蒸馏和吸附塔设备

第三章 蒸馏和吸收塔设备,蒸馏操作和吸收操作从气液传质的角度有着共同的特点，可在同样的塔设备中进行。按其结构形式有 板式塔，一般处理量大 传质设备 填料塔，一般处理量小第一节 板式塔 板式塔为逐板接触式的气液传质设备，塔板类型按气液流动的方式，可将塔板分为错流塔板和逆流塔板。,3-1-1 塔板类型,逆流塔板，少用 错流塔板，常用 错流塔板主要形式有： 生产能力小 气流阻力大 一、泡罩塔板 操作弹性大 结构复杂 生产能力大 气流阻力小 二、 筛板 操作弹性小 结构简单,三、 浮阀塔板 F1 型，适用普通系统1类型 V-4型，适用减压系统 T型，适用含颗粒或易聚合的物料 生产能力大，开孔率大、泡罩2040%、筛板塔 操作弹性大，阀片可以自由升降以适应气量的变化 塔板效率高，平吹、接触时间长、雾沫夹带少2优点 气流阻力小，开孔大 液面落差小，液流阻力小 造价适中，约等于6080%泡罩、120130%筛板四、 喷射型塔板 生产能力大，开孔率大、可用较高的空塔气速 气流阻力小，液层较薄1舌形塔板 落差小、无返混、雾沫夹带小，水平分力 操作弹性小，气流截面积固定 气相夹带严重，斜吹,2浮舌塔板 操作弹性大 气流阻力小 效率较高，介于浮阀与舌形之间3. 斜孔塔板 结构简单、压降低,3-1-2 板式塔的流体力学性能,评价塔设备的性能指标为： 生产能力 塔板效率 设备性能 操作弹性 塔板压力降塔的操作能否正常进行，与塔内的气液两相的流体力学状况有关： 塔板压力降 液泛流体力学性能 雾沫夹带 漏液 液面落差一、 塔板压降总阻力 = 干板阻力 + 液层静压力 + 表面张力 在较高板效率前提下，力求减小塔板压力降二、 液泛：气液量大到使全塔液体相连 三、 雾沫夹带 气流将液体从下层板带入上层板,四、 漏液：液体从升气孔流下，要求10% 气速太小，或液面落差引起气流分布不均 塔板入口处往往上漏液，设安定区五、 液面落差：液体克服板面阻力形成位差六、 负荷性能图：各种极限条件下Vs-Ls关系曲线组成的图 1 雾沫夹带线（气相负荷上限线） 2液泛线 3液相负荷上限线 （降液管超负荷线，气泡夹带线） 4漏液线（气相负荷下限线） 5液相负荷下限线 操作弹性两极限的气量之比,3-1-3 浮阀塔设计,一、 浮阀塔工艺尺寸的计算（工艺设计）1塔高式中 Z塔高，m； NT理论板层数； ET总板效率； HT塔板间距，m。 取整数 HTD，表3-2（经验数据） 易起泡、负荷波动大时，应HT2塔径 式中 D塔径，m；VS气体流量，m3/s；u空塔气速，m/s。关键在于确定适宜的空塔气速u。,式中 d液滴的直径，m。由净重力与摩擦阻力的平衡，得整理，得 式中 umax极限空塔气速，m/s； 负荷系数，,图中 Vh、Lh气、液两相的体积流量，m3/h； V、L气、液两相的密度，kg/m3； hL板上液层高度，m； 液气动能参数校正负荷系数式中 操作物系的液体表面张力，mN/m。求出塔径后还需园整，之后还要进行流体力学核算。3溢流装置 溢流堰溢流装置 园形，一般用于小塔 降液管 弓形，常用 U型流，一般用于小塔 单溢流，D2 m 阶梯流，D3 m,(1) 出口堰（溢流堰） ，单溢流 堰长 ，双溢流式中 hL板上液层高度，m； hw堰高，m； how堰上液层高度，m。 6mm，单溢流 60mm，双溢流平直堰：式中 Lh塔内液体流量，m3/h。 E液流收缩系数，见图3-11当E=1时，可用列线图3-12求hOW。齿形堰：一般齿深hn50mm。4塔板布置塔板可分为： 整块式，D800mm 分块式，D900mm塔板面积分区： 鼓泡区，有效传质区 溢流区，降液管（及受液盘）所占区域 破沫区（安定区），进口防漏液，出口防汽泡夹带,6075mm，D1.5m 无效区（边缘区），支承塔板 3050mm, 小塔 5075mm, 大塔5浮阀的数目与排列 浮阀塔的操作性能可采用由气体通过阀孔时速度与密度组成的“动能因子”来衡量，其定义式为 式中 F0气体通过阀孔时的动能因数； u0气体通过阀孔时的速度，m/s； V气体密度，kg/m3。对于F1型浮阀，F0=912，选定F0，后求uo： 再求阀孔数N 式中 d0阀孔直径，do=0.039m浮阀在塔板鼓泡区内的排列有正三角形和等腰三角形两种形式，按照阀孔中心联线与液流方向的关系，又有顺排与叉排之分。,（等边三角形） （等腰三角形）式中 t同一排孔心距，m； 相邻两排孔心距，m；d0阀孔直径，m；A0阀孔总面积，m2；Aa鼓泡区面积，m2；N阀孔总数。而 式中 ，m； ，m； 以角度数表示的反三角函数值。 二、 浮阀塔板的流体力学验算1气体通过浮阀塔板的压力降气体通过一层浮阀塔板时的压力降应为：,式中 pp塔板压力降，Pa； pc平板压力降，Pa； pl液层压力降，Pa； p克服表面张力的压力降，Pa。或 (1) 平板阻力 ，阀全开前(u0u0c)对F1型阀， ，阀全开后(u0u0c)式中 u0c临界孔速，即板上所有阀刚好全部开启时的孔速，m/s； u0阀孔气速，m/s； L液体密度，kg/m3； V气体密度，kg/m3。先联立求解临界孔速u0c，即令：将g=9.81m/s2代入，解得：,(1) 板上充气液层阻力（经验公式）式中 hL液层高度，m； 0充气因数 水 0.5 0 = 油 0.20.35 碳氢化合物 0.40.5(2) 液体表面张力所造成的阻力（很小，可忽略）式中 液体的表面张力，N/m；h浮阀的开度，m。 265530Pa，常压和加压塔一般：pp = 200Pa，减压塔2液泛式中 Hd降液管内的清液层高度，m； hp塔板压力降相当的液柱高度，m； hL板上液层高度，m； hd降液管压力降相当的液柱高度，m。,，无进口堰 ，有进口堰式中 液体通过降液管底隙时的流速，m/s。必须： 0.30.4，一般物系式中 校正系数 = 0.60.7，不易发泡物系3雾沫夹带通常用泛点率操作空塔气速与液泛空塔气速之比来估算雾沫夹带的大小。 80%，大塔泛点率 70%，D75mm的环形填料,3-2-3 填料塔的计算,一、 塔径 然后园整、检验大于最小喷淋密度。二、 塔高1传质单元法 2等板高度法等板高度(HETP)：与理论塔板的传质作用相当的填料层高度。 式中 G气相的空塔质量速度，kg/(m2h)；相对挥发度。,3-2-4 填料塔附件,一、 填料支承装置 栅板式 升气管式二、 液体分布装置 莲蓬式 溢流管式 盘式 筛孔式 齿槽式 多孔环管式 三、 液体再分布装置 截锥形 支承板截锥形四、 除沫装置：除去出口气流中的液滴。 折流板除沫器 旋流板除沫器 丝网除沫器 此处还有填料压板或挡网，气体进口装置,填料塔发展简史,1914年拉西环的出现使填料塔进入了科学发展的轨道，至50年代取得了很大的发展，但由于填料塔的“放大效应”，50年代后填料塔进入了缓慢发展时期，而板式塔应运而生。70年代由于世界性的能源危机后，为了节能，填料塔得到了蓬勃发展，规整填料的出现和塔内件的改进使“放大效应”问题基本解决。 一、 填料塔的特点 1生产能力大 2分离效率高 3压力降小 4操作弹性大 5 . 持液量小 二、 分类 散装填料 填料填料塔 塔内件 规整填料 筒体,液体分布装置 填料固定装置或填料压紧装置 填料支承装置 塔内件 液体收集再分布装置 气体分布装置 液、气进料装置 整体式，800mm 筒体 分段式，800mm 瓦砾、卵石、焦炭等，1914以前 拉西环(Raschig Ring)，1914，第一代 鲍尔环(Pall Ring)，1948，第二代 改进型鲍尔环(Hy-Pak) 阶梯环填料(CMR) 贝尔鞍形填料(Bell Saddles) 英特勒鞍形填料(Intalox Saddles) 散花填料 金属环矩鞍填料(IMTP)，1978，第三代 塑料诺派克环(Nor-Pak Ring) 塑料、金属和陶瓷哈佛罗(Hiflow Ring) 网环 鞍型网型 分离效率高 压延孔环 高效散装填料 螺线圈 生产能力小 网带卷,斯特曼填料(Stedman)，1937司帕雷派克填料(Spraypak)古德洛卷带型填料(Goodloe)麦特派克填料(Metpak)格里奇栅格型填料(Gritsch)派如纳派克填料(Panapak)颗粒型规则排列填料苏尔寿金属丝网波纹填料(Sulzer Gause Packing)，1960s板片波纹型填料(Mellapak)，1977RombopakMo