宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 第四章蒸馏和吸收塔设备 蒸馏和吸收塔的类型:板式塔与填料塔(处理量大用板式塔,处理量小多采用填料塔)本章重 点:介绍板式塔的塔板类型、分析操作特点并讨论浮阌塔的设 第一节板式塔 结构同书 板式塔结构简图 泡罩塔板示意图 1—气体出口 2一液体入口 3一塔壳 4一塔板 5一降液管 6一出口溢流堰; 7—气体入口 8一液体出口。 板式塔的优点:空塔速度较高、生产能力较大、板式塔效率稳定、造价低、检修清理方便
宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 1/10 第四章 蒸馏和吸收塔设备 一. 蒸馏和吸收塔的类型：板式塔与填料塔（处理量大用板式塔，处理量小多采用填料塔）本章重 点：介绍板式塔的塔板类型、分析操作特点并讨论浮阀塔的设计。 第一节 板式塔 一. 结构同书 板式塔结构简图 泡罩塔板示意图 1—气体出口； 2—液体入口； 3—塔壳； 4—塔板； 5—降液管； 6—出口溢流堰； 7—气体入口； 8—液体出口。 二.板式塔的优点：空塔速度较高、生产能力较大、板式塔效率稳定、造价低、检修清理方便
宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 4.1.1塔板类型及性能评价 塔板类型 液相 气相 液相 666 气相 浮动喷射塔板示意图 浮舌塔板示意图 二.塔板的性能评价 塔板负荷性能图 2/
宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 2/10 4.1.1 塔板类型及性能评价 一. 塔板类型 气相 气相 液相 液相 浮动喷射塔板示意图 浮舌塔板示意图 二.塔板的性能评价 塔板负荷性能图
宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 4.1.2塔板的流体力学性能 4.1.3板式塔的设计 工艺计算:塔高、塔径及塔板上主要部件工艺尺寸的计算,流体力学验算,最后画出塔板的操作 负荷性能图。 浮塔板结构参数 h一出口堰高,m;h-堰上液层高度,m;h一降液管底隙高度,m;h一进口堰与 降液管间的水平距离,m;h一进口堰高,m:H-降液管中清液层高度,m:Hr 板间距,m;l-堰长,m;W-弓形降液管宽度,m;D—塔径,m;R一鼓 泡区半径,m:x一鼓泡区宽度的,m:t-同一横排的阀孔中心距,m。 浮阀塔工艺尺寸的计算 塔高 Z 式中 Z一塔高 Nx一塔内所需的理论板层数 Er-总板效率; H1一塔板间距,m]
宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 3/10 4.1.2 塔板的流体力学性能 4.1.3 板式塔的设计 工艺计算：塔高、塔径及塔板上主要部件工艺尺寸的计算，流体力学验算,最后画出塔板的操作 负荷性能图。 浮塔板结构参数 w h —出口堰高， m ； how —堰上液层高度， m ； o h —降液管底隙高度， m ； 1 h —进口堰与 降液管间的水平距离， m ； ' w h —进口堰高， m ； Hd —降液管中清液层高度， m ； HT — 板间距， m ； W l —堰长， m ； Wd —弓形降液管宽度， m ； D —塔径， m ； R —鼓 泡区半径， m ； x —鼓泡区宽度的 2 1 ， m ； t —同一横排的阀孔中心距， m 。 一. 浮阀塔工艺尺寸的计算 1. 塔高 T T T H E N Z = 式中 Z —塔高， m ； NT —塔内所需的理论板层数； ET —总板效率； HT —塔板间距， m
宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 2.塔径 D V一塔内气体流量, l—空气气速,[m 阻力F 器浮力b 重力 重力沉降示意图 Fd=sAP-N Fb==d'pg l-气液相对速度,[m/s]。当液滴在气流中悬浮不动时l=lmx,变成极限空塔气速,[m 塔径D→>→>um 06~08k 溢流堰 3.溢流装置 圆形 溢流管 弓形 二.浮阀塔板的流体力学验算 1.气体通过浮阀塔板的压强降 气体通过一层浮阀塔板时的压强降应为:(习惯上折合成塔内液柱高度) hp=h+h,+he 4/1
宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 4/10 2.塔径 u V D s 4 = 式中 Vs —塔内气体流量， s m 3 ； u —空气气速， m s。 阻力 浮力 重力 重力沉降示意图 2 2 u Fd A = N Fb d g 3 6 = Fg d s g 3 6 = u —气液相对速度， m s 。当液滴在气流中悬浮不动时 max u = u ，变成极限空塔气速， m s。 塔径 D → u → umax 0.2 20 20 = c c ( ) 8 max u = 0.6 ~ 0. u 溢流堰 3．溢流装置 圆形 溢流管 弓形 二.浮阀塔板的流体力学验算 1. 气体通过浮阀塔板的压强降 气体通过一层浮阀塔板时的压强降应为：（习惯上折合成塔内液柱高度） pp = pc + pl + p hp = hc + hl + h
宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 2.液泛:为使液体能由上层塔板稳定的流入下层塔板,降液管内必须维持一定高度的液柱 降液管内的清夜层高度H4为 Hd=hp+h, +hd H4≤以(H+h) 3.雾沫夹带 通常用操作时的空塔气速与发生液泛时的空塔气速的比值作为估算雾沫夹带量的指标。此值称 为泛点百分数或称泛点率。 雾沫夹带量达到规定的指标即e,<0.1kg(液)kg(气) P +136L,21 泛点率Np4-p 100% KCF Ab 取两者大者为验算的依据 或泛点率VP-P×100% 0.78KCrA 若上二式之一算得的泛点率不在规定范围以内,则应当调整有关参数。 4.漏夜 取阀孔动能因数F=5~6作为控制漏夜量的操作下限,此时,漏夜量接近10% 5.流体力学验算结束后,还应绘出负荷性能图 4.1.4塔板效率 、塔板效率的表示方法 1.总板效率Er又称全塔效率,指达到指定分离效果所需理论板层数与实际板层数的比值。 E 总板效率简单地反映了整个塔内的平均传质效果 单板效率E又称为默弗里板效率,是指气相或液相经过一层塔板前后的实际组成变化与经 过该层塔板前后的理论组成变化的比值。 按气相组成变化表示的单板效,Fw"yn-yn 按液相组成变化表示的单板效率为:E10=x-1-x
宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 5/10 2. 液泛：为使液体能由上层塔板稳定的流入下层塔板，降液管内必须维持一定高度的液柱。 降液管内的清夜层高度 Hd 为： Hd = hp + hL + hd ( ) Hd HT + hW 3. 雾沫夹带 通常用操作时的空塔气速与发生液泛时的空塔气速的比值作为估算雾沫夹带量的指标。此值称 为泛点百分数或称泛点率。 雾沫夹带量达到规定的指标即 eV 0.1kg (液) kg(气) 100% 0.78 100% 1.36 − = + − = F T L V V s F b s L L V V s KC A V KC A V L Z 或泛点率 泛点率 取两者大者为验算的依据 若上二式之一算得的泛点率不在规定范围以内，则应当调整有关参数。 4. 漏夜 取阀孔动能因数 F0 = 5 ~ 6 作为控制漏夜量的操作下限，此时，漏夜量接近 10% 。 5. 流体力学验算结束后，还应绘出负荷性能图。 4.1.4 塔板效率 一、塔板效率的表示方法 1. 总板效率 ET 又称全塔效率，指达到指定分离效果所需理论板层数与实际板层数的比值。 P T T N N E = 总板效率简单地反映了整个塔内的平均传质效果。 2. 单板效率 EM 又称为默弗里板效率，是指气相或液相经过一层塔板前后的实际组成变化与经 过该层塔板前后的理论组成变化的比值。 按气相组成变化表示的单板效率为： 1 1 + + − − = n n n n MV y y y y E 按液相组成变化表示的单板效率为： − − − − = n n n n ML x x x x E 1 1
宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 一般说,同一层塔板的EM与EA数值不同 mv m E+mk(-E L-L(平衡线斜率与操作线斜率比值。) ①单板效率与全塔效率定义的基准不同;②单板效率有可能超过 3.点效率En:塔板上各点的局部效率 因为塔板上液体不可能完全混合,所以点效率Eoy≠板效率EMy 二.塔板效率的估算 影响塔板效率因素:1.物系性质2.塔板结构3.操作条件 塔板效率来源:1.从条件相近、生产装置或中试装置中取得的经验数据。 估算板效率的经验关联式 第二节填料塔 4.2.1填料塔的结构与特点 选择填料尺寸应由设备费与动力费权衡而定 填料塔的结构 填料塔的特点 4.2.2填料的类型及性能评价 填料的类型 填料的性能评价 4.2.3填料塔的流体力学性能 填料层的持液量 填料层的压降 液泛 四.液体喷淋密度和填料表面的润湿 填料塔的内件
宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 6/10 一般说，同一层塔板的 EMV 与 EML 数值不同 ( ) ML ML ML MV E L mV E E E + − = 1 V L m L mV = （平衡线斜率与操作线斜率比值。） ①单板效率与全塔效率定义的基准不同；②单板效率有可能超过 100%。 3. 点效率 E0 ：塔板上各点的局部效率。 1 1 + + − − = n n OV y y y y E 因为塔板上液体不可能完全混合，所以点效率 EOV 板效率 EMV 二.塔板效率的估算 影响塔板效率因素：1.物系性质 2.塔板结构 3.操作条件 塔板效率来源：1.从条件相近、生产装置或中试装置中取得的经验数据。 2. 估算板效率的经验关联式。 第二节 填料塔 4.2.1 填料塔的结构与特点 选择填料尺寸应由设备费与动力费权衡而定。 一. 填料塔的结构 二. 填料塔的特点 4.2.2 填料的类型及性能评价 一. 填料的类型 二. 填料的性能评价 4.2.3 填料塔的流体力学性能 一. 填料层的持液量 二. 填料层的压降 三. 液泛 四. 液体喷淋密度和填料表面的润湿 4.2.4 填料塔的内件
宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 前提:连续(生产)稳定(扩散) 塔高2-12r(板式塔) z=(NETP)Mr或Z=H0cMo= HorNor(填料塔) 塔径圣,D=、 (板式塔、填料塔) =(0.6-08以
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宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 口程(流)A=k2-how 直径在800以内的小塔采用整块塔板,直径在900m以上的大塔,采用分块 式塔板。降颀度W,可按下i =80~ B一程高,點 (3)浮阀塔的敌目与列 :-板上液层高度, P=叫BF-动能因欺,一气体密度,kg/m A.平直程句=284×1°2 2一气体通过间孔的速度,/ 阀孔气速与每层板上阀孔数n的关系 B.齿形程A=1.1 液层高度不超过齿顶 液层高度超过齿顶) 浮阀在塔板鼓泡区有正三角形与等腰三角形排列(有顺排、插排之分) L一塔内液体的流量,/a 等边三角形t=an,0 为,一齿形覆的齿深, ②弓形降液管的宽度和截面积 等腰三角形E A一鼓泡区面积,m 弓形降液管的度“d和截面积,可根据程长与塔径之比查图求算 单液塔板4=2x√R2 H-板距,m日一液体在降液管内停甾时间 降液管底辣高度A4=20-被冲通过底时的流连,A/, 根据还验为简便起见,可用下式确定h 4=b-004=0.00421 ④进口程及受液盘当hw>A时h=和h甲一进口高,m 当hw角知一降液管底隙高度,n 对于800以上大塔,目前多采用受液盘
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宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 (1)塔板压降 =42+4P2+4P (3)沫帶r.I液体/气 大塔泛点率(80%直径0.9以下的塔,泛点率<70% 4,气体通过一层浮阀堵的总压强降,Pa 减压塔泛点率(75% =与+每+ +1.36L2 泛点率= 100 KOrAN ,一与4,相当的液柱高,和b .== 40一丑气速,n/a 矿、3一分别为塔内气、液相负荷,m3/a P、P-分别为塔内气、液密度,kg/ a-临界空速,m/a Cx-泛点负得系数,查图,【-物系系数,查表 气体密魔,[/m31P4-液体密魔,[g/m3 A-板上液流面积,m2 叫A 单溢流塔板,A=4-24:马-塔截面积, ②板上充气液屈阻力内 4-弓形降液管截面积m2 与2=E0 h一板上液层高度,m Z1-板上液障流径长度,m单福流,2x=D=2W4 e-充气系数,水=0,5;油=0.2~0.5;碳氢化合物=0.4~0.5 W一弓形降液管度 4)液 ③液体表面张力所造成的阻力 取展孔功能因数F=5~6作为控制漏届液量的操作下限,此时,潘液量接近10% 5 h一浮的开度,a一液体表面张力,B/n 当液体横向流过板面时,为克服板面上的摩擦阻力和板上部件(如:袍罩、浮 2) 阀)的局部阻力,需要一定液位差,则在板面上形成液层高度差,称为面落差 ,+h+ h,一上升气牌通过一层塔板压强所当的液柱高度,M 一板上液高度,m h4一与液体微过降液管的压强降相当的液在高度,n 塔板上 54) 板上设有进口理 小一校正系数,一般物系取小=0.3~0.4,不易起泡沫物系取中=0.6~0.7
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宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 塔板负荷性能图 (1)雾沫夹带线 (2)液泛线 (3)液相负荷上限线 (4)漏液线 (3) (5)液相负荷下限毵 (4) 图中操作点C优于cC 蒸馏与吸收塔设备的慨括 个前提,二个方程(塔高、塔径)三个布置(谥流、塔板、浮阀),四个验算(塔 板压降、液泛、雾沫夹带、漏液),一个负荷图
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