板式塔设计.ppt

单击以编辑,母版标题样式,单击以编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第六节 板式塔,6-6-1,板式塔概述,板式塔是重要的,气,-,液传质设备,汽、液两相接触方式,：,全塔：逆流接触,塔板上：错流接触,两相流动的推动力：,液体：重力,气体：塔压（塔底,塔顶）,设计意图,：,使气、液两相充分接触传质,获得最大传质推动力,充分接触,：,接触时间足够长,接触面积足够大，且不断更新,塔板结构：,1,、气体通道,形式很多，如筛板、浮阀等。,对塔板性能影响很大。,2,、降液管（液体通道）,多为弓形,3,、受液盘：,塔板上接受液体的部分,4,、溢流堰,使塔板上维持一定高度的液层，,保证两相充分接触。,塔板上,理想流动,情况,：,液体横向均匀流过塔板,气体从气体通道上升，均匀穿过液层,气液接触方式：,鼓泡,，泡沫和,喷射接触状态,气液传质，达,相平衡,，分离后，继续流动,传质的非理想流动情况,：,1,、反向流动,液沫夹带、气泡夹带,即：,返混现象,后果,：,使已分离的两相又混合，,需重新分离，,板效率降低，能耗增加,。,2,、不均匀流动,液面落差,（水力坡度）：,塔壁作用,（阻力）：,6-6-2,板式塔中气液相异常流动,一、液泛,(,淹塔,),液体充满塔板之间的空间，,塔的正常操作，不能进行。,传质的非理想流动，使,实际塔板,效率低于,理论塔板,引起塔板上,气速,不均,引起塔板上液速,不均，中间,近壁,后果：,使塔板上气液接触不充分，,板效率降低。,原因：,1,、过量液沫夹带液泛,气速过高,液泛气速,二、严重漏液,原因：,1,、气速过小,漏液点气速,2,、液层厚度不均,2,、降液管液泛,降液管阻力过大引起,根源：再沸器、冷凝器热负荷过大或设计不合理,特点：,塔板阻力剧增,6-6-3,常用塔板类型,塔板是气液两相接触传质的场所，,为提高塔板性能，采用各种形式塔板。,塔板性能评价：,生产能力大，,塔板效率高，,塔板阻力小，,操作弹性大，,结构简单，维修方便，成本低。,常用塔板类型,1,、泡罩塔板,组成：,升气管和泡罩,优点：,塔板效率高，操作弹性大,对物料适应性强，不易堵,缺点：,生产能力不大，阻力大,结构复杂，成本高。,2,、筛孔塔板,塔板上开圆孔,孔径：,3-8,mm,大孔径筛板：,12-25,mm,优点：,结构简单，造价低廉,3,、浮阀塔板,组成,：浮阀,根据气体流量，自动调节开度,优点：,操作弹性大，阻力小；,塔板效率高。,缺点：,用久后，操作易失常。,4,、喷射型塔板,气流方向,：垂直,小角度倾斜,改善液沫夹带、液面落差,气液接触状态：喷射状态,连续相,：气相，,分散相,：液相 促进两相传质,形式：,舌形塔板、浮舌塔板、斜孔塔板、垂直筛板等,5,、多降液管塔板,提高允许液体流量,6,、林德筛板,用于减压塔的低阻力、高效率塔板。,斜台,：抵消液面落差导向孔,：使气、液流向一致，减小液面落差,7,、无溢流塔板,有溢流塔板：,有降液管的塔板,无溢流塔板,：无降液管的塔板,形式：,无溢流,栅,板和无溢流,筛,板,特点,：生产能力大，塔板阻力小；,但操作弹性小，塔板效率低。,6-6-4,板式塔的化工设计计算,塔板设计前要做的其它工作,（,1,）物料衡算和热量衡算,任务书给定条件,：,板型、板的位置、进料量、进料组成、进料状态、两端产品组成、回流比、总板效率,要确定的量：,L、V、L、V（,质量单位、体积单位）、,Q,（2）,板数计算：,N、,N,f,、N,P,、,N,Pf,（3）,物性参数确定：,、,、,、,、,-,6-6-4,板式塔的化工设计计算,一、塔的有效高度,Z,已知：,实际塔板数,N,P,选取塔板间距,H,T,有效塔高：,塔体高度：有效高,+,顶部,+,底部,+,其它,安装高度,选取塔板间距,H,T,：,考虑经济性,H,T,，,则塔高,，,液沫夹带量,，,液泛气速,H,T,，,则塔内气速,，,塔径可,，,但塔高,塔板间距和塔径的经验关系,二、塔径,原则：,防止过量液沫夹带液泛，,先确定液泛气速,u,f,(m/s),，,然后选设计气速,u,，,计算塔径,D,。,1、,液泛气速：,C,：,气体负荷因子,C=f,(,H,T,液体表面张力，两相接触状况,）,两相流动参数,F,LV,：,式中，,Vs、Ls,：,气、液相体积流率,m,3,/s,W,L,、W,V,：,气、液相质量流率,kg/s,纵坐标：,两相流动参数,F,LV,横坐标：,对于筛板塔,(,浮阀、泡罩塔,),可查图，,C,20,=,(,H,T,、,F,LV,),C,20：,=20mN/m,时的,气 体负荷因子,选定,H,T,，,计算出,F,LV,及,C，,可计算液泛气速,u,f,2,、选取设计气速,u,选取,泛点率：,u,/,u,f,一般液体，,0.6-0.8,易起泡液体，,0.5-0.6,设计气速,u=,泛点率,u,f,所需气体流通截面积,选取,A,d,/,A,T,，,计算塔径,D,塔截面积,A,T,=,气体流通截面积,A-,降液管面积,A,d,即,：,A=AT,-A,d,塔截面积,计算塔径需圆整，系列化标准：,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1.0,1.2,1.4,1.6,1.8,2.0,m,等,选取,A,d,/,A,T,原则,单流型弓形降液管：,0.06-0.12,多流型：可适当增大,U,形流型：可适当减小,注意：,必须用圆整后的,D,确定,泛点率,及实际气速等。,液流型式选取参考表,三、溢流装置,包括降液管、溢流堰、底隙,1.,降液管和底隙,降液管：,弓形,、圆形,底隙,h,b,：30-40 mm,2.,溢流堰,维持塔板上一定液层,使液体均匀横向流过,堰长,l,W,：,影响液层高度,或：,单流型：,双流型,:,堰高,h,W,直接影响塔板上液层厚度,过小，相际传质面积过小,过大，塔板阻力大，效率低,常、加压塔：,40-80,mm,减压塔：,25,mm,查书 上图，求,l,W,溢流强度,L,h,/,l,W,100130m,3,/mh,四、塔板及其分布,受液区和降液区,入口安定区和出口安定区,边缘区：,有效传质区：,A,a,其中，,E：,液流收缩系数,一般，取,E=1,要求：,堰上方液头高度,h,OW,：,五、筛孔的尺寸和排列,筛孔,：,有效传质区内，,常按正三角形排列,筛板开孔率,：,单流型弓形降液管塔板,：,双流型弓形降液管塔板,：,选择孔径,d,0，,确定,开孔率,d,0,:3-8 mm,12-25 mm(,大筛孔,),t:,(2.55),d,0,取整,:,0.06-0.14,（,大、小）,板厚：碳钢、不锈钢,筛孔气速：,筛孔数：,六、阀孔的尺寸及排列（,p.212）,排列：一般为三角形,型式：,F1,、V-4、,十字架型、,A,型、,V-O,型-,F1,型：,d,0,=39mm,t=,75,、100、125mm,等腰三角形排列（,p.215),常压、减压塔：,=10%14%,加压塔：,10%,n,和,的初步确定：选取阀孔动能因子,F,0,=8,12,用下式计算,u,0,等参数,注意：分块式塔板（,0.8-0.9,m,整）先要,d,排阀，最后确定,u,0,、,七、塔板的校核,对初步设计的结果进行调整和修正,1,、液沫夹带量校核,质量夹带率,e,v,：,单位量气体所夹带的液体量,kg,液体,/,kg,气体，或,kmo,l,液体,/,kmol,气体,夹带速率,e：,单位时间夹带到上层塔板的液体量，,kg,液体,/,h,液沫夹带分率,：,每层板夹带的液体占进入该板的,液体的分率。,则：,七、校核,筛板塔：,方法一，查,Fair,图(,教材,72页),，可求,方法二，用,Hunt,公式：,式中,H,f,为板上泡沫层高度：,H,f,=,2.5,(,h,W,+h,oW,),要求,：,ev,0.1,kg,液体,/,kg,气体,浮阀塔：,D 0.9m：F,1,0.650.75,验证泛点率,F1,一般的大塔：,F,1,0.80.82,负 压 塔：,F1 0.750.77,Z,液体横过塔板流动的行程,K,物性系数，查表,5-11,，对正常系统,K=1,C,F,泛点负荷因子，查图（设,217,页）,A,b,板上液流面积，,A,b,=A,T,-2A,d,单流,型:,Z=D,-,2b,d,双流,型:,Z,=(,D,-2,b,d,-,b,d,)/2,取以上计算值的大者 做判断,超过允许值，应调整,塔板间距,或,塔径,2,、塔板阻力的计算和校核,塔板阻力：,清液柱高度,m(,液柱,),塔板阻力,h,f,:,（1）,干板阻力,h,0,气体通过板上孔的阻力（设无液体时）,（2,）液层阻力,h,l,气体通过液层阻力,（3,）克服液体表面张力阻力,h,孔口处表面张力,（1,）干板阻力，,m(,液柱,),筛板：,C,0,孔流系数，查图,6-72,（教材）,浮阀：先联立以下二式求临界阀孔气速,u,0,K,比较：若,u,0,u,0,K,，,用上式（全开）,若,u0,u,0,K,，,用下式（未全开）,若塔板阻力过大，可,增加开孔率,或,降低堰高,（3,）,克服液体表面张力阻力：一般可不计，,m(,液柱,),（2,）液层阻力，,m(,液柱,),筛板：查图求,（,教材,73,页）,浮阀：,=0.5,3,、降液管液泛校核,降液管中清液柱高度,(,m),液面落差,，,一般较小，可不计；当,不可忽略时,，,要求：,0.78A,T,时用第二式,A,b,0.78A,T,时用第一式（多见）,A,b,=A,T,-2A,d,塔板上液流面积,(2),液相下限线,规定,整理出：,L,h,=3.07,l,W,与,y,轴平行,（3,）严重漏液线（气相下限线）,筛板塔：,代入相关公式，如,h,oW,、,、u,0,，,整理。教材,80,页,浮阀塔：,（4,）液相上限线,保证液体在降液管中有一定的停留时间,（5,）降液管液泛线,H,d,=H,T,+,h,W,两种塔型在,h,f,一项上有区别,筛板塔：代入相关公式（教材,81,页）,浮阀塔：,塔板的操作弹性：,或,