板式塔及其工艺设计计算

化工原理 电子教案 板式塔及其工艺设计计算 大连理工大学化工原理教研室王瑶韩志忠 6 10板式塔 6 10 1板式塔结构及性能 1 板式塔结构 塔板结构 气体通道形式很多 如筛板 浮阀 泡罩等 对塔板性能影响很大 降液管 液体通道 液体流通通道 多为弓形 受液盘塔板上接受液体的部分 溢流堰使塔板上维持一定高度的液层 保证两相充分接触 浮阀塔板结构 2 塔板上的气 液两相流动 汽 液两相接触方式 两相流动的推动力 全塔 逆流接触塔板上 错流接触 液体 重力气体 压力差 塔板上理想流动情况 液体横向均匀流过塔板 气体从气体通道上升 均匀穿过液层 气液两相接触传质 达相平衡 分离后 继续流动 塔板上的非理想流动情况 气相或液相返混液沫夹带 气泡夹带 即 返混现象 后果 板效率降低 不均匀流动液面落差 水力坡度 引起塔板上气体分布不均匀 塔壁作用 阻力 引起塔板上液体分布不均匀 后果 使塔板上气液接触不充分 板效率降低 液泛现象 6 10 2塔内气 液两相异常流动 1 液泛如果由于某种原因 使得气 液两相流动不畅 使板上液层迅速积累 以致充满整个空间 破坏塔的正常操作 称此现象为液泛 1 过量雾沫夹带液泛 原因 气相在液层中鼓泡 气泡破裂 将雾沫弹溅至上一层塔板 气相运动是喷射状 将液体分散并可携带一部分液沫流动 液泛气速 开始发生液泛时的气速 2 降液管液泛当塔内气 液两相流量较大 导致塔板阻力及降液管内阻力增大时 均会引起降液管液层升高 以致达到上一层塔板 破坏降液管的正常流动 直至液相逐渐充满塔板空间 发生液泛 说明 两种液泛互相影响和关联 其最终现象相同 2 严重漏液 漏液量增大 导致塔板上难以维持正常操作所需的液面 无法操作 此漏液为严重漏液 称相应的孔流气速为漏液点气速 6 10 3常用塔板的类型 1 泡罩塔板 优点 塔板操作弹性大 塔效率也比较高 不易堵 缺点 结构复杂 制造成本高 塔板阻力大 组成 升气管和泡罩 圆形泡罩 条形泡罩 泡罩塔 2 筛板塔板 优点 结构简单 造价低 塔板阻力小 目前 广泛应用的一种塔型 塔板上开圆孔 孔径 3 8mm 大孔径筛板 12 25mm 3 浮阀塔板 圆形浮阀 条形浮阀 浮阀塔盘 方形浮阀 优点 浮阀根据气体流量 自动调节开度 提高了塔板的操作弹性 降低塔板的压降 同时具有较高塔板效率 在生产中得到广泛的应用 缺点 浮阀易脱落或损坏 方形浮阀 F1型浮阀 4 多降液管 MD 塔板优点 提高允许液体流量 6 10 5筛板塔化工设计计算 1 塔的有效高度Z已知 实际塔板数NP 塔板间距HT 选取塔板间距HT 理论塔板数计算软件 塔板间距和塔径的经验关系 塔体高度 有效高 顶部 底部 其它 有效塔高 C 气体负荷因子 与HT 液体表面张力和两相接触状况有关 液泛气速 两相流动参数FLV 2 塔径确定原则 防止过量液沫夹带液泛步骤 先确定液泛气速uf m s 然后选设计气速u 最后计算塔径D 对于筛板塔 浮阀 泡罩塔 可查图 C20 HT FLV 选取设计气速u选取泛点率 u uf一般液体 0 6 0 8易起泡液体 0 5 0 6 所需气体流通截面积 设计气速u 泛点率 uf 计算塔径D 塔截面积 A AT Ad 塔径 说明 计算塔径需圆整 且重新计算实际气速及泛点率 3 溢流装置设计 溢流型式的选择依据 塔径 流量 型式 单流型 U形流型 双流型 阶梯流型等 降液管形式和底隙降液管 弓形 圆形 降液管截面积 由Ad AT 0 06 0 12确定 底隙hb 通常在30 40mm 溢流堰 出口堰 作用 维持塔板上一定液层 使液体均匀横向流过 型式 平直堰 溢流辅堰 三角形齿堰及栅栏堰 堰长lW 影响液层高度 堰高hW 直接影响塔板上液层厚度过小 相际传质面积过小 过大 塔板阻力大 效率低 常 加压塔 40 80mm 减压塔 25mm左右 说明 通常应使溢流强度qVLh lW不大于100 130m3 m h 或 双流型 单流型 4 塔板及其布置 受液区和降液区一般两区面积相等 入口安定区和出口安定区 其中 E 液流收缩系数 一般可近似取E 1 堰上方液头高度hOW 要求 边缘区 5 筛孔的尺寸和排列筛孔 有效传质区内 常按正三角形排列 筛板开孔率 单流型弓形降液管塔板 有效传质区 双流型弓形降液管塔板 筛孔直径d0 3 8mm 一般 12 25mm 大筛孔 孔中心距t 2 5 5 d0取整 开孔率 通常为0 08 0 12 板厚 碳钢 3 4mm 不锈钢 筛孔气速 筛孔数 d0 t 6 塔板的校核对初步设计的结果进行调整和修正 液沫夹带量校核单位质量 或摩尔 气体所夹带的液体质量 或摩尔 ev kg液体 kg气体 或kmol液体 kmol气体单位时间夹带到上层塔板的液体质量 或摩尔 e kg液体 h或kmol液体 h液沫夹带分率 夹带的液体流量占横过塔板液体流量的分数 故有 所以 说明 超过允许值 可调整塔板间距或塔径 ev的计算方法 方法1 利用Fair关联图求 进而求出ev 方法2 用Hunt经验公式计算ev 式中Hf为板上泡沫层高度 要求 ev 0 1kg液体 kg气体 塔板阻力的计算和校核塔板阻力 塔板阻力hf包括以下几部分 a 干板阻力h0 气体通过板上孔的阻力 设无液体时 b 液层阻力hl 气体通过液层阻力 c 克服液体表面张力阻力h 孔口处表面张力 清液柱高度表示 a 干板阻力h0 C0 孔流系数 b 液层阻力hl 查图求充气系数 说明 若塔板阻力过大 可增加开孔率或降低堰高 c 克服液体表面张力阻力 一般可不计 降液管液泛校核 故塔板阻力 降液管中清液柱高度 m a 液面落差 一般较小 可不计 当不可忽略时 一般要求 0 5h0 b 液体通过降液管阻力hd 包括底隙阻力hd1和进口堰阻力hd2 无进口堰时 泡沫层高度 要求 说明 若泡沫高度过大 可减小塔板阻力或增大塔板间距 泡沫层相对密度 对不易起泡物系 易起泡物系 液体在降液管中停留时间校核目的 避免严重的气泡夹带 停留时间 要求 说明 停留时间过小 可增加降液管面积或增大塔板间距 a 计算严重漏液时干板阻力h0 b 计算漏液点气速u0 说明 如果稳定系数k过小 可减小开孔率或降低堰高 严重漏液校核漏液点气速u0 发生严重漏液时筛孔气速 稳定系数 要求 过量液沫夹带线 气相负荷上限线 规定 ev 0 1 kg液体 kg气体 为限制条件 6