化工原理板式塔

1、化工原理電子教案 板式塔及其設(shè)計計算 3.1概述高徑比很大的設(shè)備稱為塔1.塔設(shè)備的基本功能和性能評價指標(biāo)使汽液兩相充分接觸，適當(dāng)湍動，提供盡可能大的傳質(zhì)面積和傳質(zhì)系數(shù)，接觸后兩相又能及時完善分離在塔內(nèi)使汽、液兩相具有最大限度的接近逆流，以提供最大的傳質(zhì)推動力塔設(shè)備性能的評價指標(biāo) 通量單位塔截面的生產(chǎn)能力，表征塔設(shè)備的處理能力和允許空塔氣速 分離效率單位壓降塔的分離效果，對板式塔以板效率表示，對填料塔以等板高度表示 適應(yīng)能力操作彈性，表現(xiàn)為對物料的適應(yīng)性及對負(fù)荷波動的適應(yīng)性2.塔設(shè)備的類型根據(jù)塔內(nèi)氣、液接觸構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式，分為板式塔和填料塔按塔內(nèi)汽液接觸方式，分為逐級接觸式（連續(xù)）和微分（連續(xù)）

2、接觸式之分板式塔：塔內(nèi)設(shè)置一定數(shù)量的塔板，處理物 料量大時采用填料塔：塔內(nèi)裝有一定高度的填料，塔徑較小時采用3.23.2板式塔板式塔按照塔內(nèi)汽液流動的方式，可將塔板分為錯按照塔內(nèi)汽液流動的方式，可將塔板分為錯流塔板和逆流塔板流塔板和逆流塔板汽、液兩相接觸方式汽、液兩相接觸方式 兩相流動的推動力兩相流動的推動力 全塔：逆流接觸塔板上：錯流接觸液體：重力氣體：壓力差塔板結(jié)構(gòu)塔板結(jié)構(gòu)氣體通道氣體通道 形式很多，如篩板、浮閥、泡罩等，對塔板性能影響很大。 降液管（液體通道）降液管（液體通道） 液體流通通道，多為弓形。 受液盤受液盤 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

3、兩相充分接觸。浮閥塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)塔板上塔板上理想流動理想流動情況情況： 液體橫向均勻流過塔板，氣體從氣體通道上升，均勻穿過液層。氣液兩相接觸傳質(zhì)，達(dá)相平衡相平衡，分離后，繼續(xù)流動。傳質(zhì)的傳質(zhì)的非理想非理想流動情況流動情況： 反向流動反向流動 液沫夾帶、氣泡夾帶 ，即：返混現(xiàn)象返混現(xiàn)象 后果后果：使已分離的兩相又混合，板效率降低，能耗增加板效率降低，能耗增加。不均勻流動不均勻流動 液面落差液面落差（水力坡度）：引起塔板上氣速氣速不均； 塔壁作用塔壁作用（阻力）：引起塔板上液速液速不均，中間 近壁；后果：后果：使塔板上氣液接觸不充分，板效率降低。板效率降低。液 泛現(xiàn)象：3.3 塔內(nèi)氣、液兩相異常流動塔

4、內(nèi)氣、液兩相異常流動 （1）液泛）液泛 如果由于某種原因，使得氣、液兩相流動不暢，使板上液層迅速積累，以致充滿整個空間，破壞塔的正常操作，稱此現(xiàn)象為液泛。液泛。 過量霧沫夾帶液泛過量霧沫夾帶液泛原因：原因： 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)動是噴射狀，將液體分散并可攜帶一部分液沫流動。 說明說明：開始發(fā)生液泛時的氣速稱之為液泛氣速液泛氣速 。 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)致降液管內(nèi)阻力及塔板阻力增大時，均會引起降液管液層升高，當(dāng)降液管內(nèi)液層高度難以維持塔板上液相暢通時，降液管內(nèi)液層迅速上升，以致達(dá)到上一層塔板，逐漸充滿塔板空間，即發(fā)生液泛。并稱

5、之為降液降液管液泛管液泛。說明：說明：兩種液泛互相影響和關(guān)聯(lián)，其最終現(xiàn)象相同。（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)氣速漏液點(diǎn)氣速 。3.4 常用塔板的類型常用塔板的類型（1）泡罩塔）泡罩塔優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：塔板操作彈性大，塔效率也比較高，不易堵。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，塔板阻力大但生產(chǎn)能力不大。 塔板是氣液兩相接觸傳質(zhì)的場所，為提高塔板性能，采用各種形式塔板。 組成：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)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、造價低、塔板阻力小。 目前，廣泛應(yīng)用的一種塔型。塔板

6、上開圓孔，孔徑：3 - 8 mm，大孔徑篩板：12 - 25 mm。 篩篩 板板（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)：優(yōu)點(diǎn)：浮閥根據(jù)氣體流量，自動調(diào)節(jié)開度，提高了塔板的操作彈性、降低塔板的壓降，同時具有較高塔板效率，在生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：浮閥易脫落或損壞。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)：優(yōu)點(diǎn)：提高允許液體流量3.5篩板塔化工設(shè)計計算篩板塔化工設(shè)計計算（1）塔的有效高度）塔的有效高度 Z 已知：已知：實(shí)際塔板數(shù) NP ； 選取塔板間距 HT； pTNHZ 選取塔板間距選取塔板間距 HT ：理論塔板數(shù)計算塔徑塔徑D，m0.

7、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塔板間距和塔徑的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系塔板間距和塔徑的經(jīng)驗(yàn)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：VVLfCuLVmVmLvlVVVLLVqqqqFss C：氣體負(fù)荷因子，與 HT、 液體表面張力和兩相接觸狀況有關(guān)。有關(guān)。 液泛氣速液泛氣速兩相流動參數(shù)兩相流動參數(shù) FLV：（2）塔徑）塔徑 確定原則：確定原則： 防止過量液沫夾帶液泛 步驟：步驟： 先確定液泛氣速 uf (m/

8、s)； 然后選設(shè)計氣速 u； 最后計算塔徑 D。2 . 02020CC 選取設(shè)計氣速選取設(shè)計氣速 u 選取泛點(diǎn)率：泛點(diǎn)率： u / uf 一般液體， 0.6 0.8 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)計氣速設(shè)計氣速 u = 泛點(diǎn)率泛點(diǎn)率 ufADAd 計算塔徑計算塔徑 DTdTAAAA1塔截面積：塔截面積：A = AT - AdTAD4塔徑塔徑說明：說明：計算塔徑需圓整，且重新計算實(shí)際氣速及泛點(diǎn)率。（3）溢流裝置設(shè)計）溢流裝置設(shè)計 溢流型式的選擇溢流型式的選擇 依據(jù)：依據(jù)：塔徑 、流量； 型式型式：單流型、U 形流型、雙流型、階梯流型等。 降液管形式和底隙

9、降液管形式和底隙 降液管：弓形弓形、圓形。 降液管截面積：由Ad/AT = 0.06 0.12 確定； 底隙 hb ：通常在 30 40 mm。 溢流堰（出口堰）溢流堰（出口堰） 作用作用：維持塔板上一定液層，使液體均勻橫向流過。 型式：平直堰、溢流輔堰、三角形齒堰及柵欄堰。堰長堰長 lW ：影響液層高度。堰高堰高 hW：直接影響塔板上液層厚度 過小，過小，相際傳質(zhì)面積過??； 過大過大，塔板阻力大，效率低。 常、加壓塔：40 80 mm ； 減壓塔：25 mm 左右。 TdWAAfDlDbfDldW75. 06 . 0 DlW7 . 05 . 0 DlW說明：通常應(yīng)使溢流強(qiáng)度說明：通常應(yīng)使溢流

10、強(qiáng)度qVLh/lW 不大于不大于100130 m3/（m h）。）。 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) 一般兩區(qū)面積相等。 入口安定區(qū)和出口安定區(qū) 其中， E：液流收縮系數(shù)，：液流收縮系數(shù)，一般可近似取 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)：bcbdbslWrx)sin(21222rxrxrxAa)sin( 2)sin( 211221211222rxrxrxrxrxrxAa（5）篩孔的尺寸和排列）篩孔的尺寸和排列 篩孔篩孔： 有效傳質(zhì)區(qū)內(nèi)

11、，常按正三角形排列。 篩板開孔率篩板開孔率 ： 單流型弓形降液管塔板單流型弓形降液管塔板： 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. 060sin21421tdtdAAoaobcbdbslWrxd0t00AquSVV20200785. 04dAdAna篩孔直徑篩孔直徑 d0 : 3 8 mm (一般)。 12 25 mm (大篩孔) 孔中心距孔中心距 t : (2.55) d0 取整。 開孔率開孔率: : 通常為 0.08 0.12。 板厚：板厚：碳鋼（3 4mm）、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 對初步設(shè)計的

12、結(jié)果進(jìn)行調(diào)整和修正。VmVmLVLmeqqeeqevVVLVLVmLmvssqqqqe11 液沫夾帶量校核液沫夾帶量校核單位質(zhì)量（或摩爾）氣體所夾帶的液體質(zhì)量（或摩爾） ev ： kg 液體 / kg氣體，或 kmol液體 / kmol氣體單位時間夾帶到上層塔板的液體質(zhì)量（或摩爾） e： kg 液體 / h 或 kmol液體 / h 液沫夾帶分率：夾帶的液體流量占橫過塔板液體流量的分?jǐn)?shù)。 故有： 所以2 . 33107 . 5fTvHHue說明：超過允許值，可調(diào)整 塔板間距塔板間距 或 塔徑。塔徑。 ev的計算方法的計算方法：方法1：利用Fair關(guān)聯(lián)圖求，進(jìn)而求出ev。方法2：用Hunt經(jīng)驗(yàn)公

13、式計算ev。)(5 . 2OWWfhhH式中Hf 為板上泡沫層高度：要求要求： ev 0.1 kg 液體 / kg氣體。 塔板阻力的計算和校核塔板阻力的計算和校核 塔板阻力：塔板阻力：液柱mgphLff 塔板阻力 hf包括 以下幾部分: （a）干板阻力 h0氣體通過板上孔的阻力（設(shè)無液體時）； （b）液層阻力 hl 氣體通過液層阻力； （c）克服液體表面張力阻力 h孔口處表面張力。清液柱高度表示：（a）干板阻力）干板阻力h0200,021CuggphLVLofd0/C0塔板孔流系數(shù)C0 孔流系數(shù)孔流系數(shù)OWWlhhh（b）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)2/1V32/1aa

14、mkgsmuF說明：說明：若塔板阻力過大，可 增加開孔率增加開孔率或 降低堰高。降低堰高。03104dghL（c）克服液體表面張力阻力克服液體表面張力阻力（一般可不計） 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(0476.032vLfsLfbHLZHb（a） 液面落差液面落差一般較小，可不計。當(dāng)一般較小，可不計。當(dāng)不可忽略時不可忽略時，一般要求：一般要求： 0.5h0282211018. 1153. 02bWsbWsddhlLhlLguh（b b） 液體通過降液管阻力液體通過降液

15、管阻力 hd21dddhhh包括底隙阻力 hd1和進(jìn)口堰阻力hd2。無進(jìn)口堰時：無進(jìn)口堰時：02dhdlLddHHHWTdhHH泡沫層高度泡沫層高度要求：要求：說明：說明：若泡沫高度過大，可 減小塔板阻力減小塔板阻力或 增大塔板間距。增大塔板間距。泡沫層相對密度：對不易起泡物系，6 . 05 . 04 . 03 . 0易起泡物系， 液體在降液管中停留時間校核液體在降液管中停留時間校核 目的：目的：避免嚴(yán)重的氣泡夾帶。 sVLTdqHA停留時間：停留時間：要求：要求：s53說明：說明：停留時間過小，可 增加降液管面積增加降液管面積 或 增大塔板間距。增大塔板間距。（a）計算嚴(yán)重漏液時干板阻力嚴(yán)重

16、漏液時干板阻力 h0 hhhhOWW13.00056.00（b）計算漏液點(diǎn)氣速漏液點(diǎn)氣速 u0 0002hgCuVL說明：說明：如果穩(wěn)定系數(shù)k過小，可 減小開孔率減小開孔率 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)重漏液時篩孔氣速。 穩(wěn)定系數(shù)：穩(wěn)定系數(shù)：00uuk要求：要求：25 . 1k 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） 規(guī)定：ev = 0.1（ kg 液體 / kg氣體） 為限制條件。3232 . 313)(101 . 75 . 21081. 8WVLWTVVlqhHAqhh（6）塔板的負(fù)荷性能圖）塔板的負(fù)荷性

17、能圖確定塔板的操作彈性 液相下限線液相下限線006. 01084. 23/23WVLowlqEhh整理出：規(guī)定WVLhlq07. 3 嚴(yán)重漏液線（氣相下限線）嚴(yán)重漏液線（氣相下限線）hhhhOWW13.00056.00代入相關(guān)公式，如hOW、u0，整理出。 液相上限線液相上限線保證液體在降液管中有一定的停留時間。sLHAsTd5dThAHV720 降液管液泛線降液管液泛線WTdhHHLvcugh2000)(21WTbWhWhhLVhHhlLlLndV)5 . 1(1018. 11026. 41041. 3283232208min,max,hhVVVVqqmin,max,hhVLVLqq塔板的操

18、作彈性：塔板的操作彈性： 或化工原理課程設(shè)計任務(wù)書化工原理課程設(shè)計任務(wù)書1設(shè)計題目：分離甲醇設(shè)計題目：分離甲醇水混合液的浮閥精餾塔水混合液的浮閥精餾塔原始數(shù)據(jù)及條件原始數(shù)據(jù)及條件生產(chǎn)能力：年處理甲醇生產(chǎn)能力：年處理甲醇水混合液水混合液8萬噸（開工率萬噸（開工率300天天/年）年）原原 料：甲醇含量為料：甲醇含量為20%（質(zhì)量分率，下同）的（質(zhì)量分率，下同）的常溫液體常溫液體分離要求：塔頂甲醇含量不低于分離要求：塔頂甲醇含量不低于95% 塔底甲醇含量不高于塔底甲醇含量不高于2%建廠地址建廠地址: 濟(jì)南濟(jì)南化工原理課程設(shè)計任務(wù)書化工原理課程設(shè)計任務(wù)書2設(shè)計題目：分離甲醇設(shè)計題目：分離甲醇水混合液的

19、浮閥精餾塔水混合液的浮閥精餾塔原始數(shù)據(jù)及條件原始數(shù)據(jù)及條件生產(chǎn)能力：年處理甲醇生產(chǎn)能力：年處理甲醇水混合液水混合液10萬噸（開工率萬噸（開工率300天天/年）年）原原 料：甲醇含量為料：甲醇含量為20%（質(zhì)量分率，下同）的常（質(zhì)量分率，下同）的常溫液體溫液體分離要求：塔頂甲醇含量不低于分離要求：塔頂甲醇含量不低于95% 塔底甲醇含量不高于塔底甲醇含量不高于2%建廠地址建廠地址: 濟(jì)南濟(jì)南化工原理課程設(shè)計任務(wù)書化工原理課程設(shè)計任務(wù)書3設(shè)計題目：分離苯設(shè)計題目：分離苯甲苯混合液的浮閥精餾甲苯混合液的浮閥精餾塔塔原始數(shù)據(jù)及條件原始數(shù)據(jù)及條件生產(chǎn)能力：年處理苯生產(chǎn)能力：年處理苯甲苯混合液甲苯混合液2萬

20、噸（開萬噸（開工率工率330天天/年）年）原原 料：苯含量為料：苯含量為26.7%（質(zhì)量分率，下同）（質(zhì)量分率，下同）的的65液體液體分離要求：塔頂苯含量不低于分離要求：塔頂苯含量不低于98% 塔底苯含量不高于塔底苯含量不高于2%建廠地址建廠地址: 濟(jì)南濟(jì)南化工原理課程設(shè)計任務(wù)書化工原理課程設(shè)計任務(wù)書4設(shè)計題目：分離苯設(shè)計題目：分離苯甲苯混合液的浮閥精餾塔甲苯混合液的浮閥精餾塔原始數(shù)據(jù)及條件原始數(shù)據(jù)及條件生產(chǎn)能力：年處理苯生產(chǎn)能力：年處理苯甲苯混合液甲苯混合液1.8萬噸（開工率萬噸（開工率330天天/年）年）原原 料：苯含量為料：苯含量為26.7%（質(zhì)量分率，下同）的（質(zhì)量分率，下同）的40液

21、體液體分離要求：塔頂苯含量不低于分離要求：塔頂苯含量不低于98% 塔底苯含量不高于塔底苯含量不高于2%建廠地址建廠地址: 濟(jì)南濟(jì)南化工原理課程設(shè)計任務(wù)書化工原理課程設(shè)計任務(wù)書5設(shè)計題目：分離苯設(shè)計題目：分離苯甲苯混合液的浮閥精餾塔甲苯混合液的浮閥精餾塔原始數(shù)據(jù)及條件原始數(shù)據(jù)及條件生產(chǎn)能力：年產(chǎn)生產(chǎn)能力：年產(chǎn)2.5萬噸苯萬噸苯(純純),（開工率（開工率7920小時）小時）原原 料：苯含量為料：苯含量為40%（質(zhì)量分率，下同）的飽和（質(zhì)量分率，下同）的飽和液體液體分離要求：塔頂苯含量不低于分離要求：塔頂苯含量不低于98% 塔底苯含量不高于塔底苯含量不高于2%建廠地址建廠地址: 濟(jì)南濟(jì)南化工原理課程

22、設(shè)計任務(wù)書化工原理課程設(shè)計任務(wù)書6設(shè)計題目：分離苯設(shè)計題目：分離苯甲苯混合液的浮閥精餾塔甲苯混合液的浮閥精餾塔原始數(shù)據(jù)及條件原始數(shù)據(jù)及條件生產(chǎn)能力：年產(chǎn)生產(chǎn)能力：年產(chǎn)2.0萬噸苯萬噸苯(純純),（開工率（開工率7000小時）小時）原原 料：苯含量為料：苯含量為40%（質(zhì)量分率，下同）的飽和（質(zhì)量分率，下同）的飽和液體液體分離要求：塔頂苯含量不低于分離要求：塔頂苯含量不低于98% 塔底苯含量不高于塔底苯含量不高于2%建廠地址建廠地址: 濟(jì)南濟(jì)南化工原理課程設(shè)計任務(wù)書化工原理課程設(shè)計任務(wù)書7設(shè)計題目：分離甲醇設(shè)計題目：分離甲醇水混合液的浮閥精餾塔水混合液的浮閥精餾塔原始數(shù)據(jù)及條件原始數(shù)據(jù)及條件生產(chǎn)

23、能力：年產(chǎn)甲醇生產(chǎn)能力：年產(chǎn)甲醇(純純)4萬噸（開工率萬噸（開工率7200小時）小時）原原 料：料： 甲醇含量為甲醇含量為40%（質(zhì)量分率，下同）的（質(zhì)量分率，下同）的 飽和液體飽和液體 分離要求：塔頂甲醇含量不低于分離要求：塔頂甲醇含量不低于98% 塔底甲醇含量不高于塔底甲醇含量不高于2%建廠地址建廠地址: 濟(jì)南濟(jì)南化工原理課程設(shè)計任務(wù)書化工原理課程設(shè)計任務(wù)書8設(shè)計題目：分離甲醇設(shè)計題目：分離甲醇水混合液的浮閥精餾塔水混合液的浮閥精餾塔原始數(shù)據(jù)及條件原始數(shù)據(jù)及條件生產(chǎn)能力：年產(chǎn)甲醇生產(chǎn)能力：年產(chǎn)甲醇(純純)3萬噸（開工率萬噸（開工率7200小時）小時）原原 料：料： 甲醇含量為甲醇含量為40%（質(zhì)量分率，下同）的（質(zhì)量分率，下同）的 飽和液體飽和液體 分離要求：塔頂甲醇含量不低于分離要求：塔頂甲醇含量不低于96% 塔底甲醇含量不高于塔底甲醇含量不高于2%建廠地址建廠地址: 濟(jì)南濟(jì)南參考資料參考資料1.夏清、陳常貴主編夏清、陳常貴主編化工原理化工原理（上、下冊），（上、下冊），天津大學(xué)出版社，天津大學(xué)出版社，20052.化學(xué)工程手冊化學(xué)工程手冊 第