第三章蒸馏和吸收塔设备

1、设计步骤设计步骤（1 1）根据设计任务和工艺要求，确定设计方案）根据设计任务和工艺要求，确定设计方案（2 2）根据设计任务和工艺要求，选择塔板类型）根据设计任务和工艺要求，选择塔板类型（3 3）确定塔径、塔高等工艺尺寸）确定塔径、塔高等工艺尺寸（4 4）塔板结构设计）塔板结构设计（5 5）流体力学验算）流体力学验算（6 6）绘制塔板负荷性能图）绘制塔板负荷性能图（7 7）对设计进行分析与修正）对设计进行分析与修正三、板式塔的工艺设计三、板式塔的工艺设计1.1.浮阀塔工艺尺寸的计算浮阀塔工艺尺寸的计算 1 1）塔高）塔高(=(=有效高度有效高度+ +底部空间底部空间+ +顶部空间顶部空间+ +裙

2、座高度裙座高度) )，其中有，其中有效高度为：效高度为： 一定生产任务下，采用大板间距，允许空塔气速高，塔径可以一定生产任务下，采用大板间距，允许空塔气速高，塔径可以小，但塔高要增加。板间距小，空塔气速低，塔径大，塔低。小，但塔高要增加。板间距小，空塔气速低，塔径大，塔低。 板数较多的塔，板间距应小，塔径大。板数较多的塔，板间距应小，塔径大。 板间距根据经济指标确定。板间距根据经济指标确定。 板间距的数值应按照规定选取整数。板间距的数值应按照规定选取整数。 易起泡物系，负荷波动大，板间距应大。易起泡物系，负荷波动大，板间距应大。1TTTNZHE三、板式塔的工艺设计三、板式塔的工艺设计3.3 3

3、.3 填料塔填料塔3.3.1 填料塔的结构与特点填料塔的结构与特点3.3.2 填料填料3.3.3 填料塔的流体力学性能填料塔的流体力学性能3.3.4 填料塔的计算填料塔的计算3.3.5 填料塔附件填料塔附件1 1 结构结构3.3.1 3.3.1 填料塔的结构与特点填料塔的结构与特点2 2 特点特点结构简单，生产能力大结构简单，生产能力大分离效率高，持液量小分离效率高，持液量小操作弹性大，压降低操作弹性大，压降低可处理腐蚀性物料可处理腐蚀性物料特别适用于真空精馏特别适用于真空精馏造价高造价高不易处理含有悬浮物的原料，易聚合的物料不易处理含有悬浮物的原料，易聚合的物料不适宜有侧线出料的场合不适宜有

4、侧线出料的场合3.3.1 填料塔的结构与特点填料塔的结构与特点3.3.2 3.3.2 填料填料1 1 填料特性填料特性（1 1）比表面积）比表面积 （2 2）空隙率）空隙率 （3 3）填料因子）填料因子/ / 3 3 干填料因子，湿填料因子干填料因子，湿填料因子选择填料的原则 比表面积要大，空隙率要大，润湿性能要好，质量轻，造价低，足够的力学强度。3.3.2 填料填料2 2 填料类型填料类型分类分类散堆填料散堆填料环形环形鞍形鞍形球形球形拉西环拉西环鲍尔环鲍尔环阶梯环阶梯环弧鞍（贝鞍）弧鞍（贝鞍）矩鞍（英特洛克斯）矩鞍（英特洛克斯）金属环矩鞍金属环矩鞍规整填料规整填料波纹型波纹型隔栅型隔栅型丝

5、网波纹丝网波纹孔板波纹孔板波纹格利希隔栅格利希隔栅 鲍尔环鲍尔环拉西环拉西环阶梯环阶梯环金属环矩鞍金属环矩鞍 弧鞍环弧鞍环 规整规整填料填料填料类型填料类型1拉西环：外径与高度相等的圆环。拉西环：外径与高度相等的圆环。 结构简单，研究充分结构简单，研究充分 沟流、壁流严重、滞留液量大、气流阻力大沟流、壁流严重、滞留液量大、气流阻力大2鲍尔环：在拉西环的侧壁上开出方孔。鲍尔环：在拉西环的侧壁上开出方孔。 结构复杂结构复杂 效率高、阻力小效率高、阻力小3阶梯环：高度为直径的一半，环的一端制成喇叭口。阶梯环：高度为直径的一半，环的一端制成喇叭口。 结构复杂结构复杂 效率高、阻力小、气量大效率高、阻力

6、小、气量大4弧鞍与矩鞍：表面全部敞开，表面利用率高。弧鞍与矩鞍：表面全部敞开，表面利用率高。 弧鞍：弧鞍： 易套叠易套叠 矩鞍：矩鞍： 不套叠、阻力小不套叠、阻力小5金属环矩鞍环：金属环矩鞍环： 综合了环形填料和鞍形填料的优点，性能优于鲍尔环综合了环形填料和鞍形填料的优点，性能优于鲍尔环和矩鞍填料。和矩鞍填料。6波纹板及波纹网波纹板及波纹网 波纹板：陶瓷、塑料、金属材料波纹板：陶瓷、塑料、金属材料 波纹网：金属丝波纹网：金属丝1 1 填料层的持液量填料层的持液量n 概念：一定操作条件，单位体积填料层内在填料表面和填料空隙中概念：一定操作条件，单位体积填料层内在填料表面和填料空隙中积存的液体量，

7、积存的液体量，mm3 3液体液体/m/m3 3填料填料l 静持液量静持液量HsHs：取决于填料和液体特性：取决于填料和液体特性l 动持液量动持液量HcHc：取决于填料和液体特性以及气液负荷：取决于填料和液体特性以及气液负荷n 要求：适当的持液量对操作与传质有利，过大的持液量导致压强降要求：适当的持液量对操作与传质有利，过大的持液量导致压强降增大，生产能力降低增大，生产能力降低n 持液量由实验测定或者由经验公式估算持液量由实验测定或者由经验公式估算3.3.3 填料塔的流体力学性能填料塔的流体力学性能tscHHH 恒持液区；恒持液区； 载点；（拦液现象）载点；（拦液现象） 载液区；载液区； 泛点；

8、泛点； 液泛区液泛区 。 说明：通常情况下，填料说明：通常情况下，填料塔应在载液区操作。塔应在载液区操作。 气体通过填料层压降示意图L=0决定了塔的动力消耗，是塔设计的重要参数决定了塔的动力消耗，是塔设计的重要参数以单位高度填料层压强降与空塔气速的关系表示（压强降曲线）以单位高度填料层压强降与空塔气速的关系表示（压强降曲线）2 2 气体通过填料层的压强降气体通过填料层的压强降在泛点气速下，持液量增多使在泛点气速下，持液量增多使液相由分散相变为连续相液相由分散相变为连续相，气相由连续相变气相由连续相变为分散相，为分散相，气液通过气液通过鼓泡鼓泡传质。此时，传质。此时，气流出现脉动气流出现脉动，液

9、体被气流大量带，液体被气流大量带出塔顶，操作极不稳定，甚至被完全破坏。该现象为出塔顶，操作极不稳定，甚至被完全破坏。该现象为液泛现象液泛现象。适宜气速根据泛点气速确定。适宜气速根据泛点气速确定。影响泛点气速的因素：填料特性、流体物性、液气比等。影响泛点气速的因素：填料特性、流体物性、液气比等。（1 1）填料特性）填料特性比表面积，空隙率，几何形状，反映在填料因子上。比表面积，空隙率，几何形状，反映在填料因子上。（2 2）流体物性）流体物性气体密度，液体粘度，液体密度。气体密度，液体粘度，液体密度。（3 3）液气比）液气比液气比大，持液量大，空隙率小，泛点气速低。液气比大，持液量大，空隙率小，泛

10、点气速低。泛点气速的确定泛点气速的确定埃克特通用关联图埃克特通用关联图3 3 液泛液泛润湿性能与传质效率密切相关润湿性能与传质效率密切相关影响因素：填料材质、表面形状、装填方法影响因素：填料材质、表面形状、装填方法最小喷淋密度：单位时间，单位塔截面上喷淋的液体体积最小喷淋密度：单位时间，单位塔截面上喷淋的液体体积（L LWW）minmin：最小润湿速率：最小润湿速率小于小于75mm75mm的填料（的填料（L LWW）minmin=0.08m=0.08m3 3/(m.h)/(m.h)大于大于75mm75mm的填料（的填料（L LWW）minmin0.12m0.12m3 3/(m.h)/(m.h)

11、实际喷淋密度应大于最小喷淋密度实际喷淋密度应大于最小喷淋密度措施：增大回流比，液体再循环，减小塔径，措施：增大回流比，液体再循环，减小塔径， 适当增加填料层高度适当增加填料层高度minminWUL4 4 填料的润湿性能和液体喷淋密度填料的润湿性能和液体喷淋密度1 1 塔径塔径3.3.4 填料塔的计算填料塔的计算4sVDumax0.50.85uu其中，其中，u umaxmax为泛点气速为泛点气速泛点率：空塔气速泛点率：空塔气速/ /泛点气速。多数情况下，宜取泛点气速。多数情况下，宜取 60%80%。 一般填料塔的实际操一般填料塔的实际操作气速为作气速为0.20.21.0m/s1.0m/s。1 1

12、）传质单元法）传质单元法填料层高度传质单元高度填料层高度传质单元高度传质单元数传质单元数2 2）等板高度法）等板高度法与一层理论板传质作用相当的填料层高度与一层理论板传质作用相当的填料层高度填料、物性、操作条件、设备尺寸填料、物性、操作条件、设备尺寸实验测定，经验数据，经验公式实验测定，经验数据，经验公式填料层高度等板高度填料层高度等板高度理论板数理论板数3 3）填料层的分段）填料层的分段（1 1）散装填料（表）散装填料（表3-83-8）、（）、（2 2）规整填料（表）规整填料（表3-93-9）2 2 填料层的有效高度填料层的有效高度1 1 填料支撑装置填料支撑装置l 作用：支承填料及塔内持液

13、质量作用：支承填料及塔内持液质量l 要求：机械强度，自由截面大于填料层的自由截面要求：机械强度，自由截面大于填料层的自由截面l 种类：栅板式，升气管式种类：栅板式，升气管式3.3.5 填料塔附件填料塔附件2 2 液体分布装置液体分布装置n 作用：使液体均匀分布作用：使液体均匀分布n 种类：莲蓬式，盘式，齿槽式，多孔环管式等种类：莲蓬式，盘式，齿槽式，多孔环管式等3.3.5 填料塔附件填料塔附件l原因：液体有偏向塔壁流动的现象原因：液体有偏向塔壁流动的现象l作用：重新汇集液体并引向塔中央区域作用：重新汇集液体并引向塔中央区域l设置：一般设置：一般6m6m内需加装内需加装l整砌填料无需液体再分布器

14、整砌填料无需液体再分布器l种类：截锥式种类：截锥式(a)截锥型3 3 液体再分布装置液体再分布装置4 4 除沫装置除沫装置l 作用：除去出口气流中的液滴作用：除去出口气流中的液滴l 种类：折流板式，旋流板式，丝网式等种类：折流板式，旋流板式，丝网式等5 5 填料压紧装置填料压紧装置n作用：防止填料层松动和跳动作用：防止填料层松动和跳动n种类：填料压板，床层限制压板种类：填料压板，床层限制压板3.3.5 填料塔附件填料塔附件填料塔设计步骤：（1）针对物系及分离要求，选择适宜填料；（2）确定塔径（考虑喷淋密度）；（3）计算塔高（考虑分段高度）；（4）塔内件设计。【例【例3 33 3】 某矿石焙烧炉

15、送出的气体冷却到某矿石焙烧炉送出的气体冷却到2020后送入填料吸后送入填料吸收塔中，用清水洗涤以除去其中的收塔中，用清水洗涤以除去其中的SOSO2 2。 SOSO2 2的体积分数为的体积分数为0.060.06，要求吸收率要求吸收率 A A9898。已知吸收塔内绝对压强为。已知吸收塔内绝对压强为101.33kPa101.33kPa，入塔，入塔的炉气体积流量为的炉气体积流量为1000m1000m3 3/h/h，炉气的平均摩尔质量为，炉气的平均摩尔质量为32.16kg/kmol32.16kg/kmol，洗涤水耗用量为，洗涤水耗用量为22600kg/h22600kg/h。吸收塔采用。吸收塔采用25mm

16、25mm25mm25mm1.2mm1.2mm的塑料鲍尔环以乱堆方式充填。试计算塔的塑料鲍尔环以乱堆方式充填。试计算塔径和填料层高度，并核算总压强降。径和填料层高度，并核算总压强降。（1 1）塔径）塔径3.3.4 填料塔的计算实例填料塔的计算实例100027332.16 1338/22.4273 20Vwkg h3.3.4 填料塔的计算填料塔的计算13381.338/1000Vkg h31000/Lkg m0.50.522600 1.3380.61813381000VLVLww0.22max0.035VLLug max0.20.20.0350.035 9.81 10000.949/285 1 1.338 1LVLgum s 3.3.4 填料塔的计算max0.70.70.9490.6643/uum s4 1000/36000.730.6643Dm0.80Dm224 10000.553/36000.84SVum sDmax0.553100%58.3%0.949u un（2 2）填料层高度）填料层高度3.3.4 填料塔的计算填料塔的计算232min226000.845/()()10004UmmhU100027310.0639.1/22.427320Vkmol h22600/181256/Lkmol h2220.80.502744Dm /26.439.1/12560.822S