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1、第3章 蒸馏和吸收塔设备,3.1 概述,1 塔设备的基本功能和性能评价指标1)基本原则充分接触,适当湍动,提供大的传质面积和传质系数,并能及时分离逆流,提供最大传质推动力2)评价指标通量分离效率适应能力流动阻力低结构简单造价低易于操作与控制,下一页,上一页,3.1 概述,2 塔设备的类型1)类型板式塔填料塔3)主要内容结构与性能工艺设计方法选型,下一页,上一页,返回,3.2 板式塔,3.2.1 塔板类型3.2.2 板式塔的流体力学性能3.2.3 板式塔的工艺设计,上一页,下一页,返回,1 逐级接触式气液传质设备2 液相为连续相，气相为分散相3 错流塔板：泡罩塔、筛板塔、浮阀塔4 逆流塔板：筛板
2、塔、栅缝板、波纹板,上一页,下一页,3.2.1 塔板类型,上一页,下一页,3.2.1 塔板类型,上一页,下一页,返回,3.2.1 塔板类型,1 泡罩塔板结构：升气管，泡罩优点：不易漏液，操作弹性高，不易堵塞，适于处理各种物料缺点：结构复杂，造价高；板上液层厚，气体流径曲折，塔板压降大；雾沫夹带严重，生产能力及板效率均较低,上一页,下一页,3.2.1 塔板类型,上一页,下一页,3.2.1 塔板类型,上一页,下一页,3.2.1 塔板类型,2 筛板塔结构：筛孔，直径38mm，正三角形排列；溢流堰优点：结构简单，造价低；气体压降小，液面落差小；生产能力大，板效率高,上一页,下一页,3.2.1 塔板类型
3、,上一页,下一页,3.2.1 塔板类型,3 浮阀塔板结构：浮阀，F1、V-4、T型优点：生产能力大，操作弹性大，塔板效率高，气体压降小及液面落差小，造价低缺点：易堵，不易处理易结焦或粘度大的物料,上一页,下一页,3.2.1 塔板类型,上一页,下一页,3.2.1 塔板类型,上一页,下一页,3.2.1 塔板类型,4 喷射型塔板（1）舌形塔板,上一页,下一页,3.2.1 塔板类型,上一页,下一页,3.2.1 塔板类型,（2）斜孔塔板,上一页,下一页,返回,3.2.1 塔板类型,1 塔板上气液两相的接触状态鼓泡状，蜂窝状，泡沫状，喷射状2 塔板压降干板阻力，液层静压强阻力，表面张力阻力3 液泛定义：塔
4、板上的液体不能正常流下，产生积液，也叫淹塔原因：气体或液体流量过大，气速过高，塔板间距过小种类：降液管液泛，雾沫夹带液泛结果：塔板压降升高，不能正常操作,上一页,下一页,3.2.2 板式塔的流体力学性能,4 雾沫夹带定义：上升气流将板上液体带入上一层塔板的现象结果：造成液相反混，降低板效率规定：雾沫夹带量不超过10或ev0.1kg(液)/kg(气)5 漏液原因：气速太小，板面液面落差大规定：小于液体流量的106 液面落差原因：流动阻力，与结构、塔径、液体流量有关大小：泡罩塔，浮阀塔，筛板塔,上一页,下一页,3.2.2 板式塔的流体力学性能,7 负荷性能图（1）雾沫夹带线（2）液泛线（3）液相负
5、荷上限线（4）漏液线（5）液相负荷下限线（6）操作线与操作点,上一页,下一页,3.2.2 板式塔的流体力学性能,上一页,下一页,3.2.2 板式塔的流体力学性能,上一页,下一页,3.2.2 板式塔的流体力学性能,上一页,下一页,3.2.2 板式塔的流体力学性能,上一页,下一页,3.2.2 板式塔的流体力学性能,上一页,下一页,3.2.2 板式塔的流体力学性能,上一页,下一页,返回,3.2.2 板式塔的流体力学性能,设计步骤（1）根据设计任务和工艺要求，确定设计方案（2）根据设计任务和工艺要求，选择塔板类型（3）确定塔径、塔高等工艺尺寸（4）塔板结构设计（5）流体力学验算（6）绘制塔板负荷性能图
6、（7）对设计进行分析与修正,上一页,下一页,3.2.3 板式塔的工艺设计,1 浮阀塔工艺尺寸的计算1）塔高板间距大，空塔气速高，塔径小，塔高板间距小，空塔气速低，塔径大，塔低板数较多的塔，板间距应小，塔径大板间距根据经济指标确定板间距的数值应按照规定选取整数易起泡物系，负荷波动大，板间距应大,上一页,下一页,3.2.3 板式塔的工艺设计,2）塔径,上一页,下一页,3.2.3 板式塔的工艺设计,上一页,下一页,3.2.3 板式塔的工艺设计,标准塔径（mm）：600，700，800，1000，1200，1400，1600，1800，2000，4200若精馏段与提馏段上升气量差别较大时，两段塔径应分
7、别计算,上一页,下一页,3.2.3 板式塔的工艺设计,3）溢流装置(1)降液管的类型与溢流方式降液管：圆形，弓形降液管的布置：U型流，单溢流，双溢流，阶梯式双溢流,上一页,下一页,3.2.3 板式塔的工艺设计,上一页,下一页,3.2.3 板式塔的工艺设计,(2)溢流装置的设计计算出口堰堰长：堰高：堰上液层高度,上一页,下一页,3.2.3 板式塔的工艺设计,上一页,下一页,3.2.3 板式塔的工艺设计,上一页,下一页,3.2.3 板式塔的工艺设计,上一页,下一页,3.2.3 板式塔的工艺设计,弓形降液管的宽度和截面积,上一页,下一页,3.2.3 板式塔的工艺设计,降液管底隙高度,上一页,下一页,
8、3.2.3 板式塔的工艺设计,进口堰及受液盘进口堰：降液管液封，保证液体分布均匀，一般不设受液盘：平受液盘，凹受液盘,上一页,下一页,3.2.3 板式塔的工艺设计,4 塔板布置塔板：整块式，分块式塔板分区（1）鼓泡区：气液传质有效区（2）溢流区：降液管，受液盘，液体通道（3）破沫区：安定区，避免气体进入降液管（4）无效区：边缘区，供安装用,上一页,下一页,3.2.3 板式塔的工艺设计,5 浮阀的数目与排列（1）阀孔动能因子与阀孔数目,上一页,下一页,3.2.3 板式塔的工艺设计,（2）阀孔排列,上一页,下一页,3.2.3 板式塔的工艺设计,等边三角形等腰三角形（3）开孔区面积,上一页,下一页,
9、3.2.3 板式塔的工艺设计,2 浮阀塔板的流体力学验算1）气体通过浮阀塔板的压强降,上一页,下一页,3.2.3 板式塔的工艺设计,1）干板阻力阀全开前阀全开后,上一页,下一页,3.2.3 板式塔的工艺设计,2）板上充气液层阻力3）液体表面张力造成的阻力经验值：常压、加压塔：265530Pa 减压塔：200Pa,上一页,下一页,3.2.3 板式塔的工艺设计,（2）液泛无进口堰：有进口堰：,上一页,下一页,3.2.3 板式塔的工艺设计,（3）雾沫夹带大塔：泛点率80%直径0.9m以下的塔：泛点率70%减压塔：泛点率75%,上一页,下一页,3.2.3 板式塔的工艺设计,上一页,下一页,3.2.3
10、板式塔的工艺设计,（4）漏液,上一页,下一页,3.2.3 板式塔的工艺设计,例32 拟建一浮阀塔用以分离苯甲苯混合物，决定采用F1型浮阀（重阀），试根据以下条件作出浮阀塔的设计计算1 塔板工艺尺寸计算（1）塔径,上一页,下一页,3.2.3 板式塔的工艺设计,上一页,下一页,3.2.3 板式塔的工艺设计,（2）溢流装置 单溢流弓形降液管，不设进口堰1）堰长,上一页,下一页,3.2.3 板式塔的工艺设计,2）出口堰高3）弓形降液管宽度Wd和面积Af,上一页,下一页,3.2.3 板式塔的工艺设计,4)降液管底隙高度ho,上一页,下一页,3.2.3 板式塔的工艺设计,（3）塔板布置及浮阀数目与排列,上
11、一页,下一页,3.2.3 板式塔的工艺设计,上一页,下一页,3.2.3 板式塔的工艺设计,上一页,下一页,3.2.3 板式塔的工艺设计,上一页,下一页,3.2.3 板式塔的工艺设计,2 塔板流体力学验算（1）气体通过浮阀塔板的压强降1）干板阻力,上一页,下一页,3.2.3 板式塔的工艺设计,2）板上充气液层阻力3）表面张力阻力总阻力（2）淹塔（液泛）,上一页,下一页,3.2.3 板式塔的工艺设计,1）2）3）,上一页,下一页,3.2.3 板式塔的工艺设计,（3）雾沫夹带,上一页,下一页,3.2.3 板式塔的工艺设计,3 塔板负荷性能图（1）雾沫夹带线,上一页,下一页,3.2.3 板式塔的工艺设
12、计,上一页,下一页,3.2.3 板式塔的工艺设计,（2）液泛线,上一页,下一页,3.2.3 板式塔的工艺设计,（3）液相负荷上限线,上一页,下一页,3.2.3 板式塔的工艺设计,（4）漏液线,上一页,下一页,3.2.3 板式塔的工艺设计,（5）液相负荷下限线,上一页,下一页,3.2.3 板式塔的工艺设计,上一页,下一页,3.2.3 板式塔的工艺设计,由负荷性能图（1）操作点P（设计点）处于操作区内的适宜位置（2）气相负荷上限由雾沫夹带控制，下限由漏液控制（3）操作弹性,上一页,下一页,3.2.3 板式塔的工艺设计,4 设计结果汇总表,上一页,下一页,返回,3.2.3 板式塔的工艺设计,3.3
13、填料塔,3.3.1 填料塔的结构与特点3.3.2 填料3.3.3 填料塔的流体力学性能3.3.4 填料塔的计算3.3.5 填料塔附件,返回,上一页,下一页,1 结构,上一页,下一页,3.3.1 填料塔的结构与特点,上一页,下一页,3.3.1 填料塔的结构与特点,上一页,下一页,3.3.1 填料塔的结构与特点,2 特点结构简单，生产能力大分离效率高，持液量小操作弹性大，压降低可处理腐蚀性物料特别适用于真空精馏造价高不易处理含有悬浮物的原料，易聚合的物料不适宜有侧线出料的场合,上一页,下一页,3.3.1 填料塔的结构与特点,返回,1 填料特性（1）比表面积（2）空隙率（3）填料因子/3 干填料因子
14、，湿填料因子选择填料的原则比表面积要大，空隙率要大，润湿性能要好，质量轻，造价低，足够的力学强度,上一页,下一页,3.3.2 填料,2 填料类型1）分类（1）按结构实体填料：环形、鞍形、栅板、波纹板网体填料：鞍形网、网、波纹网（2）按装填方法乱堆填料整砌填料2）散装填料3）规整填料,上一页,下一页,3.3.2 填料,拉西环，鲍尔环，阶梯环，弧鞍，矩鞍，波纹板及网,上一页,下一页,3.3.2 填料,4）填料材料陶瓷，金属，塑料5）填料因子与填料的类型、尺寸、材质、装填方式有关与气、液物性，操作条件有关3 填料的选择种类、规格、材质分离要求，物料性质，填料性质,上一页,下一页,3.3.2 填料,返
15、回,1 填料层的持液量概念：一定操作条件，单位体积填料层内在填料表面和填料空隙中积存的液体量，m3液体/m3填料静持液量：取决于填料和液体特性动持液量：取决于填料和液体特性以及气液负荷要求：适当的持液量对操作与传质有利，过大的持液量导致压强降增大，生产能力降低持液量由实验测定或者由经验公式估算,上一页,下一页,3.3.3 填料塔的流体力学性能,2 气体通过填料层的压强降决定了塔的动力消耗，是塔设计的重要参数以单位高度填料层压强降与空塔气速的关系表示干填料湿填料载点泛点恒持液量区载液区液泛区操作范围：载点气速与泛点气速之间不同填料不同喷淋量的曲线形状基本相同,上一页,下一页,3.3.3 填料塔的
16、流体力学性能,3 液泛在泛点气速下，液体被气流大量带出塔顶的现象适宜气速根据泛点气速确定影响泛点气速的因素：填料特性、流体物性、液气比等（1）填料特性比表面积，空隙率，几何形状，反映在填料因子上（2）流体物性气体密度，液体粘度，液体密度（3）液气比液气比大，持液量大，空隙率小，泛点气速低泛点气速的确定埃克特通用关联图,上一页,下一页,3.3.3 填料塔的流体力学性能,上一页,下一页,3.3.3 填料塔的流体力学性能,4 填料的润湿性能和液体喷淋密度润湿性能与传质效率密切相关影响因素：填料材质、表面形状、装填方法最小喷淋密度：单位时间，单位塔截面上喷淋的液体体积（LW）min：最小润湿速率小于7
17、5mm的填料（LW）min=0.08m3/(m.h)大于75mm的填料（LW）min0.12m3/(m.h)实际喷淋密度应大于最小喷淋密度措施：增大回流比，液体再循环，减小塔径，适当增加填料层高度,上一页,下一页,3.3.3 填料塔的流体力学性能,返回,1 塔径,上一页,下一页,3.3.4 填料塔的计算,2 填料层的有效高度1）传质单元法填料层高度传质单元高度传质单元数2）等板高度法与一层理论板传质作用相当的填料层高度填料、物性、操作条件、设备尺寸实验测定，经验数据，经验公式填料层高度等板高度理论板数3）修正,上一页,下一页,3.3.4 填料塔的计算,4)填料层的分段（1）散装填料表38（2）
18、规整填料计算公式表39,上一页,下一页,3.3.4 填料塔的计算,例33 某矿石焙烧炉送出的气体冷却到20C后送入填料吸收塔中，用清水洗涤以除去其中的SO2。SO2的体积分数为0.06，要求吸收率A98。已知吸收塔内绝对压强为101.33kPa，入塔的炉气体积流量为1000m3/h，炉气的平均摩尔质量为32.16kg/kmol，洗涤水耗用量为22600kg/h。吸收塔采用25mm25mm1.2mm的塑料鲍尔环以乱堆方式充填。试计算塔径和填料层高度，并核算总压强降。（1）塔径,上一页,下一页,3.3.4 填料塔的计算,上一页,下一页,3.3.4 填料塔的计算,上一页,下一页,3.3.4 填料塔的
19、计算,（2）填料层高度,上一页,下一页,3.3.4 填料塔的计算,上一页,下一页,3.3.4 填料塔的计算,（3）填料层的压强降,上一页,下一页,3.3.4 填料塔的计算,返回,1 填料支撑装置作用：支承填料及塔内持液质量要求：机械强度，自由截面大于填料层的自由截面种类：栅板式，升气管式,上一页,下一页,3.3.5 填料塔附件,2 液体分布装置作用：使液体均匀分布种类：莲蓬式，盘式，齿槽式，多孔环管式等,上一页,下一页,3.3.5 填料塔附件,3 液体再分布装置原因：液体有偏向塔壁流动的现象作用：重新汇集液体并引向塔中央区域设置：一般6m内需加装整砌填料无需液体再分布器种类：截锥式,上一页,下一页,3.3.5 填料塔附件,4 除沫装置作用：除去出口气流中的液滴种类：折流板式，旋流板式，丝网式等,上一页,下一页,3.3.5 填料塔附件,5 填料压紧装置作用：防止填料层松动和跳动种类：填料压板，床层限制压板,上一页,下一页,3.3.5 填料塔附件,返回,
