板式塔及其工艺设计计算.ppt

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，0.60.8易起泡液体，0.50.6,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=0.060.12确定；底隙hb：通常在3040mm。,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：4080mm；减压塔：25mm左右。,说明：通常应使溢流强度qVLh/lW不大于100130m3/（mh）。,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d0:38mm(一般)。1225mm(大筛孔)孔中心距t:(2.55)d0取整。开孔率:通常为0.080.12。板厚：碳钢（34mm）、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：ev0.1kg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