设备管理_气液传质设备培训教材

1 第十一章气液传质设备 一 分类 板式塔 填料塔 逐级接触式 内装塔板 气液传质在板上液层空间内进行 连续 微分 接触式 内装填料 气液传质在填料润湿表面进行 2 二 评价塔设备性能的指标 1 生产能力大 2 分离效率高 3 阻力小 压降低 4 操作弹性大 5 满足工业对生产设备的一般要求 结构简单 造价低 安装维修方便等 3 三 塔设备研制开发思路 1 总体上保证气液两相呈逆流流动 2 每块板上或填料层内保证气液两相充分接触 3 提供足够大的气液两相通道 4 11 1板式塔 一 板式塔类型 结构 作用及特点 5 塔板的作用 气液两相传质 传热的场所 总体上气液呈逆流流动 每块塔板上呈均匀错流 11 1板式塔 6 一 泡罩塔 在工业上最早 1813年 应用的一种塔板 其主要元件由升气管和泡罩构成 操作示意图 11 1板式塔 7 筛板塔的主要结构 筛孔 提供气体上升的通道 2 溢流堰 维持塔板上一定高度的液层 以保证在塔板上气液两相有足够的接触面积 3 降液管 作为液体从上层塔板流至下层塔板的通道 二 筛板塔 11 1板式塔 8 三 浮阀塔 工作原理 11 1板式塔 9 阀型 F1型 V型 T型 A型 各种浮阀 11 1板式塔 10 三种塔板的比较 1 生产能力 2 压降 3 操作弹性 4 造价 5 板效率 筛板 浮阀 泡罩 泡罩 浮阀 筛板 浮阀 泡罩 筛板 泡罩 浮阀 筛板 浮阀 筛板相当 泡罩 四 喷射型塔板 如 舌形塔板与浮舌塔板 五 穿流塔板 11 1板式塔 11 二 板式塔的水力学性能 一 塔板上气液两相的接触状态 11 1板式塔 鼓泡状态 蜂窝状态 泡沫状态 喷射状态 12 1 鼓泡接触状态液体 连续相气体 分散相两相接触面积 气泡表面 11 1板式塔 13 2 泡沫接触状态液体 连续相气体 分散相两相接触面积 不断更新的液膜表面 11 1板式塔 14 气体 连续相液体 分散相两相接触面积 不断更新的液滴表面 3 喷射接触状态 11 1板式塔 泡沫状和喷射状均为优良的塔板工作状态 为减小液沫夹带 大多数塔都控制在泡沫接触状态下操作 15 二 气体通过塔板的压力降 气量 Ht 液量 Ht 板结构 开孔率 u0 Ht 总压力降 Ht h0 he 干板压降h0液层阻力he 压降由两部分构成 一般 常压塔 单板压降40 65mmH2O减压塔 单板压降10 35mmH2O 11 1板式塔 液层静压力液体表面张力 16 三 塔板上的液面落差 液面落差 塔板进 出口侧的清液高度差 液面落差 气流的不均匀分布 漏液 板效率下降 与塔板结构 塔径 流量有关 产生原因 液体在塔板上横向流动时要克服流动阻力 11 1板式塔 板面上的摩擦阻力 障碍物上的形体阻力和气流造成的阻力 直径较大的塔 可采用双溢流和阶梯溢流减小液面落差 17 11 1板式塔 18 三 板式塔的操作特性 一 塔板上的异常操作现象 1 漏液 当气速过小或气液分布不均匀时 有的筛孔无气体通过 造成液体短路 大量液体由筛孔漏下 气量过小 塔板开孔率大 漏液 两相在塔板上的接触时间 板效率 11 1板式塔 19 控制 漏液量不大于液体流量的10 漏液气速 漏液量达到10 的气体速度 板式塔操作的气速下限 2 液沫夹带 影响因素空塔气速 空塔气速减小 液沫夹带量减小塔板间距 板间距增大 液沫夹带量减小 现象 液滴随气体进入上层塔板 后果 过量液沫夹带 造成液相在板间的返混 板效率下降 11 1板式塔 20 3 液泛 定义 液体进塔量大于出塔量 塔内不断积液 直至塔内充满液体 破坏塔内正常操作 夹带液泛 降液管液泛 由液沫夹带引起 气速过大 由降液管通过液体能力不够而引起 液量过大 11 1板式塔 21 与板间距HT有关 HT uF 与液量有关 VL uF 与物系性质有关 易发泡 uF 影响液泛气速uF的因素 适宜气速 u 0 7 0 8 uFu uF 液泛分率 不易液泛 综上所述 造成液泛的原因主要是液量过大 板压降过大 即气量过大 或降液管堵塞 11 1板式塔 22 4 气泡夹带 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 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范围内 二 塔板的负荷性能图 11 1板式塔 23 操作点 11 1板式塔 24 1 液体流量下限线由how 6mm确定 2 液体流量上限线由液体在降液管内的停留时间 3 5s计算 3 漏液线由发生漏液时的干板压降计算 4 过量液沫夹带线由液沫夹带量eG 0 1kg液沫 kg干气确定 5 液泛线由Hd HT hw 确定 11 1板式塔 各条线的确定见P141 25 物系一定时 负荷性能图中各线的相对位置随塔板尺寸而变例 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减少塔板开孔率可使漏液线空塔气速增加 液沫夹带线板间距增大 液沫夹带线 上移 右移 下移 下移 上移 11 1板式塔 26 11 2填料塔 一 填料塔与塔填料 27 一 填料塔的结构与作用 11 2填料塔 28 填料层 提供气液传质面 填料表面形成的液膜面 液体分布器 均匀分布液体 以避免发生沟流现象 液体再分布器 避免壁流现象发生 支撑板 支撑填料层 使气体均匀分布 除沫器 防止塔顶气体出口处夹带液体 二 填料类型 环形鞍形波纹形 拉西环 鲍尔环 阶梯环 矩鞍形 弧鞍形 板波纹 网状波纹 11 2填料塔 29 材料 陶瓷 金属 塑料 堆放方式 乱堆填料 整砌填料 拉西环 鲍尔环 鞍形 网环 波纹板 波纹网 1 拉西环 Raschingring 11 2填料塔 30 鲍尔环Pallring 阶梯环Cascadering 11 2填料塔 31 陶瓷弧鞍Berlsaddle 矩鞍Intaloxsaddlering 11 2填料塔 32 环 丝网波纹 板波纹 11 2填料塔 33 三 填料作用及特性 1 填料作用 1 提供气液接触面 2 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 2 填料特性 1 比表面积a定义 单位堆积体积所具有的表面积 m2 m3 1 m 11 2填料塔 34 2 空隙率 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a 3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 P单位体积填料所具有的质量 kg m3 11 2填料塔 35 二 填料塔的水力学特性 一 气体通过填料层的压降L 0干填料 L 空隙率 气体流通通道减小 同一气速下 喷淋密度大 压降大 11 2填料塔 36 1 恒持液量区 L点以上 u大 阻碍液体顺畅下流 持液量增加 此为拦液现象 出现拦液现象时的气速为载点气速 超过载点气速后 P u 2 0 载点以下 u小 P u1 8 2 0 基本上与干填料平行 2 载液区 11 2填料塔 载液区为塔的正常操作区 37 u 液体在塔内积累而发生液泛 此时的气速称泛点气速 P u斜率急剧增加 填料塔不能正常操作 3 液泛区 11 2填料塔 影响泛点气速的因素 填料特性 流体物性 液气比 38 二 泛点气速的计算 埃克特 Eckert 通用关联图 11 2填料塔 39 应用 求泛点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 常压塔 P 15 50mmH2O m填料 真空塔 P 8mmH2O m填料 此图显示出压降与泛点 填料因子 液汽比等参数的关系 11 2填料塔 40 三 持液量 定义 操作时单位体积填料层内持有的液体体积 总持液量 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定的滴液时间后 仍然停留在填料层中的液体量 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体总量与静持液量之差 11 2填料塔 41 三 板式塔与填料塔比