板式塔设计计算课件

《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《化工原理》电子教案大连理工大学化工原理教研室16.10板式塔6.10.1板式塔结构及性能（1）板式塔结构

进料回流液塔顶气相塔底液相6.10板式塔6.10.1板式塔结构及性能进料回流2塔板结构①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。②降液管（液体通道）液体流通通道，多为弓形。③受液盘塔板上接受液体的部分。④溢流堰使塔板上维持一定高度的液层，保证两相充分接触。塔板结构①气体通道②降液管（液体通道）③受液盘④溢流3浮阀塔板结构浮阀塔板结构4（2）塔板上的气—液两相流动（2）塔板上的气—液两相流动5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：压力差汽、液两相接触方式两相流动的推动力全塔：逆流接触6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：

①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。②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。塔板上理想流动情况：塔板上的非理想流动情况：后果：板效7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。液泛现象6.10.2塔内气、液两相异常流动（1）液泛81)过量雾沫夹带液泛原因：①气相在液层中鼓泡，气泡破裂，将雾沫弹溅至上一层塔板；②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。1)过量雾沫夹带液泛原因：液泛气速：92）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）降液管液泛

当塔内气、液两相流量较大，10（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。（2）严重漏液漏液量增大，导致塔板上难以维持正常116.10.3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6.10.3常用塔板的类型（1）泡罩塔板优点：塔板操作弹12圆形泡罩条形泡罩泡罩塔圆形泡罩条形泡罩泡罩塔13（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。（2）筛板塔板优点：结构简单、造价低、塔板阻力小。塔板上开圆14（3）浮阀塔板圆形浮阀条形浮阀浮阀塔盘方形浮阀（3）浮阀塔板圆形浮阀条形浮阀浮阀塔盘方形浮阀15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、16（4）多降液管（MD）塔板

优点：提高允许液体流量（4）多降液管（MD）塔板176.10.5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：6.10.5筛板塔化工设计计算选取塔板间距HT：理论18

C：气体负荷因子，与HT、液体表面张力和两相接触状况有关。①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。C：气体负荷因子，与HT、液体表面张力和两相接19对于筛板塔(浮阀、泡罩塔)，可查图，C20=(HT、FLV)0.2HT=0.60.450.30.150.40.30.21.00.70.10.040.030.020.070.010.040.030.020.070.010.10.090.060.05筛板塔泛点关联图对于筛板塔(浮阀、泡罩塔)，可查图，C20=(HT、FL20②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×ufADAd③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。②选取设计气速u所需气体流通截面积设计气速u=泛21（3）溢流装置设计①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。②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。③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。（3）溢流装置设计②降液管形式和底隙③溢流堰（出22板式塔设计计算课件23板式塔设计计算课件24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/（mh）。或：双流型:单流型：堰长lW：影响液层高度。堰高hW：直接影响塔板上液层厚25(4)塔板及其布置

①受液区和降液区一般两区面积相等。

②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：③边缘区：bcbdbslWrx(4)塔板及其布置其中，E：液流收缩系数，一般可近似取26（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：④有效传质区：

双流型弓形降液管塔板：bcbdbslWrxd0t（5）筛孔的尺寸和排列单流型弓形降液管塔板：④有效传质区：27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φ:通常为0.08~0.12。板厚：碳钢（3~4mm）、不锈钢。

筛孔气速：筛孔数：d0t筛孔直径d0:3~8mm(一般)。筛孔气速：28(6)塔板的校核

对初步设计的结果进行调整和修正。①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ψ：夹带的液体流量占横过塔板液体流量的分数。故有：

所以(6)塔板的校核①液沫夹带量校核所以29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Ψ，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≤

0.1

kg液体/kg气体。说明：超过允许值，可调整塔板间距或塔径。ev的计算方法30②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hσ—孔口处表面张力。清液柱高度表示：（a）干板阻力h0②塔板阻力的计算和校核塔板阻力hf包括以下几部分:清31d0/δC0塔板孔流系数C0—孔流系数d0/δC0塔板孔流系数C0—孔流系数32（b）液层阻力hl查图求充气系数β（b）液层阻力hl查图求充气系数β33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）

③降液管液泛校核故塔板阻力：降液管中清液柱高度(m)说明：若塔板阻力过大，可增加开孔率或降低堰高。（c）克服液34（a）液面落差Δ一般较小，可不计。当不可忽略时，一般要求：Δ<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：（a）液面落差Δ一般较小，可不计。当不可忽略时，一般要求35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，④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。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36（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。⑤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：（a）计算严重漏液时干板阻力h0´（b）计算漏液点气速37①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）塔板的负荷性能图——确定塔板的操作弹性②液相下限线整理出：规定：③严重漏液线（气相下限线）①过量液沫夹带线（气相负荷上限线）（6）塔板的负荷性能图—38代入相关公式，如hOW、σ、u0’，整理出。④液相上限线⑤降液管液泛线规定：代入相关公式，如hOW、σ、u0’，整理出。④液相上限线⑤39塔板的操作弹性：或塔板的操作弹性：或40工艺设计计算示例工艺设计计算示例41《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《化工原理》电子教案大连理工大学化工原理教研室426.10板式塔6.10.1板式塔结构及性能（1）板式塔结构

进料回流液塔顶气相塔底液相6.10板式塔6.10.1板式塔结构及性能进料回流43塔板结构①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。②降液管（液体通道）液体流通通道，多为弓形。③受液盘塔板上接受液体的部分。④溢流堰使塔板上维持一定高度的液层，保证两相充分接触。塔板结构①气体通道②降液管（液体通道）③受液盘④溢流44浮阀塔板结构浮阀塔板结构45（2）塔板上的气—液两相流动（2）塔板上的气—液两相流动46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：压力差汽、液两相接触方式两相流动的推动力全塔：逆流接触47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：

①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。②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。塔板上理想流动情况：塔板上的非理想流动情况：后果：板效48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。液泛现象6.10.2塔内气、液两相异常流动（1）液泛491)过量雾沫夹带液泛原因：①气相在液层中鼓泡，气泡破裂，将雾沫弹溅至上一层塔板；②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。1)过量雾沫夹带液泛原因：液泛气速：502）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）降液管液泛

当塔内气、液两相流量较大，51（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。（2）严重漏液漏液量增大，导致塔板上难以维持正常526.10.3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6.10.3常用塔板的类型（1）泡罩塔板优点：塔板操作弹53圆形泡罩条形泡罩泡罩塔圆形泡罩条形泡罩泡罩塔54（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。（2）筛板塔板优点：结构简单、造价低、塔板阻力小。塔板上开圆55（3）浮阀塔板圆形浮阀条形浮阀浮阀塔盘方形浮阀（3）浮阀塔板圆形浮阀条形浮阀浮阀塔盘方形浮阀56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、57（4）多降液管（MD）塔板

优点：提高允许液体流量（4）多降液管（MD）塔板586.10.5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：6.10.5筛板塔化工设计计算选取塔板间距HT：理论59

C：气体负荷因子，与HT、液体表面张力和两相接触状况有关。①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。C：气体负荷因子，与HT、液体表面张力和两相接60对于筛板塔(浮阀、泡罩塔)，可查图，C20=(HT、FLV)0.2HT=0.60.450.30.150.40.30.21.00.70.10.040.030.020.070.010.040.030.020.070.010.10.090.060.05筛板塔泛点关联图对于筛板塔(浮阀、泡罩塔)，可查图，C20=(HT、FL61②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×ufADAd③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。②选取设计气速u所需气体流通截面积设计气速u=泛62（3）溢流装置设计①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。②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。③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。（3）溢流装置设计②降液管形式和底隙③溢流堰（出63板式塔设计计算课件64板式塔设计计算课件65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/（mh）。或：双流型:单流型：堰长lW：影响液层高度。堰高hW：直接影响塔板上液层厚66(4)塔板及其布置

①受液区和降液区一般两区面积相等。

②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：③边缘区：bcbdbslWrx(4)塔板及其布置其中，E：液流收缩系数，一般可近似取67（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：④有效传质区：

双流型弓形降液管塔板：bcbdbslWrxd0t（5）筛孔的尺寸和排列单流型弓形降液管塔板：④有效传质区：68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φ:通常为0.08~0.12。板厚：碳钢（3~4mm）、不锈钢。

筛孔气速：筛孔数：d0t筛孔直径d0:3~8mm(一般)。筛孔气速：69(6)塔板的校核

对初步设计的结果进行调整和修正。①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ψ：夹带的液体流量占横过塔板液体流量的分数。故有：

所以(6)塔板的校核①液沫夹带量校核所以70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Ψ，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≤

0.1

kg液体/kg气体。说明：超过允许值，可调整塔板间距或塔径。ev的计算方法71②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