【化工原理 课件】第三章 塔设备第一次课

第三章塔设备概述 气 液传质设备功能 为混合物的气 液两相提供多级的充分 有效的接触与及时 完全分离的条件 二是填料塔 packingtower 气 液两相是微分接触 组成则发生连续变化 一是板式塔 platetower 气液两相逐级接触 浓度发生阶跃式变化 3 1板式塔 塔板类型 溢流式塔板Overflowtray 板上有降液管Downtube 液体横向流过塔板 经降液管流向下一层塔板 气体垂直穿过塔板及液层 错流塔板 特点 分离效率高 板上有液位差 引起气体分布不均匀 目前常用 穿流式塔板 板上无降液管 气液相同时通过板上孔道逆向穿流而过 逆流塔板 特点 结构简单 操作范围小 分离效率低 应用较少 3 1 1气液相流程 从全塔来看 气相在塔内逐级上升 液相由塔顶逐级下降 在下降中与上升气相进行接触传质 液体横向流过塔板 经溢流堰溢流进入降液管 液体在降液管内释放夹带的气体 从降液管底隙流至下一层塔板 塔板下方的气体穿过塔板上气相通道 如筛孔 浮阀等 进入塔板上的液层鼓泡 气 液接触进行传质 气相离开液层而奔向上一层塔板 进行多级的接触传质 气液相接触状态contactsituation 1 鼓泡接触状态Bubblingcontactstate当气速较低时 气体以鼓泡形式通过液层 由于气泡的数量不多 气液两相接触的表面积不大 传质效率很低 2 蜂窝状接触状态Honeycombcontactstate随着气速的增加 气泡的数量不断增加 在液层中累积 气泡之间相互碰撞 形成各种多面体的大气泡 此时气泡不易破裂 表面得不到更新 不利于传热和传质 3 泡沫接触状态Foamcontactstate当气速继续增加 气泡数量急剧增加 气泡不断发生碰撞和破裂 此时板上液体大部分以液膜的形式存在于气泡之间 泡沫接触状态的表面积大 并不断更新 为两相传热与传质提供了良好的条件 4 喷射接触状态Jetcontactstate当气速继续增加 由于气体动能很大 把板上的液体向上喷成大小不等的液滴 此时塔板上的气体为连续相 液体为分散相 液滴的不断分散和反复形成 使传质面积大大增加 表面不断更新 有利于传质与传热进行 泡沫状态和喷射状态均是优良的塔板接触状态 1 概述塔体为一圆式筒体 塔体内装有多层塔板 hW 3 1 2塔板的结构 气相通道 Gaschannel形式多 如筛孔 泡罩等 对塔板的性能影响较大 液相通道 liquidchannel降液管 底隙bottomgap 溢流堰overflowweir 降液管 溢流堰 底隙等降液管是塔板间的液体通道及液相夹带气泡的分离场所有弓形 圆形或矩形几种型式 2 溢流装置 3 溢流堰Overflowweir 降液管顶部设有溢流堰hw 以维持塔板上一定液层高度 降液管底部留有底隙hb 为液体进入下层塔板的通道溢流堰型式 平直堰型式Straightweir 齿形堰Toothedweir 3 1 3板式塔的流体力学性能Hydrodynamicperformance1 塔内气 液两相异常流动液泛Flooding正常操作时 降液管中有一足够的液体高度 以克服两板间由气体压差造成的压降使液体能够自上而下流动若气相的流量 塔板压降 降液管内液体流动不畅 管内液体积累 若液相的流量 降液管内截面不能满足该液体顺利流过 管内液体积累 从而必然使降液管内液体不断增高 最终使整个板间充满液体 塔操作被严重破坏 这种现象即为液泛 淹塔 气速 有利于形成湍动的泡沫层 传质速率 但不能超过液泛时的气速液泛时的气速应为塔操作的极限速度 板间距 可提高液泛时气速 雾沫夹带Fogentrainment当气速 使塔板处于泡沫状态或喷射状态时 液体被吹散成液滴而被抛到一定的高度 其中某些液滴被带到上一层塔板 该现象称为雾沫夹带 塔板效率 应限制雾沫夹带 eV 0 1kg 液 kg 气 影响雾沫夹带量的因素 空塔气速 塔板间距 雾沫夹带量 严重漏液气体通过塔板的速度 上升气体通过孔道的动压不足以克服板上液体的重力 液体从塔板上的开孔处往下漏 称漏液Seriousleaks 漏液造成的影响 漏液严重时 塔板上建立不起液层 气液不能充分接触 塔板效率 应限制漏液量 要求不大于液体流量的10 漏液速度 它是塔操作的气相下限速度 2 塔板负荷性能图Trayloadperformancechart 适宜操作范围的图形称之为塔的负荷性能图 过量液沫夹带线 或气相上限线Vmax过量液沫夹带量ev 10 液相下限线Lmin堰最小溢流强度 即液相流量的下限 气相下限线Vmin当气相流量降到一定程度时 塔将产生严重漏液 液相的上限线Lmax当液体在降液管中停留时间过小 所含气体释放不净 导致返混 影响塔板效率 液泛线当降液管内泡沫层高度达到上层塔板 使液流不畅时即开始发生液泛 L V 操作线 确定设计点P 过op作操作线交 Vmin Vmax 为该塔板操作负荷的上 下限 两者之比为塔的操作弹性 塔板操作弹性并非恒定不变 而与操作条件有关 a工况受液相下限及液沫夹带线控制 b工况则受漏液线及降液管液泛线控制 c工况则受漏液线及液相上限控制 3 1 4塔板型式 按气相通过塔盘传质元件的不同 可分为不同型式的塔板 评价塔板性能的标准 生产能力 单位时间单位面积的处理量 分离效率 分离能力 产品质量 适应能力 对不同性质的物料的适应性 操作弹性 维持正常操作气速允许变动的范围 流动阻力 干板阻力 液层阻力 塔的结构 成本 安装及运转的可靠性 优点 升气管高出板面 不易发生漏液 操作弹性较好 塔板不易堵塞 宜处理 较大的焦油或渣子较多的醪液 缺点 板结构复杂 金属耗量大 造价高 气流流径曲折 p大 有返混 雾沫夹带严重 限制了气速提高 1 泡罩塔Bubbletower 2 浮阀塔板Floatvalvetray 浮阀是20世纪二战后开始研究 50年代开始启用的一种新型塔板 后来又逐渐出现各种型式的浮阀 其型式有圆形 方形 条形及伞形等 国内常用的有F1型和V4型 F 1型 V 4型 十字架型 A型 方形浮阀型 优点 浮阀可随气速的变化上 下自由浮动 生产能力大 与筛板塔的相近 比泡罩的大20 40 操作弹性大 p小 造价低 缺点 不宜处理易结焦或 大的物系 发腿会卡住或磨损 3 筛板塔Sieveplate 有溢流管的筛板塔 孔口无遮拦 较易出现 漏液 现象 该问题曾困扰着筛板塔的使用 优点 结构简单 造价低 塔板 p小 液面落差也小 生产能力及板效率均大于泡罩塔 缺点 操作弹性小 易造成堵塞 I 斜孔塔板 4 其他型式的塔板 II 网孔塔板 III 多降液管塔板 IV 林德筛板 冲制栅板 由金属条组成的栅板 无溢流筛板 V 无溢流栅板和筛板 第二节填料塔Packedtower 3 2 1填料塔的结构特点 填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备 优点 生产能力大 分离效率高 压降小 持液量小 操作弹性大 缺点 填料造价高 当液体负荷较小时不能有效地润湿填料表面 不能直接用于有悬浮物或容易聚合的物料 对侧线进料和出料等复杂精馏不太适合等 3 2 2填料 填料 填料塔的核心部件 作用 提供塔内气 液两相接触而进行传质和 或 传热的表面塔填料与塔内件一起决定填料塔的性能 传质面积 被湿润的填料表面 1 填料的几何特性 1 公称直径dp 2 比表面积at 3 空隙率 与填料结构以及装填方式有关 4 堆积密度 5 填料因子 填料的比表面积与空隙率三次方的比值 它表示填料的流体力学性能 其值越小 表明流动阻力越小 一 塔填料 二 塔填料的分类 堆积方式 散堆 整砌 按基本构形 环形填料 鞍形填料和球形填料三个系列 1 散堆填料 散堆填料是一个个具有一定几何形状和尺寸的颗粒体 一般以随机的方式堆积在塔内 又称为乱堆填料或颗粒填料 材料通常为陶瓷 金属 塑料 玻璃 石墨等 陶瓷 金属 塑料金属丝 基材 实体 网状 在每一系列中 基于减少压强降 增大比表面积 增加气 液扰动和改善表面润湿性能的要求 形成了各自的发展序列 1 环形填料Ringpacking 1 拉西环填料Lacyringpacking 2 鲍尔环填料 3 阶梯环填料Ladderringpacking 4 三叶环填料 5 QH扁环 2 鞍形填料Saddlepacking 1 弧鞍填料 2 矩鞍填料Momentsaddlepacking 3 环矩鞍填料 3 球形填料Sphericalpacking 共轭环 双鞍环 RICTM填料 Impac填料 规整填料Regularpacking 格栅型填料 规整填料是按一定的几何构形排列 整齐堆砌的填料 规整填料根据其几何结构可分为格栅填料 波纹填料 脉冲填料等 波纹填料 规整波纹填料塔示意图 塔填料的发展趋势 散堆填料朝着分离效率高 通量大 压降低 堆积时趋向于规整排列的方向发展 环壁开孔 环鞍结合 低高径比是散堆填料外形的发展趋势 规整填料的研究重点由几何结构的优化转为表面结构的改进 成本合理的多层复合板网填料前景诱人 性能优越 价格低廉的塑料 陶瓷和其它新型材质的高效填料有广阔的发展前景 作业题目 除了精馏 吸收之外 近年发展的现代分离方法有哪些 请以其中一种方法为例子 说明其原理 流程 设备 优点 并举例说明其在生物分离 生物制药过程中的应用 要求 1 以5 6人为一组 合理分工 通过查阅中国知网 网络信息 图书资料等 共同完成作业 2 成果递交形式 1份调研报告 含参考文献 1份图文并茂的15min左右的ppt 3 选出一位同学在期末新课结束后在讲台上展示本组成果 4 计分 5分 即完成此项作业的同学平时分加5分 一 填空 选择题 气体通过塔板的阻力可视作是 的阻力与 的阻力之和 同一塔板上液体流量愈大 则液面落差愈 大 小 而塔板上各处气体的压力降 均匀 不均匀 只要塔板间距足够高 便可以消除雾沫夹带 对 错 但不能一定避免降液管液泛 对 错 板式塔塔板上汽液两相接触状态有 和 四种 板式塔从总体上看汽 液两相呈 接触 在板上汽液两相呈 接触 逆流 并流 错流 板式塔不正常操作现象通常有 和 下列命题不正确是 上升气速过大会使板效率下降 上升气速过大会引起液泛 上升气速过大会造成过量的液沫夹带 上升气速过大会造成过量的气泡夹带 在板式塔结构设计中 哪些因素考虑不周时 则塔易发生降液管液泛 请列举出其中三种情况 板式塔塔板上造成液面落差的主要原因是 及 筛板塔 泡罩塔 浮阀塔相比较 操作弹性最大的是 单板压力降最小的是 造价最便宜的是 A筛板塔B浮阀塔C泡罩塔板式塔的类型有 和