荷性能图塔板负荷性能图1 1 雾沫夹带线(气相负荷上限线)雾沫夹带线(气相负荷上限线)2 2 液泛线液泛线3 3 液相负荷上限线(降液管超负荷线)液相负荷上限线(降液管超负荷线)4 4 漏液线(气相负荷下限线)漏液线(气相负荷下限线)5 5 液相负荷下限线(吹干线液相负荷下限线(吹干线)维持塔板正常操作,必须将塔内的气液负荷波动限制在一定维持塔板正常操作,必须将塔内的气液负荷波动限制在一定范围内。范围内。22(4)塔板效率)塔板效率A A
14、、总板效率(又称全塔效率)、总板效率(又称全塔效率)E ET T 指达到指定分离要求所需指达到指定分离要求所需理论塔板数理论塔板数与与实际塔板数实际塔板数的比的比值值 反映了整个塔内的反映了整个塔内的平均传质效果平均传质效果,其经验数值在设计中应用,其经验数值在设计中应用得很广泛。但是对每层塔板的传质效率没有明确表示。得很广泛。但是对每层塔板的传质效率没有明确表示。反映实际塔板上气液两相间传质与理论塔板对比反映实际塔板上气液两相间传质与理论塔板对比的完善程度,可用总板效率和单板效率表示。的完善程度,可用总板效率和单板效率表示。23B、单板效率-默弗里板(MurPhree)效率 指气相或液相经过
15、一层塔板前后的指气相或液相经过一层塔板前后的实际组成变化实际组成变化与经过该层与经过该层塔板前后的塔板前后的理论组成变化理论组成变化的比值。的比值。以气相表示默弗里板效率以气相表示默弗里板效率以液相表示默弗里板效率以液相表示默弗里板效率24式中:以气相表示的默弗里板效率;即与达相平衡的液相组成。单板效率表示气相或液相在实际板上的增浓程度与在理论板上单板效率表示气相或液相在实际板上的增浓程度与在理论板上的增浓程度之比,通常由实验测定。实验时若采用的增浓程度之比,通常由实验测定。实验时若采用全回流方式,全回流方式,可简化测试,即只测液相组成即可。可简化测试,即只测液相组成即可。当全回流操作时,两条
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- 23 设备 化工 原理
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