【大學(xué)】《化工原理》電子教案 板式塔及其工藝設(shè)計(jì)計(jì)算ppt課件

1、電子教案 板式塔及其工藝設(shè)計(jì)計(jì)算 ;6.10 板板 式式 塔塔6.10.1 板式塔構(gòu)造及性能板式塔構(gòu)造及性能1 板式塔構(gòu)造板式塔構(gòu)造 進(jìn)料回流液塔頂氣相塔底液相;塔板構(gòu)造塔板構(gòu)造 氣體通道氣體通道 方式很多，如篩板、浮閥、泡罩等，對(duì)塔板性能影響很大方式很多，如篩板、浮閥、泡罩等，對(duì)塔板性能影響很大。 降液管液體通道降液管液體通道 液體流統(tǒng)統(tǒng)道，多為弓形。液體流統(tǒng)統(tǒng)道，多為弓形。 受液盤受液盤 塔板上接受液體的部分。塔板上接受液體的部分。 溢流堰溢流堰 使塔板上維持一定高度的液層，保證兩相充分接觸。使塔板上維持一定高度的液層，保證兩相充分接觸。;浮閥塔板構(gòu)造;2 塔板上的氣塔板上的氣液兩相流動(dòng)液

2、兩相流動(dòng);汽、液兩相接觸方式汽、液兩相接觸方式 兩相流動(dòng)的推進(jìn)力兩相流動(dòng)的推進(jìn)力 全塔：逆流接觸塔板上：錯(cuò)流接觸液體：重力氣體：壓力差; 塔板上理想流動(dòng)情況：塔板上理想流動(dòng)情況： 液體橫向均勻流過(guò)塔板，氣體從氣體通道上升，均勻穿過(guò)液層。液體橫向均勻流過(guò)塔板，氣體從氣體通道上升，均勻穿過(guò)液層。 氣液兩相接觸傳質(zhì)，達(dá)相平衡，分別后，繼續(xù)流動(dòng)。氣液兩相接觸傳質(zhì)，達(dá)相平衡，分別后，繼續(xù)流動(dòng)。 塔板上的非理想流動(dòng)情況：塔板上的非理想流動(dòng)情況： 氣相或液相返混氣相或液相返混 液沫夾帶、氣泡夾帶液沫夾帶、氣泡夾帶 ，即：返混景象，即：返混景象 后果：板效率降低。后果：板效率降低。 不均勻流動(dòng)不均勻流動(dòng) 液面

3、落差水力坡度：引起塔板上氣體分布不均勻；液面落差水力坡度：引起塔板上氣體分布不均勻； 塔壁作用阻力：引起塔板上液體分布不均勻。塔壁作用阻力：引起塔板上液體分布不均勻。后果：使塔板上氣液接觸不充分，板效率降低。后果：使塔板上氣液接觸不充分，板效率降低。;液泛景象液泛景象6.10.2 塔內(nèi)氣、液兩相異常流動(dòng)塔內(nèi)氣、液兩相異常流動(dòng) 1液泛液泛 假設(shè)由于某種緣由，使得氣、液兩相流動(dòng)不暢，使板上假設(shè)由于某種緣由，使得氣、液兩相流動(dòng)不暢，使板上液層迅速積累，以致充溢整個(gè)空間，破壞塔的正常操作，稱此液層迅速積累，以致充溢整個(gè)空間，破壞塔的正常操作，稱此景象為液泛。景象為液泛。;1) 過(guò)量霧沫夾帶液泛過(guò)量霧沫

4、夾帶液泛緣由：緣由： 氣相在液層中鼓泡，氣泡破裂，將霧沫彈濺至上一層塔板；氣相在液層中鼓泡，氣泡破裂，將霧沫彈濺至上一層塔板； 氣相運(yùn)動(dòng)是放射狀，將液體分散并可攜帶一部分液沫流動(dòng)。氣相運(yùn)動(dòng)是放射狀，將液體分散并可攜帶一部分液沫流動(dòng)。 液泛氣速：液泛氣速： 開(kāi)場(chǎng)發(fā)生液泛時(shí)的氣速。開(kāi)場(chǎng)發(fā)生液泛時(shí)的氣速。;2降液管液泛降液管液泛 當(dāng)塔內(nèi)氣、液兩相流量較大，導(dǎo)致塔板阻力及降液管內(nèi)阻當(dāng)塔內(nèi)氣、液兩相流量較大，導(dǎo)致塔板阻力及降液管內(nèi)阻力增大時(shí)，均會(huì)引起降液管液層升高，以致到達(dá)上一層塔板，力增大時(shí)，均會(huì)引起降液管液層升高，以致到達(dá)上一層塔板，破壞降液管的正常流動(dòng)，直至液相逐漸充溢塔板空間，發(fā)生液破壞降液管的

5、正常流動(dòng)，直至液相逐漸充溢塔板空間，發(fā)生液泛。泛。闡明：兩種液泛相互影響和關(guān)聯(lián)，其最終景象一樣。闡明：兩種液泛相互影響和關(guān)聯(lián)，其最終景象一樣。;2 嚴(yán)重漏液嚴(yán)重漏液 漏液量增大，導(dǎo)致塔板上難以維持正常操作所需的液面，無(wú)法操作。此漏液為嚴(yán)重漏液，稱相應(yīng)的孔流氣速為漏液點(diǎn)氣速 。;6.10.3 常用塔板的類型常用塔板的類型1泡罩塔板泡罩塔板優(yōu)點(diǎn)：塔板操作彈性大，塔效率也比較高，不易堵。優(yōu)點(diǎn)：塔板操作彈性大，塔效率也比較高，不易堵。缺陷：構(gòu)造復(fù)雜，制造本錢高，塔板阻力大。缺陷：構(gòu)造復(fù)雜，制造本錢高，塔板阻力大。 組成：升氣管和泡罩組成：升氣管和泡罩;圓形泡罩條形泡罩泡罩塔;2篩板塔板篩板塔板優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)

6、造簡(jiǎn)單、造價(jià)低、塔板阻力小。優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡(jiǎn)單、造價(jià)低、塔板阻力小。 目前，廣泛運(yùn)用的一種塔型。目前，廣泛運(yùn)用的一種塔型。塔板上開(kāi)圓孔，孔徑：3 - 8 mm，大孔徑篩板：12 - 25 mm。;3浮閥塔板浮閥塔板圓形浮閥條形浮閥浮閥塔盤方形浮閥;優(yōu)點(diǎn)：浮閥根據(jù)氣體流量，自動(dòng)調(diào)理開(kāi)度，提高了塔板的操作彈優(yōu)點(diǎn)：浮閥根據(jù)氣體流量，自動(dòng)調(diào)理開(kāi)度，提高了塔板的操作彈性、降低塔板的壓降，同時(shí)具有較高塔板效率，在消費(fèi)中得到廣性、降低塔板的壓降，同時(shí)具有較高塔板效率，在消費(fèi)中得到廣泛的運(yùn)用。泛的運(yùn)用。缺陷：浮閥易零落或損壞。缺陷：浮閥易零落或損壞。方形浮閥F1型浮閥;4多降液管多降液管MD塔板塔板 優(yōu)點(diǎn)：提高允

7、許液體流量?jī)?yōu)點(diǎn)：提高允許液體流量;6.10.5 篩板塔化工設(shè)計(jì)計(jì)算篩板塔化工設(shè)計(jì)計(jì)算1塔的有效高度塔的有效高度 Z 知：實(shí)踐塔板數(shù)知：實(shí)踐塔板數(shù) NP ； 塔板間距塔板間距 HT； pTNHZ 選取塔板間距選取塔板間距 HT ：實(shí)際塔板數(shù)計(jì)算軟件塔徑塔徑D，m0.3-0.50.5-0.80.8-1.61.6-2.02.0-2.42.4塔板間距塔板間距HT，m0.2-0.30.3-0.35 0.35-0.45 0.45-0.6 0.5-0.80.6塔板間距和塔徑的閱歷關(guān)系塔板間距和塔徑的閱歷關(guān)系塔體高度：有效高塔體高度：有效高+頂部頂部+底部底部+ 其它其它 有效塔高：有效塔高：;VVLfCuL

8、VmVmLvlVVVLLVqqqqFss C：氣體負(fù)荷因子，與：氣體負(fù)荷因子，與 HT、 液體外表張力和兩相接觸情液體外表張力和兩相接觸情況有關(guān)。況有關(guān)。 液泛氣速液泛氣速兩相流動(dòng)參數(shù)兩相流動(dòng)參數(shù) FLV：2塔徑塔徑 確定原那么：確定原那么： 防止過(guò)量液沫夾帶液泛防止過(guò)量液沫夾帶液泛 步驟：步驟： 先確定液泛氣速先確定液泛氣速 uf (m/s)； 然后選設(shè)計(jì)氣速然后選設(shè)計(jì)氣速 u； 最后計(jì)算塔徑最后計(jì)算塔徑 D。2 . 02020CC;對(duì)于篩板塔(浮閥、泡罩塔)，可查圖 ，C20=(HT 、FLV)0.2HT=0.60.450.30.150.40.30.21.00.70.10.040.030.

9、020.070.010.040.030.020.070.010.10.090.060.05vlVVVLLVssqqFVLVf20 uC篩板塔泛點(diǎn)關(guān)聯(lián)圖; 選取設(shè)計(jì)氣速選取設(shè)計(jì)氣速 u 選取泛點(diǎn)率：選取泛點(diǎn)率： u / uf 普通液體，普通液體， 0.6 0.8 易起泡液體，易起泡液體，0.5 0.6uVAs所需氣體流通截面積所需氣體流通截面積設(shè)計(jì)氣速設(shè)計(jì)氣速 u = 泛點(diǎn)率泛點(diǎn)率 ufADAd 計(jì)算塔徑計(jì)算塔徑 DTdTAAAA1塔截面積：塔截面積：A = AT - AdTAD4塔徑塔徑闡明：計(jì)算塔徑需圓整，且重新計(jì)算實(shí)踐氣速及泛點(diǎn)率。闡明：計(jì)算塔徑需圓整，且重新計(jì)算實(shí)踐氣速及泛點(diǎn)率。;3溢流

10、安裝設(shè)計(jì)溢流安裝設(shè)計(jì) 溢流型式的選擇溢流型式的選擇 根據(jù)：塔徑根據(jù)：塔徑 、流量；、流量； 型式：?jiǎn)瘟餍?、型式：?jiǎn)瘟餍汀 形流型、雙流型、階梯流型等。形流型、雙流型、階梯流型等。 降液管方式和底隙降液管方式和底隙 降液管：弓形、圓形。降液管：弓形、圓形。 降液管截面積：由降液管截面積：由Ad/AT = 0.06 0.12 確定；確定； 底隙底隙 hb ：通常在：通常在 30 40 mm。 溢流堰出口堰 作用：維持塔板上一定液層，使液體均勻橫向流過(guò)。 型式：平直堰、溢流輔堰、三角形齒堰及柵欄堰。;堰長(zhǎng)堰長(zhǎng) lW ：影響液層高度。：影響液層高度。堰高堰高 hW：直接影響塔板上液層厚度：直接影響塔

11、板上液層厚度 過(guò)小，相際傳質(zhì)面積過(guò)??；過(guò)小，相際傳質(zhì)面積過(guò)?。?過(guò)大，塔板阻力大，效率低。過(guò)大，塔板阻力大，效率低。 常、加壓塔：常、加壓塔：40 80 mm ； 減壓塔：減壓塔：25 mm 左右。左右。 TdWAAfDlDbfDldW75. 06 . 0 DlW7 . 05 . 0 DlW闡明：通常應(yīng)使溢流強(qiáng)度闡明：通常應(yīng)使溢流強(qiáng)度qVLh/lW 不大于不大于100130 m3/mh。 或： 雙流型:單流型：;3/231084.2WVLowlqEhh(4) 塔板及其布置塔板及其布置 受液區(qū)和降液區(qū)受液區(qū)和降液區(qū) 普通兩區(qū)面積相等。普通兩區(qū)面積相等。 入口安定區(qū)和出口安定區(qū)入口安定區(qū)和出口安定

12、區(qū) 其中， E：液流收縮系數(shù)，普通可近似取 E =1。mmhOW6mmbbss10050mmbc50堰上方液頭高度堰上方液頭高度 hOW ：要求：要求： 邊緣區(qū)：邊緣區(qū)：bcbdbslWrx;)sin(21222rxrxrxAa)sin( 2)sin( 211221211222rxrxrxrxrxrxAa5篩孔的尺寸和陳列篩孔的尺寸和陳列 篩孔：篩孔： 有效傳質(zhì)區(qū)內(nèi)，常按正三角形陳列。有效傳質(zhì)區(qū)內(nèi)，常按正三角形陳列。 篩板開(kāi)孔率篩板開(kāi)孔率 ： 單流型弓形降液管塔板：?jiǎn)瘟餍凸谓狄汗芩澹?有效傳質(zhì)區(qū)：有效傳質(zhì)區(qū)： 雙流型弓形降液管塔板：雙流型弓形降液管塔板：20220907. 060sin21

13、421tdtdAAoaobcbdbslWrxd0t;00AquSVV20200785. 04dAdAna篩孔直徑篩孔直徑 d0 : 3 8 mm (普通普通)。 12 25 mm (大篩孔大篩孔) 孔中心距孔中心距 t : (2.55) d0 取整。取整。 開(kāi)孔率開(kāi)孔率: 通常為通常為 0.08 0.12。 板厚：碳鋼板厚：碳鋼3 4mm、不銹鋼。、不銹鋼。 篩孔氣速：篩孔氣速：篩孔數(shù)：篩孔數(shù)：d0t;(6) 塔板的校核塔板的校核 對(duì)初步設(shè)計(jì)的結(jié)果進(jìn)展調(diào)整和修正。對(duì)初步設(shè)計(jì)的結(jié)果進(jìn)展調(diào)整和修正。VmVmLVLmeqqeeqevVVLVLVmLmvssqqqqe11 液沫夾帶量校核液沫夾帶量校核

14、單位質(zhì)量或摩爾氣體所夾帶的液體質(zhì)量或摩爾單位質(zhì)量或摩爾氣體所夾帶的液體質(zhì)量或摩爾 ev ： kg 液體液體 / kg氣體，或氣體，或 kmol液體液體 / kmol氣體氣體單位時(shí)間夾帶到上層塔板的液體質(zhì)量或摩爾單位時(shí)間夾帶到上層塔板的液體質(zhì)量或摩爾 e： kg 液體液體 / h 或或 kmol液體液體 / h 液沫夾帶分率液沫夾帶分率：夾帶的液體流量占橫過(guò)塔板液體流量的分?jǐn)?shù)。：夾帶的液體流量占橫過(guò)塔板液體流量的分?jǐn)?shù)。 故有：故有： 所以;2 . 33107 . 5fTvHHue闡明：超越允許值，可調(diào)整塔板間距或塔徑。闡明：超越允許值，可調(diào)整塔板間距或塔徑。 ev的計(jì)算方法：的計(jì)算方法：方法1：

15、利用Fair關(guān)聯(lián)圖求，進(jìn)而求出ev。方法2：用Hunt閱歷公式計(jì)算ev。)(5 . 2OWWfhhH式中Hf 為板上泡沫層高度：要求：要求： ev 0.1 kg 液體液體 / kg氣體。氣體。; 塔板阻力的計(jì)算和校核塔板阻力的計(jì)算和校核 塔板阻力：塔板阻力：液柱mgphLff 塔板阻力塔板阻力 hf包括包括 以下幾部分以下幾部分: a干板阻力干板阻力 h0氣體經(jīng)過(guò)板上孔的阻力設(shè)無(wú)液體時(shí)；氣體經(jīng)過(guò)板上孔的阻力設(shè)無(wú)液體時(shí)； b液層阻力液層阻力 hl 氣體經(jīng)過(guò)液層阻力；氣體經(jīng)過(guò)液層阻力； c抑制液體外表張力阻力抑制液體外表張力阻力 h孔口處外表張力?？卓谔幫獗韽埩?。清液柱高度表示：a干板阻力干板阻力

16、h0200,021CuggphLVLof;d0/C0塔板孔流系數(shù)C0 孔流系數(shù)孔流系數(shù);OWWlhhhb液層阻力液層阻力 hl查圖求充氣系數(shù)查圖求充氣系數(shù)2/1V32/1aamkgsmuF;闡明：假設(shè)塔板阻力過(guò)大，可添加開(kāi)孔率或闡明：假設(shè)塔板阻力過(guò)大，可添加開(kāi)孔率或 降低堰高。降低堰高。03104dghLc抑制液體外表張力阻力普通可不計(jì) 降液管液泛校核降液管液泛校核dLOWWdhgpphhH12dfOWWhhhh故塔板阻力：hhhhLf0降液管中清液柱高度降液管中清液柱高度 (m);)()()4(0476.032vLfsLfbHLZHba 液面落差液面落差普通較小，可不計(jì)。當(dāng)不可忽略時(shí)，普通較

17、小，可不計(jì)。當(dāng)不可忽略時(shí)，普通要求：普通要求： 0.5h0282211018. 1153. 02bWsbWsddhlLhlLguhb b 液體經(jīng)過(guò)降液管阻力液體經(jīng)過(guò)降液管阻力 hd hd21dddhhh包括底隙阻力 hd1和進(jìn)口堰阻力hd2。無(wú)進(jìn)口堰時(shí)：無(wú)進(jìn)口堰時(shí)：02dh;dlLddHHHWTdhHH泡沫層高度泡沫層高度要求：要求：闡明：假設(shè)泡沫高度過(guò)大，可減小塔板阻力或闡明：假設(shè)泡沫高度過(guò)大，可減小塔板阻力或 增大塔板間距。增大塔板間距。泡沫層相對(duì)密度：對(duì)不易起泡物系，6 . 05 . 04 . 03 . 0易起泡物系， 液體在降液管中停留時(shí)間校核液體在降液管中停留時(shí)間校核 目的：防止嚴(yán)重

18、的氣泡夾帶。目的：防止嚴(yán)重的氣泡夾帶。 sVLTdqHA停留時(shí)間：停留時(shí)間：要求：要求：s53闡明：停留時(shí)間過(guò)小，可添加降液管面積闡明：停留時(shí)間過(guò)小，可添加降液管面積 或或 增大塔板間距。增大塔板間距。;a計(jì)算嚴(yán)重漏液時(shí)干板阻力 h0 hhhhOWW13.00056.00b計(jì)算漏液點(diǎn)氣速 u0 0002hgCuVL闡明：假設(shè)穩(wěn)定系數(shù)闡明：假設(shè)穩(wěn)定系數(shù)k過(guò)小，可過(guò)小，可 減小開(kāi)孔率減小開(kāi)孔率 或或 降低堰高。降低堰高。 嚴(yán)重漏液校核嚴(yán)重漏液校核 漏液點(diǎn)氣速漏液點(diǎn)氣速 u0 ：發(fā)生嚴(yán)重漏液時(shí)篩孔氣速。：發(fā)生嚴(yán)重漏液時(shí)篩孔氣速。 穩(wěn)定系數(shù)：穩(wěn)定系數(shù)：00uuk要求：要求：25 . 1k; 過(guò)量液沫夾帶線氣相負(fù)荷上限線過(guò)量液沫夾帶線氣相負(fù)荷上限線 規(guī)定：規(guī)定：ev = 0.1 kg 液體液體 / kg氣體氣體 為限制條件。為限制條件。3232 . 313)(101 . 75 . 21081. 8WVLWTVVlqhHAqhh6塔板的負(fù)荷性能圖塔板的負(fù)荷性能圖確定塔板的操作彈性確定塔板的操作彈性 液相下限線