塔內(nèi)件設(shè)計(jì)培訓(xùn)講義PPT課件

1、氣液傳質(zhì)設(shè)備的基本功能：形成氣液兩相充分接觸的相界面，使質(zhì)、熱的傳遞快速有效地進(jìn)行，接觸混合與傳質(zhì)后的氣、液兩相能及時(shí)分開，互不夾帶等。氣液傳質(zhì)設(shè)備的分類：氣液傳質(zhì)設(shè)備的種類很多，按接觸方式可分為連續(xù)（微分）接觸式（填料塔）和逐級接觸式（板式塔）兩大類，在吸收和蒸餾操作中應(yīng)用極廣 。第1頁/共112頁填料塔填料塔在圓柱形殼體內(nèi)裝填一定高度的填料，液體經(jīng)塔頂噴淋裝置均勻分布于填料層頂部上，依靠重力作用沿填料表面自上而下流經(jīng)填料層后自塔底排出；氣體則在壓強(qiáng)差推動(dòng)下穿過填料層的空隙，由塔的一端流向另一端。氣液在填料表面接觸進(jìn)行質(zhì)、熱交換，兩相的組成沿塔高連續(xù)變化。 第2頁/共112頁板式塔板式塔第3

2、頁/共112頁板式塔板式塔塔塔內(nèi)內(nèi)兩兩相相操操作作狀狀態(tài)態(tài)第4頁/共112頁填料塔和板式塔的主要對比填料塔和板式塔的主要對比板式塔填料塔壓降較大小尺寸填料較大；大尺寸填料及規(guī)整填料較小空塔氣速較大小尺寸填料較小；大尺寸填料及規(guī)整填料較大塔效率較穩(wěn)定，效率較高 傳統(tǒng)填料低；新型亂堆及規(guī)整填料高持液量較大較小液氣比適應(yīng)范圍較大對液量有一定要求安裝檢修較易較難材質(zhì)常用金屬材料金屬及非金屬材料均可造價(jià)大直徑時(shí)較低新型填料投資較大填料塔和板式塔都可用于吸收或蒸餾操作。第5頁/共112頁塔型選擇塔型選擇塔徑在0.6-0.7米以上的塔，過去一般優(yōu)先選用板式塔。隨著低壓降高效率輕材質(zhì)填料的開發(fā)，大塔也開始采用

3、各種新型填料作為傳質(zhì)構(gòu)件，顯示了明顯的優(yōu)越性。塔型選擇主要需考慮以下幾個(gè)方面的基本性能指標(biāo)：(1) 生產(chǎn)能力 即為單位時(shí)間單位塔截面上的處理量；(2) 分離效率 對板式塔指每層塔板的分離程度；對填料塔指單位高度填料層所達(dá)到的分離程度；(3) 操作彈性 指在負(fù)荷波動(dòng)時(shí)維持操作穩(wěn)定且保持較高分離效率的能力，通常以最大氣速負(fù)荷與最小氣速負(fù)荷之比表示；(4) 壓強(qiáng)降 指氣相通過每層塔板或單位高度填料的壓強(qiáng)降；(5) 結(jié)構(gòu)繁簡及制造成本。第6頁/共112頁處理能力比較處理能力比較傳質(zhì)效率（等板高度）比較傳質(zhì)效率（等板高度）比較塔型選擇塔型選擇第7頁/共112頁液相降液管堰氣相溢流塔板 (錯(cuò)流式塔板)：塔

4、板間有專供液體溢流的降液管 (溢流管)，橫向流過塔板的流體與由下而上穿過塔板的氣體呈錯(cuò)流或并流流動(dòng)。板上液體的流徑與液層的高度可通過適當(dāng)安排降液管的位置及堰的高度給予控制，從而可獲得較高的板效率，但降液管將占去塔板的傳質(zhì)有效面積，影響塔的生產(chǎn)能力。 溢流式塔板應(yīng)用很廣，按塔板的具體結(jié)構(gòu)形式可分為：泡罩塔板、篩孔塔板、浮閥塔板、網(wǎng)孔塔板、舌形塔板等。第8頁/共112頁塔板的發(fā)展固定塔板（國內(nèi)）舌型塔板篩板塔板斜孔塔板第9頁/共112頁塔板的發(fā)展固定塔板（國外）NUTTER 公司的VG或MVG塔板KUHNI 公司的SLIT塔板GLITSCH公司的BIFRAC 塔板第10頁/共112頁SULZER

5、公司的VORTEX 塔板塔板的發(fā)展固定塔板（國外）GLITSCH GLITSCH 公司的公司的ULTRAFRACULTRAFRAC塔板塔板立體垂直塔板立體垂直塔板第11頁/共112頁塔板的發(fā)展浮閥塔板（國內(nèi)）華東理工大學(xué)的導(dǎo)向浮閥塔板澤華工程公司的ADV浮閥塔板F1浮閥塔板第12頁/共112頁塔板的發(fā)展浮閥塔板（國內(nèi)）石油大學(xué)的SV和飛鷹浮閥塔板天津大學(xué)的導(dǎo)向梯形浮閥塔板洛陽石化工程公司的箭形浮閥塔板清華大學(xué)HAV自適應(yīng)浮閥塔板第13頁/共112頁塔板的發(fā)展浮閥塔板（國外）GLITSCH GLITSCH 公司的公司的SUPERFRACSUPERFRAC塔板塔板GLITSCH GLITSCH 公

6、司的公司的TYPE-A2TYPE-A2塔板塔板GLITSCH GLITSCH 公司的公司的TYPE-A5TYPE-A5塔板塔板第14頁/共112頁浮閥塔板的板面結(jié)構(gòu)： 鼓泡區(qū)（有效區(qū)、開孔區(qū)） 降液管區(qū) 受液盤區(qū) 液體安定區(qū) 邊緣區(qū) 溢流堰 塔身溢流堰板降液管塔板受液盤安定區(qū)降液管區(qū)受液盤區(qū)鼓泡區(qū)液體從上一塔板的降液管流入板面上的受液盤區(qū)，經(jīng)進(jìn)口安定區(qū)進(jìn)入鼓泡區(qū)與浮閥吹出的氣體進(jìn)行質(zhì)、熱交換后，再由溢流堰溢出進(jìn)入降液管流入下一塔板。第15頁/共112頁來自下一塔板的氣體經(jīng)鼓泡區(qū)的閥孔分散成小股氣流，并由各閥片邊緣與塔板間形成的通道以水平方向進(jìn)入液層。由于閥片具有斜邊，氣體沿斜邊流動(dòng)具有向下的慣

7、性，因此只有進(jìn)入液層一定距離待慣性消失后氣體才會(huì)折轉(zhuǎn)上升。氣體在板面上與液體相互混合接觸進(jìn)行傳熱傳質(zhì)，而后逸出液面上升到上一層塔板。塔板上氣液主體流向?yàn)殄e(cuò)流流動(dòng)。 第16頁/共112頁氣體進(jìn)、出一塊塔板（包括液層）的壓強(qiáng)降即為氣體通過該塔板的阻力損失（左側(cè)壓差計(jì)所測的 hf 值）。hf 是以液柱高度表示的塔板的壓強(qiáng)降或阻力損失，因此 式中，L 為塔內(nèi)液體的密度，kg/m3。板壓降 hf 可視為由氣體通過干板的阻力損失 hd 和氣體穿過板上液層的阻力損失 hl 兩部分組成，即 fLpghpldfhhh有效長度泡沫h(huán)lhfhowHTh0第17頁/共112頁1、干板阻力損失、干板阻力損失 hd 浮閥

8、塔板的干板阻力損失壓降隨空塔氣速 u 的提高而增大。區(qū)域：全部浮閥處于靜止?fàn)顟B(tài)，氣體由閥片與塔板之間由定距片隔開的縫隙通過。縫隙處的氣速與壓降隨氣體流量的增大而上升。區(qū)域：氣速增至A點(diǎn)，閥片開始升起。浮閥開啟的個(gè)數(shù)及開啟度隨氣體流量不斷增加，直至所有浮閥全開 (B點(diǎn))，氣體通過閥孔的氣速變化很小，故壓降上升緩慢。區(qū)域：氣體通過浮閥的流通面積固定不變，閥孔氣速隨氣體流量增加而增加，且壓降以閥孔氣速的平方快速增加。臨界孔速 uoc：所有浮閥恰好全開時(shí) (B點(diǎn)) 的閥孔氣速。 ABIIIIIIuoc氣速 u干板壓降 pd第18頁/共112頁2、液層阻力、液層阻力 hl氣體通過液層的阻力損失 hl 由

9、以下三個(gè)方面構(gòu)成：(1) 克服板上充氣液層的靜壓；(2) 氣體在液相分散形成氣液界面的能量消耗；(3) 通過液層的摩擦阻力損失。其中(1)項(xiàng)遠(yuǎn)大于后兩項(xiàng)之和。如果忽略充氣液層中所含氣體造成的靜壓，則可由清液層高度代表 hl?？捎孟率接?jì)算式中： 充氣系數(shù)，反映液層充氣的程度，無因次。 水 =0.5；油 =0.50.35；碳?xì)浠衔?=0.40.5。 hw 和 how 分別為堰高和堰上液流高度，m。 hf 總是隨氣速的增加而增加，但不同氣速下，干板阻力和液層阻力所占的比例有所不同。氣速較低時(shí)，液層阻力為主；氣速高時(shí)，干板阻力所占比例增大。 owwlhhh第19頁/共112頁漏液：部分液體不是橫向流

10、過塔板后經(jīng)降液管流下，而是從閥孔直接漏下。原因：氣速較小時(shí)，氣體通過閥孔的速度壓頭小，不足以抵消塔板上液層的重力；氣體在塔板上的不均勻分布也是造成漏液的重要原因。后果：嚴(yán)重的漏液使塔板上不能形成液層，氣液無法進(jìn)行傳熱、傳質(zhì)，塔板將失去其基本功能。若設(shè)計(jì)不當(dāng)或操作時(shí)參數(shù)失調(diào)，輕則會(huì)引起板效率大降低，重則會(huì)出現(xiàn)一些不正?，F(xiàn)象使塔無法工作。1、漏液（Weeping）氣體分布均勻與否，取決于板上各處阻力均等否。氣體穿過塔板的阻力由干板阻力和液層阻力兩部分組成。當(dāng)板上結(jié)構(gòu)均勻、各處干板阻力相等時(shí)，板上液層阻力即液層厚度的均勻程度將直接影響氣體的分布。第20頁/共112頁漏液（漏液（Weeping）板上液

11、層厚度不均勻：液層波動(dòng)和液面落差。液層波動(dòng)：波峰處液層厚，閥孔氣量小、易漏液。由此引起的漏液是隨機(jī)的?？稍谠O(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)增大干板阻力。液面落差：塔板入口側(cè)的液層厚于塔板出口側(cè)，使氣流偏向出口側(cè)，入口側(cè)的閥孔則因氣量小而發(fā)生漏液。塔板上設(shè)入口安定區(qū)可緩解此現(xiàn)象。第21頁/共112頁2、液沫夾帶和氣泡夾帶（、液沫夾帶和氣泡夾帶（Entrainment）液沫夾帶：氣體鼓泡通過板上液層時(shí)，將部分液體分散成液滴，而部分液滴被上升氣流帶入上層塔板。由兩部分組成：(1) 小液滴的沉降速度小于液層上方空間上升氣流的速度，夾帶量與板間距無關(guān)；(2) 較大液滴的沉降速度雖大于氣流速度，但它們在氣流的沖擊或氣泡破裂時(shí)獲

12、得了足夠的向上初速度而被彈濺到上層塔板。夾帶量與板間距有關(guān)。氣泡夾帶：液體在降液管中停留時(shí)間太短，大量氣泡被液體卷進(jìn)下層塔板。后果：液沫夾帶是液體的返混，氣泡夾帶是氣體的返混，均對傳質(zhì)不利。嚴(yán)重時(shí)可誘發(fā)液泛，完全破壞塔的正常操作。液沫夾帶和氣泡夾帶是不可避免的，但夾帶量必需嚴(yán)格地控制在最大允許值范圍內(nèi)。 第22頁/共112頁3、液泛（、液泛（Flooding）塔內(nèi)液體不能順暢逐板流下，持液量增多，氣相空間變小，大量液體隨氣體從塔頂溢出。夾帶液泛：板間距過小，操作液量過大，上升氣速過高時(shí)，過量液沫夾帶量使板間充滿氣、液混合物而引發(fā)的液泛。溢流液泛：液體在降液管內(nèi)受阻不能及時(shí)往下流動(dòng)而在板上積累所

13、致。hhhhHfowwd為使液體能由上層塔板穩(wěn)定地流入下層塔板，降液管內(nèi)必須維持一定的液柱高度Hdhf+ hHTh0howhw式中：hf 板壓降。 h 液體經(jīng)過降液管的阻力損失。第23頁/共112頁液泛（液泛（Flooding） 氣速一定，液體流量時(shí)，、how、hf 及 h ，Hd ，即塔板具有自動(dòng)調(diào)節(jié)功能。 上層塔板溢流堰上緣為 Hd 極限。若再加大液體流量， Hd 與板上液面同時(shí)升高，降液管調(diào)節(jié)功能消失，板上累積液量增加，最終引起溢流液泛。 若氣速過高，液體中的氣泡夾帶加重，降液管內(nèi)的泡沫層隨之增高，也易造成溢流液泛。hf 過大必導(dǎo)致 Hd 大，易發(fā)生液泛。如降液管設(shè)計(jì)過小或發(fā)生部分堵塞，

14、 h 急劇增大，也會(huì)導(dǎo)致溢流液泛。 夾帶液泛與溢流液泛互為誘因，交互影響。過量液沫夾帶阻塞氣體通道，板阻急增，降液管中泡沫層堆積，從而引發(fā)溢流液泛。而溢流液泛發(fā)生時(shí)，塔板上鼓泡層增高，分離空間降低，夾帶液泛也將隨之發(fā)生。 液泛使整個(gè)塔不能正常操作，甚至發(fā)生嚴(yán)重的設(shè)備事故，要特別注意防范。 hhhhHfowwd第24頁/共112頁第四節(jié)第四節(jié) 負(fù)荷性能圖及操作彈性負(fù)荷性能圖及操作彈性 為一定任務(wù)設(shè)計(jì)的塔板，在一定氣、液相負(fù)荷范圍內(nèi)才能實(shí)現(xiàn)良好的氣、液流動(dòng)與接觸狀態(tài)，有高的板效率。 當(dāng)氣、液相負(fù)荷超出此范圍，不僅塔板的分離效率大大降低，甚至塔的穩(wěn)定操作也將難以維持。 有必要對已設(shè)計(jì)的塔確定出其氣、

15、液相操作范圍。012345正常操作范圍Ls (m3/h)Vs (m3/h)1. 漏液線(氣相負(fù)荷下限線)2. 過量液沫夾帶線(氣相負(fù)荷上限線) 3. 液相負(fù)荷下限線 4. 液相負(fù)荷上限線 5. 溢流液泛線 第25頁/共112頁漏液線（氣相負(fù)荷下限線）漏液線（氣相負(fù)荷下限線）操作時(shí)防止塔板發(fā)生嚴(yán)重漏液現(xiàn)象所允許的最小氣體負(fù)荷。塔板漏液與閥孔氣速直接相關(guān)，故可用其大小作為判據(jù)。VVFu500VsNduNdV45420020式中， d0、N、V 均為已知數(shù)，故由此式求出的氣體負(fù)荷Vs 的下限在負(fù)荷性能圖（Vs-Ls圖）中為一水平線。0Ls (m3/h)Vs (m3/h)對 F1 型重閥取閥孔動(dòng)能因子

16、 F0=5 時(shí)的氣體負(fù)荷為操作的下限值：1第26頁/共112頁過量液沫夾帶線（氣相負(fù)荷上限線）過量液沫夾帶線（氣相負(fù)荷上限線）控制液沫夾帶量 ev 不大于最大允許值的氣體負(fù)荷上限。將與 ev=0.1（kg液體/kg氣體）相對應(yīng)的泛點(diǎn)率Fl（如D0.8m 的大塔，取 Fl = 70%）代入下式后所得的 Vs-Ls 關(guān)系式作圖而得。此線與橫軸并不完全平行，可見發(fā)生液沫夾帶現(xiàn)象與液相負(fù)荷 Ls 也有一定關(guān)系，但主要取決于氣體負(fù)荷。 %10036. 1bFLsVLVslAKCZLVF0Ls (m3/h)Vs (m3/h)12第27頁/共112頁液相負(fù)荷下限線液相負(fù)荷下限線此線為保證塔板上液體流動(dòng)時(shí)能均

17、勻分布所需的最小液量。對平頂直堰，取 how = 6 mm 作為液相負(fù)荷下限的標(biāo)準(zhǔn)。32100084. 2006. 0wsowlLEhfTsAHL 也稱氣泡夾帶線，由液體在降液管中所需的最小停留時(shí)間決定E, lw 已知，為一垂直線。液相負(fù)荷上限線不易起泡的物系：3s，易起泡物系：5s。為一垂直線。0Ls (m3/h)Vs (m3/h)34第28頁/共112頁由上述 5 條線所包圍的區(qū)域即一定物系在一定的結(jié)構(gòu)尺寸的塔板上的正常操作區(qū)。在此區(qū)域內(nèi)，氣、液兩相流率的變化對塔板效率的影響不大。01234Ls (m3/h)Vs (m3/h)溢流液泛線溢流液泛線降液管中泡沫層高度達(dá)最大允許值時(shí)的氣量與液量

18、的關(guān)系wTddhHHHhhhhHfowwd塔板的設(shè)計(jì)點(diǎn)及操作點(diǎn)都必須在正常操作區(qū)內(nèi)，才能獲得較高的塔板效率。對于一定氣液比的操作過程，Vs/Ls 為一定值，故塔板的操作線在圖上為以 Vs/Ls 為斜率過原點(diǎn) o 的直線。 5OP第29頁/共112頁012345Ls (m3/h)Vs (m3/h)塔板的操作彈性：上、下操作極限點(diǎn)的氣體流量之比。對一定結(jié)構(gòu)尺寸的塔板，采用不同氣液比時(shí)控制塔的操作彈性與生產(chǎn)能力的因素均可能不同。塔板的設(shè)計(jì)點(diǎn)應(yīng)落在負(fù)荷性能圖的適中位置，使塔具有相當(dāng)?shù)目关?fù)荷波動(dòng)的能力，保證塔的良好穩(wěn)定操作。OP 線（高氣液比）：上限 a（過量液沫夾帶）下限 a（低液層）OPOPOPaa

19、bbccOP 線（較高氣液比）：上限 b（溢流液泛）下限 b（漏液）OP” 線（低氣液比）：上限 c（氣泡夾帶）下限 c（漏液）第30頁/共112頁右圖表明，因降液管流通面積偏小，使液體負(fù)荷成為塔板操作的主要控制因素。液沫夾帶線 2 和溢流液泛線 5 將上移，甚至使線 5 落到正常操作范圍之外。物系一定，負(fù)荷性能圖取決于塔板的結(jié)構(gòu)尺寸。而負(fù)荷性能圖的形狀在一定程度上也反映了塔板結(jié)構(gòu)尺寸的相對情況。減小降液管面積，液相上限流量 Ls 下降(線 4 將左移)；塔板的負(fù)荷性能圖可清楚地表示塔板的允許的氣、液相負(fù)荷范圍及塔板操作彈性的大小，對塔板的改造和設(shè)計(jì)以及塔的操作均有一定的指導(dǎo)意義。 01234

20、5Ls (m3/h)Vs (m3/h)OPaa425第31頁/共112頁板式塔的工藝設(shè)計(jì)主要包括兩大方面：(1) 塔高、塔徑以及塔板結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算；(2) 塔板的流體力學(xué)校核以及塔板的負(fù)荷性能圖的確定。 浮閥塔工藝尺寸的計(jì)算 實(shí)際塔板數(shù) 可根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或用經(jīng)驗(yàn)公式估算塔高主要取決于實(shí)際塔板數(shù)和板間距。給定任務(wù)所需實(shí)際塔板數(shù)可通過平衡級(理論板)假設(shè)求得所需的理論板數(shù) N，然后由全塔效率(總板效率)修正TTENN第32頁/共112頁實(shí)際塔板數(shù)實(shí)際塔板數(shù)實(shí)際板數(shù)和板間距，塔高211ZZHNZTT式中：Z1 最上面一塊塔板距塔頂?shù)母叨龋琺； Z2 最下面一塊塔板距塔底的高度，m。HT 對塔的生產(chǎn)能力

21、、操作彈性以及塔板效率均有影響。HT，允許的操作氣速，塔徑，但塔高。HT ，塔高 ，但允許的操作氣速 ，塔徑。 對D0.8m的塔，為了安裝及檢修需要，需開設(shè)人孔。 人孔處的板間距一般不應(yīng)小于 0.6m。 第33頁/共112頁全塔效率的關(guān)聯(lián)式全塔效率的關(guān)聯(lián)式 塔板效率是氣、液兩相的傳質(zhì)速率、混合和流動(dòng)狀況、以及板間返混(液沫夾帶、氣泡夾帶和漏液等所致)的綜合結(jié)果。板效率是設(shè)計(jì)重要數(shù)據(jù)。由于影響因素很多且關(guān)系復(fù)雜，至今還難以正確可靠地對其進(jìn)行預(yù)測。工業(yè)裝置或?qū)嶒?yàn)裝置的實(shí)測數(shù)據(jù)是板效率最可靠的來源。全塔效率實(shí)測數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)式可用于塔板效率的估算。奧康內(nèi)爾（Oconnell）關(guān)聯(lián)方法精餾塔：采用相對揮發(fā)

22、度 與液相粘度 L 的乘積為參數(shù)來表示全塔效率 ET：245. 049. 0LTE 與 L 取塔頂與塔底平均溫度下的值。對多組分物系，取關(guān)鍵組分的 。液相的平均粘度 L 可按下式計(jì)算 iiLx第34頁/共112頁全塔效率的關(guān)聯(lián)式全塔效率的關(guān)聯(lián)式 橫坐標(biāo) HP/L中：H 塔頂塔底平均溫度下溶質(zhì)的亨利系數(shù)，kmol/(m3kPa)；P 操作壓強(qiáng)，kPa；L 塔頂塔底平均組成及平均溫度下的液相粘度，mPas 。 板式塔吸收塔第35頁/共112頁溢流式塔板的塔截面分為兩個(gè)部分：氣體流通截面和降液管所占截面（液體下流截面）。TTffTAAAAAAA1或TAD4fuu85. 06 . 0求 A 得與 Af

23、 / AT 后，即可求得 AT ，而塔徑設(shè)適宜氣速為 u，當(dāng)體積流量為 Vs 時(shí)， A =Vs / u。求 A 的關(guān)鍵在于確定流通截面積上的適宜氣速 u 。塔板的計(jì)算中，通常是以夾帶液泛發(fā)生的氣速（泛點(diǎn)氣速）作為上限。一般取A 的計(jì)算AT -塔板總截面積，A-氣體流道截面積，Af -降液管截面積第36頁/共112頁A 的計(jì)算的計(jì)算246223fVpVLpudgdVVLVVLpfCgdu34液泛氣速：在重力場中懸浮于氣流中的液滴所受的合力為零時(shí)的氣速。當(dāng) uut 時(shí)，液滴將被氣流帶出。對直徑為 dp 的液滴 索德爾斯和布朗（Souders and Brown）公式L 、 V 氣、液相的密度，kg

24、/m3； 阻力系數(shù)； C 氣體負(fù)荷因子，m/s。C 取決于dp和。因氣泡破裂形成的液滴的直徑和阻力系數(shù)都難以確定，故 C 需由實(shí)驗(yàn)確定。實(shí)驗(yàn)研究表明，C 值與氣、液流量及密度、板上液滴沉降高度以及液體的表面張力有關(guān)。第37頁/共112頁史密斯史密斯（Smith, R. B）關(guān)系曲線關(guān)系曲線HThL：液滴沉降高度，HT 可根據(jù)塔徑選取，hL 為板上清液層高度，若忽略板上液面落差owwLhhh常壓塔 hL=50100 mm；減壓塔 hL=2530 mm。注意：液相表面張力 = 210-2 N/m若實(shí)際液相表面張力不同，按下式校正2 . 02020CC5 . 02 . 02020VVLfCuu，A第

25、38頁/共112頁Af / AT 的確定的確定Af /AT：降液管面積與塔截面積之比，與液體溢流形式有關(guān)。求取方法：(1)按D和液體流量選取溢流形式，由溢流形式確定堰長 lw 與D 的比值。 單流型：lw/D =0.60.8 雙流型：lw/D =0.50.7 易起泡物系 lw/D 可高一些，以保證液體在降液管中的停留時(shí)間。(2)由選定的 lw/D 值查圖得 Af /AT 。(3)由確定的 A 與 Af /AT 求得塔板面積 AT 和塔徑 D ，并進(jìn)行圓整。rxWsAfDhwAAh0HTAfAaWslwWdWdWc注意：塔高和D的計(jì)算涉及的參數(shù)(HT、hL、lw/D) 是按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)在一定范圍選取

26、的，故所得塔高和D是初估值，需根據(jù)后面介紹的流體力學(xué)原則進(jìn)行校核。 第39頁/共112頁鼓泡區(qū)：取決于所需浮閥數(shù)與排列；溢流區(qū)：與所選溢流裝置類型有關(guān)。上兩區(qū)均需根據(jù)塔板上的流體力學(xué)狀況進(jìn)行專門計(jì)算。進(jìn)口安定區(qū)(分布區(qū))：保證進(jìn)塔板液體的平穩(wěn)均勻分布，也防止氣體竄入降液管。Ws = 50100 mm。出口安定區(qū)(脫氣區(qū))：避免降液管大量氣泡夾帶。Ws = 70100 mm。塔板布置rxWsAfDhwAAh0HTAfAaWslwWdWdWc邊緣區(qū)：塔板支撐件塔板連接。D 2.5 m WC 60 mm。第40頁/共112頁溢流裝置溢流裝置溢流裝置：由降液管、溢流堰和受液盤組成。降液管：連通塔板間液

27、體的通道，也是供溢流中所夾帶的氣體分離的場所。常見的有弓形、圓形和矩形降液管弓形降液管：有較大容積，能充分利用塔板面積，一般塔徑大于800mm的大塔均采用弓形。降液管的布置確定了液體在塔板上的流徑以及液體的溢流形式。液體在塔板上的流徑越長，氣液接觸時(shí)間就越長，有利于提高塔板效率；但是液面落差也隨之加大，不利于氣體均勻分布，使板效率降低。溢流形式的選擇：根據(jù)塔徑及流體流量等條件全面考慮。第41頁/共112頁液體在降液管中的停留時(shí)間 為 單溢流弓形降液管結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算單溢流弓形降液管結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算降液管的寬度 Wd 和截面積 AfsTfLHA計(jì)算塔徑時(shí)已根據(jù)溢流形式確定了堰長與塔徑的比值 lw/D

28、。由 lw/D 查圖可得 Wd /D 和 Af /AT，D 和 AT 已確定，故降液管的寬度 Wd 和截面積 Af 也可求得。為降低氣泡夾帶， 一般不應(yīng)小于 35s，對于高壓塔以及易起泡沫的物系，停留時(shí)間應(yīng)更長些。若計(jì)算出的 過短，不滿足要求，則應(yīng)調(diào)整相關(guān)的參數(shù)，重新計(jì)算。第42頁/共112頁出口溢流堰與進(jìn)口溢流堰出口溢流堰與進(jìn)口溢流堰出口堰：維持板上液層高度，各種形式的降液管均需設(shè)置。出口堰長 lw：弓形降液管的弦長，由液體負(fù)荷及溢流形式?jīng)Q定。 單溢流 lw=(0.60.8)D，雙溢流 lw=(0.50.7)D。出口堰高 hw：降液管上端高出板面的高度。堰高 hw 決定了板上液層的高度 hL

29、。owLwhhh32100084. 2wsowlLEh對于平堰：弗朗西斯（Francis）公式液流收縮系數(shù) E第43頁/共112頁出口溢流堰與進(jìn)口溢流堰出口溢流堰與進(jìn)口溢流堰進(jìn)口堰：保證液體均勻進(jìn)入塔板，也起液封作用。一般僅在較大塔中設(shè)置。進(jìn)口堰高一般與降液管底隙高度 h0 相等。進(jìn)口堰與降液管間的水平距離 w0 h0，以保證液體由降液管流出時(shí)不致受到大的阻力。 降液管底隙高度及受液盤降液管底隙高度應(yīng)保證溢流液順暢并防止沉淀物堵塞(不可太小) ，但也應(yīng)防止氣體進(jìn)入降液管(不可太大)。對于弓形降液管可按下式計(jì)算oLwsulLh0式中：uoL 液體通過降液管底端出口處的流速，m/s。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般取

30、 uoL = 0.070.25 m/s。D 800 mm，h0 = 40 mm。最大時(shí)可達(dá) 150 mm。第44頁/共112頁降液管底隙高度及受液盤降液管底隙高度及受液盤受液盤：承接來自降液管的液體。凹形受液盤：用于大塔（D800mm）。在液體流量低時(shí)仍能形成良好的液封，對改變液體流向有緩沖作用，且便于液體的側(cè)線抽出，但不適于易聚合及有懸浮固體的情況。凹形受液盤深度一般在 50mm 以上。 第45頁/共112頁浮閥的數(shù)目與排列浮閥的數(shù)目與排列 閥孔直徑：由浮閥的型號決定。浮閥數(shù) N：由氣體負(fù)荷量 Vs 決定?？捎上率接?jì)算 0204udVNsVuF00閥孔氣速 u0 可根據(jù)由實(shí)驗(yàn)結(jié)果綜合的閥孔動(dòng)

31、能因子 F0 確定式中：Vs 氣體流量，m3/s； u0 閥孔氣速，m/s； d0 閥孔直徑。對 F1 型浮閥，d0 = 39 mm。根據(jù)工業(yè)設(shè)備數(shù)據(jù)，對F1重型浮閥（約33g），當(dāng)塔板上的浮閥剛?cè)_時(shí)，F(xiàn)0 在 812 之間。設(shè)計(jì)時(shí)可在此范圍內(nèi)選擇適宜的 F0 后計(jì)算 u0 。第46頁/共112頁浮閥的數(shù)目與排列浮閥的數(shù)目與排列 浮閥在塔板上常按三角形排列，可順排或叉排。液流方向順排tNAtatt叉排等腰三角形叉排可使相鄰的浮閥容易吹開，鼓泡更均勻。通常將同一橫排的閥孔中心距定為 75 mm，而相鄰兩排間的距離可取 65、80、100 mm 等幾種規(guī)格。若鼓泡區(qū)面積為 Aa，則一個(gè)閥孔的鼓泡

32、面積 Aa / N 約為 t t，故有第47頁/共112頁浮閥的數(shù)目與排列浮閥的數(shù)目與排列 由 t=75mm 及上式計(jì)算的 Aa 值可得 t ，據(jù)此可確定 t 的實(shí)際取值（65、80、100mm）；根據(jù)已確定的孔距（t 與 t），按等腰三角形叉排方式作圖，確切排出在鼓泡區(qū)內(nèi)可以布置的浮閥總數(shù)；若作圖排列與計(jì)算所得浮閥數(shù)相等或相近，則按作圖所得浮閥數(shù)重算閥孔氣速，然后校核 F0 (812) 。若 F0 不在該范圍內(nèi)，應(yīng)重新調(diào)整 t 值，再作圖、校核，直到滿足要求為止。)(m222csdsdWDrWWDxWWDx)(sin180)(sixrxrxrxrxrxAa對單溢流塔

33、板 Aa 可按下式計(jì)算：第48頁/共112頁浮閥的數(shù)目與排列浮閥的數(shù)目與排列 %100%1004420220NDdDNd塔板開孔率 ：塔板上閥孔總面積占塔板總面積的百分?jǐn)?shù)第49頁/共112頁浮閥塔板的流體力學(xué)校核浮閥塔板的流體力學(xué)校核 目的：判斷在設(shè)計(jì)工作點(diǎn)(任務(wù)給定的氣、液負(fù)荷量)下初步設(shè)計(jì)出的塔板能否正常操作，塔板壓降是否超過允許值等，從而確認(rèn)塔的工藝尺寸設(shè)計(jì)結(jié)果的可靠性。原因：在計(jì)算確定浮閥塔的塔高 Z、塔徑 D 及塔板結(jié)構(gòu)尺寸時(shí)，有部分設(shè)計(jì)參數(shù)來源于一定范圍內(nèi)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，如 HT、lw /D、hL 等。氣體通過塔板的壓強(qiáng)降對塔板的操作性能有著重要影響，通常也是設(shè)計(jì)任務(wù)規(guī)定的指標(biāo)之一。塔

34、板的壓降等于干板壓降與液層壓降之和，即ldfhhh第50頁/共112頁)(9 .19175. 000液柱muhuuLdoc)(234. 5200液柱mguhuuLVdoc國內(nèi)通用的 F1 型浮閥塔板的 hd 可按如下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：閥全開前閥全開后式中：u0 閥孔氣速，m/s； uoc 閥恰好全開時(shí)的閥孔氣速(臨界氣速)，m/s； V、 L 分別為塔內(nèi)氣體和液體的密度，kg/m3。825. 115 .10Vocu由上兩式可得臨界孔速 uoc 的計(jì)算式以上三式是由閥重 33g 和閥孔直徑 39mm 的重型浮閥測定的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)所得。用于其它重量的浮閥時(shí)需進(jìn)行修正。第51頁/共112頁液層阻力 hl 為

35、：如果算出的板壓降 hf 值超過規(guī)定的允許值，應(yīng)對相關(guān)的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，如增大開孔率 或降低堰高 hw，以使 hf 值下降。owwlhhh第52頁/共112頁正常操作時(shí)的液沫夾帶量為： ev 0.1kg液體/kg氣體。尚無 ev 較準(zhǔn)確的直接計(jì)算式，通常是間接地用泛點(diǎn)率(泛點(diǎn)百分?jǐn)?shù)) Fl 作為估算 ev 大小的依據(jù)。泛點(diǎn)率 Fl ：操作時(shí)的空塔氣速與發(fā)生液泛時(shí)的空塔氣速之比D0.9m ：Fl 80%；D0.9m：Fl 70%；減壓塔：Fl 0.8m 的大塔，取 Fl = 70%）代入下式后所得的 Vs-Ls 關(guān)系式作圖而得。此線與橫軸并不完全平行，可見發(fā)生液沫夾帶現(xiàn)象與液相負(fù)荷 Ls 也有

36、一定關(guān)系，但主要取決于氣體負(fù)荷。 %10036. 1bFLsVLVslAKCZLVF0Ls (m3/h)Vs (m3/h)12第60頁/共112頁液相負(fù)荷下限線液相負(fù)荷下限線此線為保證塔板上液體流動(dòng)時(shí)能均勻分布所需的最小液量。對平頂直堰，取 how = 6 mm 作為液相負(fù)荷下限的標(biāo)準(zhǔn)。32100084. 2006. 0wsowlLEhfTsAHL 也稱氣泡夾帶線，由液體在降液管中所需的最小停留時(shí)間決定E, lw 已知，為一垂直線。液相負(fù)荷上限線不易起泡的物系：3s，易起泡物系：5s。為一垂直線。0Ls (m3/h)Vs (m3/h)34第61頁/共112頁由上述 5 條線所包圍的區(qū)域即一定物

37、系在一定的結(jié)構(gòu)尺寸的塔板上的正常操作區(qū)。在此區(qū)域內(nèi)，氣、液兩相流率的變化對塔板效率的影響不大。01234Ls (m3/h)Vs (m3/h)溢流液泛線溢流液泛線降液管中泡沫層高度達(dá)最大允許值時(shí)的氣量與液量的關(guān)系wTddhHHHhhhhHfowwd塔板的設(shè)計(jì)點(diǎn)及操作點(diǎn)都必須在正常操作區(qū)內(nèi)，才能獲得較高的塔板效率。對于一定氣液比的操作過程，Vs/Ls 為一定值，故塔板的操作線在圖上為以 Vs/Ls 為斜率過原點(diǎn) o 的直線。 5OP第62頁/共112頁塔體：一般取為圓筒形，可由金屬、塑料或陶瓷制成，金屬筒體內(nèi)壁常襯以防腐材料。 填料：大致可分為散裝填料和規(guī)整填料兩大類，是傳熱和傳質(zhì)的場所。塔內(nèi)件：

38、包括填料支承與壓緊裝置、液體與氣體分布器、液體再分布器以及氣體除沫器等。操作原理：液體經(jīng)塔頂噴淋裝置均勻分布于填料上，依靠重力作用沿填料表面自上而下流動(dòng)，并與在壓強(qiáng)差推動(dòng)下穿過填料空隙的氣體相互接觸，發(fā)生傳熱和傳質(zhì)。 7653421液體氣體8第63頁/共112頁填料（填料（Tower packing） 填料塔的核心，是氣液兩相接觸進(jìn)行質(zhì)、熱傳遞的場所。填料的流體力學(xué)和傳質(zhì)性能與填料的材質(zhì)、大小和幾何形狀緊密相關(guān)，材質(zhì)一定時(shí)，表征填料特性的數(shù)據(jù)主要有：比表面積 a：單位體積填料層所具有的表面積(m2/m3)。被液體潤濕的填料表面就是氣液兩相的接觸面。大的 a 和良好的潤濕性能有利于傳質(zhì)速率的提高

39、。對同種填料，填料尺寸越小，a 越大，但氣體流動(dòng)的阻力也要增加。空隙率 ：單位體積填料所具有的空隙體積(m3/m3)。代表的是氣液兩相流動(dòng)的通道， 大，氣、液通過的能力大，氣體流動(dòng)的阻力小。 = 0.450.95。填料因子 ：填料比表面積與空隙率三次方的比值(1/m)，a/3，表示填料的流體力學(xué)性能，值越小，流動(dòng)阻力越小。有干填料因子與濕填料因子之分。第64頁/共112頁填料（填料（Tower packing） 堆積密度 p ：單位體積填料的質(zhì)量(kg/m3)。在機(jī)械強(qiáng)度允許的條件下，填料壁要盡量薄，以減小填料的堆積密度，從而既可降低成本又可增加空隙率。機(jī)械強(qiáng)度大，化學(xué)穩(wěn)定性好以及價(jià)格低廉等也

40、是優(yōu)良填料應(yīng)盡量兼有的性質(zhì)。注意：一些難以定量表達(dá)的因素(幾何形狀)對填料的流體力學(xué)和傳質(zhì)性能也有重要的影響。新型填料的開發(fā)一般是改進(jìn)填料幾何形狀使之更為合理，從而獲得高的填料效率。 常用的填料（Typical tower packing） 常用的填料可分為散裝填料和規(guī)整填料兩大類。散裝填料在塔內(nèi)可亂堆，也可以整砌。第65頁/共112頁優(yōu)點(diǎn)：易于制造，價(jià)格低廉，且對它的研究較為充分，所以在過去較長的時(shí)間內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。缺點(diǎn)：高徑比大，堆積時(shí)填料間易形成線接觸，故液體常存在嚴(yán)重的溝流和壁流現(xiàn)象。且拉西環(huán)填料的內(nèi)表面潤濕率較低，因而傳質(zhì)速率也不高。拉西環(huán)（拉西環(huán)（Raschig ring）填料

41、填料最早使用的一種填料，為高徑比相等的陶瓷和金屬等制成的空心圓環(huán)。在拉西環(huán)基礎(chǔ)上衍生了環(huán)、十字環(huán)及螺旋環(huán)等，其基本改進(jìn)是在拉西環(huán)內(nèi)增加一結(jié)構(gòu)，以增大填料的比表面積。第66頁/共112頁鮑爾環(huán)（鮑爾環(huán)（Pall ring）填料填料在環(huán)的側(cè)壁上開一層或兩層長方形小孔，小孔的母材并不脫離側(cè)壁而是形成向內(nèi)彎的葉片。上下兩層長方形小孔位置交錯(cuò)。鮑爾環(huán)填料的優(yōu)良性能使它一直為工業(yè)所重視，應(yīng)用十分廣泛。可由陶瓷、金屬或塑料制成。同尺寸的鮑爾環(huán)與拉西環(huán)雖有相同的比表面積和空隙率，但鮑爾環(huán)在其側(cè)壁上的小孔可供氣液流通，使環(huán)的內(nèi)壁面得以充分利用。比之拉西環(huán)，鮑爾環(huán)不僅具有較大的生產(chǎn)能力和較低的壓降，且分離效率較高

42、，溝流現(xiàn)象也大大降低。第67頁/共112頁這樣的結(jié)構(gòu)使得階梯環(huán)填料的性能在鮑爾環(huán)的基礎(chǔ)上又有提高，其生產(chǎn)能力可提高約10%，壓降則可降低25%，且由于填料間呈多點(diǎn)接觸，床層均勻，較好地避免了溝流現(xiàn)象。階梯環(huán)填料（階梯環(huán)填料（Stair ring）階梯環(huán)填料的結(jié)構(gòu)與鮑爾環(huán)填料相似，環(huán)壁上開有長方形小孔，環(huán)內(nèi)有兩層交錯(cuò) 45的十字形葉片，環(huán)的高度為直徑的一半，環(huán)的一端成喇叭口形狀的翻邊。階梯環(huán)一般由塑料和金屬制成，由于其性能優(yōu)于其它側(cè)壁上開孔的填料，因此獲得廣泛的應(yīng)用。第68頁/共112頁弧鞍形弧鞍形(Berl saddle)矩鞍形矩鞍形(Intalox saddle)填料填料一種表面全部展開的具

43、有馬鞍形狀的瓷質(zhì)型填料 (馬鞍填料)?；“疤盍显谒?nèi)呈相互搭接狀態(tài)，形成弧形氣體通道，優(yōu)點(diǎn)：空隙率高，氣體阻力小，液體分布性能較好，填料性能優(yōu)于拉西環(huán)。矩鞍填料的兩端為矩形，且填料兩面大小不等?？朔嘶“疤盍舷嗷ブ丿B的缺點(diǎn)，填料的均勻性得到改善。液體分布均勻，氣液傳質(zhì)速率得到提高。瓷矩鞍填料是目前采用最多的一種瓷質(zhì)填料。缺點(diǎn)：相鄰填料易相互套疊，使填料有效表面降低，從而影響傳質(zhì)速率。第69頁/共112頁優(yōu)點(diǎn)：網(wǎng)絲細(xì)密，空隙很高，比表面積很大。由于毛細(xì)管作用，填料表面潤濕性能很好。故網(wǎng)體填料氣體阻力小，傳質(zhì)速率高。缺點(diǎn)：造價(jià)很高，故多用于實(shí)驗(yàn)室中難分離物系的分離。 金屬英特洛克斯（金屬英特洛克斯

44、（Intalox）填料填料有環(huán)形與鞍形的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，生產(chǎn)能力大、壓降低、液體分布性能好、傳質(zhì)速率高及操作彈性大，在減壓蒸餾中其優(yōu)勢更為顯著。與實(shí)體填料對應(yīng)的另一類填料為網(wǎng)體填料。有多種形式，如金屬絲網(wǎng)制成的網(wǎng)環(huán)和鞍型網(wǎng)等。網(wǎng)體填料（Wire gauze packings）第70頁/共112頁第71頁/共112頁規(guī)整填料規(guī)整填料規(guī)整填料一般由波紋狀的金屬網(wǎng)絲或多孔板重疊而成。使用時(shí)根據(jù)填料塔的結(jié)構(gòu)尺寸，疊成圓筒形整塊放入塔內(nèi)或分塊拼成圓筒形在塔內(nèi)砌裝。優(yōu)點(diǎn)：空隙大，生產(chǎn)能力大，壓降小。流道規(guī)則，只要液體初始分布均勻，則在全塔中分布也均勻，因此規(guī)整填料幾乎無放大效應(yīng)，通常具有很高的傳質(zhì)效率。缺點(diǎn)：造

45、價(jià)較高，易堵塞難清洗，因此工業(yè)上一般用于較難分離或分離要求很高的情況。 第72頁/共112頁新型規(guī)整填料新型規(guī)整填料第73頁/共112頁填料的流體力學(xué)性能填料的流體力學(xué)性能 壓降填料塔效率主要取決于填充填料流體力學(xué)性能和傳質(zhì)性能。壓降、液泛氣速、持液量及氣液分布對填料塔的設(shè)計(jì)和操作參數(shù)的確定至關(guān)重要。壓降與氣速的關(guān)系：氣體通過干填料層時(shí)的流動(dòng)與氣體通過顆粒固定床的流動(dòng)相似，只是通常填料層的空隙率更大，故氣體在空隙中的流速更高而處于湍流。載液區(qū)高液量低液量CCBBAAL=0L1L2lg ulg p載點(diǎn)氣速液泛氣速第74頁/共112頁有一定持液量時(shí)，pu 將不再為簡單的直線關(guān)系(噴淋密度為L1、L

46、2曲線)，且存在兩個(gè)較明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。壓降壓降氣體通過干填料層的壓降 p 與空塔氣速 u 的關(guān)系在雙對數(shù)坐標(biāo)上為直線，斜率 1.82.0。原因：噴淋液體在填料上形成液膜，占據(jù)部分空隙，減小了氣體的流通截面，對相同空塔氣速壓降升高。載液區(qū)高液量低液量CCBBAAL=0L1L2lg ulg p載點(diǎn)氣速液泛氣速第75頁/共112頁P(yáng)點(diǎn)后，液沫夾帶量，液相返混可導(dǎo)致填料效率，(HETP )。載點(diǎn)(B)后，持液量，氣液相互作用，相界面積，湍動(dòng)增強(qiáng)，傳質(zhì)過程，填料效率 (HETP )；載液和液泛對傳質(zhì)的影響：壓降壓降氣速較低時(shí)，氣液相間相互影響小，在一定的液體噴淋密度下，填料持液量與氣速無關(guān)，氣體壓降與氣速

47、的關(guān)系為直線且基本與 L=0 的直線平行。lg u高液量低液量載點(diǎn)線lg LPB泛點(diǎn)C載液區(qū)空塔氣速 u等板高度HETP填料塔的操作一般控制在偏離泛點(diǎn)一定距離的載液區(qū)內(nèi)，這樣，既可得到較高的傳質(zhì)效率，填料層的壓降也不會(huì)過大。 第76頁/共112頁壓降與氣速的關(guān)聯(lián)圖壓降與氣速的關(guān)聯(lián)圖壓降對填料塔操作的可靠性和經(jīng)濟(jì)性有著決定性的影響。選擇填料和確定塔徑時(shí)，不同系統(tǒng)應(yīng)控制的壓降范圍不同。吸收（mmH2O/m）蒸餾（mmH2O/m）系統(tǒng)不起泡系統(tǒng)起泡常壓或加壓真空20358203565835壓降：表面摩擦阻力+形體阻力，前者是氣體在空隙中流動(dòng)時(shí)在填料表面和氣液界面上產(chǎn)生的粘性應(yīng)力，后者是由于氣體流道的

48、突然增大或縮小，方向的改變等造成的動(dòng)能損失。影響因素：填料特性(幾何形狀、比表面積、 等)，流體物性(、 等)以及操作條件(氣液流量、T 等)。難以進(jìn)行準(zhǔn)確的理論計(jì)算，迄今仍然只能由各種經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式或關(guān)聯(lián)圖進(jìn)行估算。第77頁/共112頁?？颂匕？颂?(Eckert) 壓降通用關(guān)聯(lián)圖壓降通用關(guān)聯(lián)圖橫坐標(biāo)：GG ,GL 氣體和液體的質(zhì)量流速，kg/(m2.s)； u 空塔氣速，m/s； V , L 氣體和液體的密度，kg/m3； L 液體的粘度，mPa.s；WG ,WL 氣體和液體的質(zhì)量流量，kg/s； 濕填料因子(泛點(diǎn)填料因子)，1/m； Vs ,Ls 氣體和液體的體積流量，m3/s； g 重力加

49、速度 9.81m/s2； 液體密度校正系數(shù)(水與液相密度之比=/L) 。縱坐標(biāo)：5 . 05 . 05 . 0,VLssLVGLLVGLVLWWGG或2 . 022 . 02LLVGLLVgGgu或第78頁/共112頁?？颂匕？颂?(Eckert) 壓降通用關(guān)聯(lián)圖壓降通用關(guān)聯(lián)圖適用范圍：亂堆填料(Random packings)，如拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、矩鞍環(huán)等。與泛點(diǎn)線相對應(yīng)的空塔氣速為空塔液泛氣速。利用此圖可根據(jù)選定的空塔氣速求壓降，或根據(jù)規(guī)定的壓降求算相應(yīng)的空塔氣速。 最上方的三條線分別為弦柵、整砌拉西環(huán)及亂堆填料的泛點(diǎn)線。其余為亂堆填料的等壓降線。第79頁/共112頁泛點(diǎn)氣速泛點(diǎn)氣速泛點(diǎn)：液

50、泛開始發(fā)生，是填料塔的操作極限。泛點(diǎn)氣速：開始發(fā)生液泛時(shí)的氣速，泛點(diǎn)的直接表達(dá)參數(shù)。 為防止液泛發(fā)生，最大操作氣速應(yīng) 95%泛點(diǎn)氣速，設(shè)計(jì)點(diǎn)的氣速通常取泛點(diǎn)氣速的50%80%。故正確估算泛點(diǎn)氣速對填料塔的設(shè)計(jì)和操作都十分重要。 填料的種類，物系的物性以及氣、液相負(fù)荷等因素對泛點(diǎn)都有一定的影響。泛點(diǎn)氣速的估算式通常仍是借助于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所得的各種經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式或關(guān)聯(lián)圖。 對于散裝填料，目前廣泛采用?？颂?Eckert)壓降和氣速通用關(guān)聯(lián)圖中的泛點(diǎn)曲線。 規(guī)整填料有類似的泛點(diǎn)實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)圖，可參考有關(guān)文獻(xiàn)。 根據(jù)兩相流動(dòng)參數(shù)即可由?？颂?Eckert)關(guān)聯(lián)圖中的泛點(diǎn)線查縱坐標(biāo)值，若填料因子已知，即可求得泛點(diǎn)氣

51、速。 第80頁/共112頁持液量（持液量（Liquid holdupLiquid holdup）填料的持液量：操作時(shí)單位體積填料在表面和空隙中所積存的液體體積量。由靜持液量和動(dòng)持液量兩部分組成。動(dòng)持液量：停止氣液兩相進(jìn)料后從填料中排放出來的液體。與填料特性，物性及氣液兩相流量有關(guān)。靜持液量：液體排放完后仍保留在填料層內(nèi)的那部分液體。與填料表面積，表面特征及潤濕性有關(guān)。持液量對填料的壓降、氣液通量以及分離效率均有影響。液體在填料層中的停留時(shí)間與持液量成正比，故熱敏性物系分離不宜采用持液量大的填料。對間歇蒸餾不宜采用持液量大的填料。填料塔穩(wěn)定操作時(shí)持液量越小，靈敏度越高。理想的操作：大傳質(zhì)表面，較

52、小持液量。 第81頁/共112頁填料塔內(nèi)的氣、液分布填料塔內(nèi)的氣、液分布?xì)狻⒁簝上喾植疾痪鶆驅(qū)λ蕰?huì)產(chǎn)生不利的影響。小尺度不良分布：單個(gè)填料尺度或規(guī)整填料的通道尺度上的不均勻分布。原因：由于氣體的彌散性，氣體在小尺度上容易分布均勻。而液體能否在填料表面擴(kuò)展成膜與填料的潤濕性直接相關(guān)。即使填料潤濕性很好，液體的初始分布也很均勻，但在向下流過一定高度的填料層后部分液體必然會(huì)匯集為細(xì)股流，使另一部分填料表面不能為液體所潤濕。小尺度的不良分布是填料的特性，當(dāng)液體流經(jīng)一定距離后，這種不良分布特性保持穩(wěn)定，稱為特征分布。通常散裝填料的小尺度不良分布較規(guī)整填料突出。第82頁/共112頁填料塔內(nèi)的氣、液分布

53、填料塔內(nèi)的氣、液分布大尺度不良分布：由液體初始分布不均、填料層結(jié)構(gòu)不均和塔體傾斜等非正常因素所引起。壁效應(yīng)：若塔壁附近空隙率顯著大于填料主體區(qū)，則會(huì)造成液體向壁區(qū)偏流并最終形成沿塔壁垂直向下的壁流，減少了填料氣體區(qū)的液流量。塔體傾斜會(huì)造成液體優(yōu)先流向下方塔壁而匯集，上方塔壁及靠壁區(qū)液體分布則不足。填料破碎、變形等也會(huì)造成大范圍的液流分布不均。大尺度液流不均還會(huì)引發(fā)氣流分布不均，造成氣體走短路，使填料塔操作惡化。改進(jìn)措施：加強(qiáng)液流入塔的初始分布均勻性，在塔內(nèi)設(shè)置液體再分布器，填料充填均勻，對大型塔填料尺寸與塔徑之比不大于 1/30 以避免壁效應(yīng)等。第83頁/共112頁填料塔塔徑與塔高的計(jì)算填料塔

54、塔徑與塔高的計(jì)算 塔徑 填料塔的直徑可根據(jù)圓形管道內(nèi)的流量公式計(jì)算uVDs4式中：Vs 操作條件下氣體體積流量，m3/s； u 操作條件下的空塔氣速，m/s。 一般取 u = (0.50.8) uf 。對一定氣體負(fù)荷，塔徑計(jì)算關(guān)鍵在于空塔泛點(diǎn)氣速的求取。當(dāng)缺乏實(shí)測數(shù)據(jù)時(shí)，泛點(diǎn)氣速 uf 可用?？颂?Eckert)壓降關(guān)聯(lián)圖估算。一般填料塔的操作氣速大致在 0.21.0 m/s。按上式算出的塔徑，應(yīng)按壓力容器公稱直徑進(jìn)行圓整，如圓整為600、800、1000、1200 mm 等。第84頁/共112頁塔徑塔徑驗(yàn)算液體噴淋密度，以確保填料能得到充分的潤濕。填料塔的液體最小噴淋密度與填料的比表面積 a

55、 有關(guān)，其關(guān)系為：aLUw minmin式中：Umin 最小噴淋密度，m3/(m2s)； (Lw)min 最小潤濕速率，m3/(ms)。最小潤濕速率：在塔橫截面上，單位長度的填料周邊上潤濕填料所需最少液體的體積流量。直徑75mm 的環(huán)形填料，(Lw)min= 0.12 m3/(mh)。實(shí)際噴淋密度應(yīng)大于最小噴淋密度。若不能滿足此條件，可采用增大回流比或液體再循環(huán)等方法加大塔內(nèi)液體流量，或適當(dāng)提高氣速，減小塔徑等。 第85頁/共112頁塔高塔高取決于所需的填料層高度及塔內(nèi)附屬構(gòu)件所需的高度。附屬構(gòu)件(如氣液分布裝置，除沫器及液體再分布器等)的高度要由所選的類型和計(jì)算的尺寸來確定。填料層的高度通常

56、采用傳質(zhì)單元法 (第9章吸收計(jì)算) 或等板高度法進(jìn)行計(jì)算。等板高度(HETP)：與一層理論塔板的分離效果相當(dāng)?shù)奶盍蠈痈叨?。等板高度的大小，表明填料效率的高低。等板高度一般由?shí)驗(yàn)測定，或取生產(chǎn)設(shè)備的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。若完成分離任務(wù)所需的理論板數(shù)為 N，則填料層高度 Z 為HETPNZ第86頁/共112頁默奇默奇 (Murch) 等板高度經(jīng)驗(yàn)公式等板高度經(jīng)驗(yàn)公式 GG 氣體的空塔質(zhì)量速度，kg/(m2h)； 相對揮發(fā)度； D 塔徑，m； L 液體粘度，mPas； Z 填料層高度，m； L 液體的密度，kg/m3； c1, c2, c3 常數(shù)，取決于填料類型及尺寸。LLccGZDGcHETP31321適用范

57、圍：(1) 常壓操作，操作氣速為泛點(diǎn)氣速的2585%；(2) 高回流比操作；(3) 值不大于3的碳?xì)浠衔镎麴s系統(tǒng)；(4) 填料層高度為0.93.0m，塔徑為0.50.75m，填料尺寸不大于塔徑的1/8。第87頁/共112頁默奇默奇 (Murch) 等板高度經(jīng)驗(yàn)公式等板高度經(jīng)驗(yàn)公式LLccGZDGcHETP31321默奇（Murch）等板高度經(jīng)驗(yàn)公式中的常數(shù)填料類型尺寸mmc1c2c3 陶瓷拉西環(huán)91.36104-0.371.2412.54.48104-0.241.24252.39103-0.101.24 弧鞍501.510301.2412.52.55104-0.451.11252.11103-0.141.11第88頁/共112頁填料塔的附屬結(jié)構(gòu)填料塔的附屬結(jié)構(gòu) 填料支承板（Packing support er ）主要包括：填料支承裝置、液體分布及再分布裝置、氣體進(jìn)口分布裝置及出口除沫裝置等。附屬結(jié)構(gòu)的選型、設(shè)計(jì)、安裝是否正確合理，對填料塔的操作和傳質(zhì)分離效果都會(huì)有直接影響，應(yīng)給予足夠的重視。 用以支承