化工原理+第十章+气液传质设备.ppt

1、第十章气液传输设备，10.1填料塔10.2板式塔10.3塔设备的比较与选定，2，10.1.1填料和填料，1，填料塔的结构填料塔是应用广泛的气液两相接触进行传热、传输的塔设备，可用于吸收(脱离)、精馏和提取等分离过程。 填料塔不仅结构简单，而且具有电阻小，容易用耐腐蚀材料制造等优点，特别适合于塔径小的情况下和处理有腐蚀性的材料，压力小的真空蒸馏系统，另外，在某液气比较大的蒸馏和吸收操作中也应该采用填料塔。 10.1填充塔，3，2，填充塔中填充的材料是填充塔的主要内部部件，其作用是增加气液两相的接触面积，提高液体扰动的程度，促进传递、传热的进行。 因此，填充剂气液接触面积大，传递系数高，同时焊剂大，阻力小。 表示填充剂特性的主要参数有：1.比表面积2 .空隙度3 .单位沉积体积内的填充剂数量n4 .沉积密度5 .干填充剂因子和填充剂因子6 .除了机械强度和化学稳定性以外，性能优异的填充剂还需要满足制造容易、成本便宜等多方面的要求。 4、图10-2填料的形状、常用填料分为两种：个体填料和规则填料。 固体填充剂为实心固体块、中空的环状填充剂、表面开口的鞍型填充剂等，常用的结构材料为陶瓷、金属、塑料(聚丙烯、聚氯乙烯等)、玻璃、石墨。 陶瓷填料是耐腐蚀的，但易碎，空隙率小的金属填料比表面积和空隙率大，焊剂大，效率高，不锈钢价格高，普通钢容易腐蚀的塑料填料比表面积大，空隙率高，但不会高温。 工业上常用的几种个体填充剂如下。 5、3、填料的选择1、填料用材料的选择(1)设备的操作温度低时，塑料能长期操作不变形。 在这种情况下，如果系统没有膨胀到塑料中，可以考虑使用塑料。 价格低，性能好。 塑料填充剂的操作温度一般在1000C以下，玻璃纤维增强聚丙烯填充剂可达到1200C左右。 塑料除浓硫酸、浓硝酸等强酸之外，耐腐蚀性高，塑料表面对水溶液的润湿性差。 (2)陶瓷填料一般在腐蚀性介质，特别是高温下使用，但不能使用HF和高温下的H3PO4和碱。 (3)金属材料一般高温，但不耐腐蚀。 不锈钢能承受一般的酸碱腐蚀(含C1-的酸除外)，但价格很高。 6、2、填料类型的选择首先要根据工艺的要求，例如必要的理论级数、生产能力(空气量)、容许电压下降、材料特性(液体粘度、气相和液相中是否有浮游物，或者生产中的聚合等)等，选择的填料满足工艺的要求由于有序填充剂的气体、液体分布均匀，扩增效果小，技术指标正在堆积填充剂，近年来有序填充剂的应用越来越广泛，特别是在大型塔和要求压力降低的塔上，装卸清洗很困难。 对于生产能力(塔径)大或者分离要求高、电压降受到限制的塔，适合使用节流孔的波纹填料，例如苯乙烯-乙苯精馏塔、润滑油减压塔等。 保持液量高的吸收系统一般使用乱积填充剂。 在乱积填充剂中，综合技术性能优异的是金属鞍环、阶梯环，其次是轮询环，再次是矩鞍填充剂。 7、3、填料尺寸的选择一般，填料尺寸(直径、山的高度)大时，比表面小，焊剂(允许气体速度)大，压力降低，但效率(每米填料的理论的一半)也低，因此生产能力(处理气体量) 大型工业用规则填充塔经常使用峰值高度为12mm左右的板波填充剂(比表面约250m2/m3 )。 理论板数量多或塔的高度受现场限制的情况下，一般使用小尺寸、高度比的表面填充剂。 对于容易缩放或沉淀的材料，通常使用大尺寸的栅格(栅格)填料，以较高的气体速度进行操作。8，8，10.1.2填充塔的问题力学性能相当于遗传性能一，填充塔内的流体流动1，填充层内的流动气体在填充层内的流动相当于粒子层内的气体流动。 2、气液两相流动的交替影响和填充剂层内的气体流量的增大，使电压降以1.82.0次方增加。 3、填料塔的液体泛化在气液量达到某一定值时，两相交流作用恶性发展，从而引起液体泛化现象。 此时，上升气流的拉伸力足够大以阻止液体流动，所以液体充满了填充剂层的间隙，气体只能起泡上升。 9、2、填料塔水力学性能1、压力降反映填料层电阻的电压降根据填料的类型和尺寸而变化。 2 .液体的通气速度通常为通气点的通气速度的50%80%。 填充塔的直径D:3，载液从正常向载液的转移通常是平滑的曲线。 4、保持液量保持液量是指单位体积的填充剂层中保持在该空隙中的液体量。 5、润湿速度，10，3，填料的传递性能，1 .填料的润湿表面的计算，2 .液体传递质量系数的计算，3 .传递质量系数，11，4，一些设计指标1 .填料的尺寸一般认为上述比例至少等于8，对刷环填料应该更大。 2 .操作气体速度的操作气体速度为： (1)使操作气体速度为液体总气体速度的0.50.8倍；(2)根据生产条件规定可容许的压力降，压力倒算可采用的气速。 3 .填充剂层的高度根据传递单元数或理论板数推定填充剂层的高度。 12、10.1.3填料塔的附属结构填料塔的附属结构包括填料支撑板、液体分散器、液体再分散器、气体、液体进口和出口装置等。 1、支撑板、(c )、(c )杆式升降管、图10-5的密封件的支撑、13、2、液体分散器、(1)管喷淋、图10-6管喷淋、14 )、(2)笔喷淋、(3)盘喷淋、(4)齿槽式分散器、图10-6 为了避免在作业中气体速度的变动导致填料冲动地破损，需要在填料层的顶部设置填料按压件和网，否则填料层的结构和塔的性能急剧恶化，有可能破损的填充塔的气体进口的结构应该考虑液体的逆流， 更重要的是有利于气体均匀地进入填充层，小塔中常见的方式是将进气管延伸到塔截面的中心位置，制造管端向下倾斜的切口或向下弯曲的喇叭口。 对于大塔，必须采取其他更有效的措施。 煤气出口有时需要防雾装置，常用的是挡板防雾器、屏幕防雾器等。 液体出口要形成塔的液封，保证可以放置气体胶带。 16、10.2板式塔、17、10.2板式塔的塔型概要，右图中： (a )是泡罩塔(b )是筛板塔，(c )是浮法塔(d )是固定舌型塔，(e )是浮动喷射塔。18、10.2.2板式塔的操作原理通常在搁板上形成三个不同状态的区间：靠近搁板的液层的底部是起泡区，如图中(1)所示，液层的表面是泡沫的区域，如图中(2)所示，液层上方的空间，如图中(3)所示，属于雾区域。 19、气体速度的计算、10.2.3板式塔径的估计、塔径可以用流量方程式求出，值必须用以下公式修正： 20、10.2.3板式的流动形式中有下降液管的板式塔中常用的搁板的流动形式有以下种类：1.单溢流型图2 .双溢流型如图1014(b )所示。 3.U形溢流型在图1014(c )中示出。 4 .四溢流型如图1014(d )所示。21，10.2.5搁板的共同结构，1 .搁板的几个区域的各搁板的布局大致分为三个区域：下降液管所占的部分称为溢出区，搁板的空闲部分称为起泡区，图10图15中的阴影部分称为无效区域。 22、2 .下降液管(1)下降液管的作用和下降液管中的液体的滞留时间一般要求超过35s，即，通过下式计算：(2)下降液管的形状、23、堰长：为了使流动均匀地通过搁板，一般是单溢流对双溢流的3 .溢流堰、24、6 .从下管到下板的间隔一般情况下，值为液体通过下管的电阻不超过25mm。 另外，为了浸渍在液层保持液封，防止气体侵入下降的液管，该值必须小于堰的高度。 一般来说，222222222222000000006孔的间隔和孔径确定后，孔的面积和架子的孔的面积之比()用下式计算：孔的面积对单溢洪架用下式计算：对双溢洪架，架子的网格总数n用下式计算： 26，2 对于筛板塔的堰高度，相对于一般的塔，在塔上清夜层的高度(堰高度、堰上游高度)为50100mm之间，即在真空度高的情况下或要求压力小的情况下，设计的液体流量大的情况下，也可以不设置堰。 3 .其他结构的降液管、内堰、受液盘和稳定区、缘区等要求按10.2.5节设计。27，10.2.7筛板塔上流体力学计算1 .架板压降(流体阻力)、架板压降由以下三部分组成： (1)干板压降； (2)通过液层的压降液层引起的压降由有效液层电阻计算(3)表面张力引起的压降。 由于表面张力引起的压降值一般可以忽略，所以由前两个项目构成很重要，28、在板式塔的设计中，下降管的液柱的高度不超过板间隔的两倍，即，2 .屏幕的几个操作界限，(1)漏液点，(2)雾的夹住(1)图中的线a是最小液体负载线。 (2)线b是漏液线。 (3)线c是最大液体负载线。 (4)线d以液体能停留在下降管的时间计算。 (5)线e是降水管液泛线。 (6)线f是雾中线。 30，10.2.8浮阀塔的设计1 .浮阀塔型，图10-26F-1型浮阀，2 .阀的排列浮阀一般以正三角形排列，也有以等腰三角形排列的。 另外，浮阀的中心距离优选为75、100、125、150mm等一些。31、3 .阀数确定，4 .溢流管和下管按10.2.5节和10.2.6节的关系部分的设计计算。 5 .搁板电压降(液体电阻)、(1)干板电压降、阀全开前、阀全开后，通过(2)液层，32、泛点率通过以下的式求出：而且，在23m径的单溢流塔中，在溢流强度为50m3/(mh )以下的情况下，每3m倾斜角10考虑搁板的倾斜6 .液面梯度，7 .漏液点核雾带，(1)漏液点一般被认为是漏液点的阀孔动能要因(常压和加压塔)，因此将该值作为操作下限。 (2)雾中带，33，10.2.9新型塔设备介绍，1.A.P.V