板式塔工艺设计

《化工原理》电子教案——板式塔及其工艺设计计算《化工原理》电子教案——板式塔及其工艺设计计算6.10板板板板式式式式塔塔塔塔6.10.1板式塔结构及性能板式塔结构及性能板式塔结构及性能板式塔结构及性能（（（（1））））板式塔结构板式塔结构板式塔结构板式塔结构塔顶气相进料回流液塔底液相塔板结构塔板结构塔板结构塔板结构①①①①气体通道气体通道气体通道气体通道形式很多，如筛板、浮阀、泡罩等，对塔板性能影响很大。②②②②降液管降液管降液管降液管（（（（液体通道液体通道液体通道液体通道））））液体流通通道，多为弓形。③③③③受液盘受液盘受液盘受液盘塔板上接受液体的部分。④④④④溢流堰溢流堰溢流堰溢流堰使塔板上维持一定高度的液层，保证两相充分接触。浮阀塔板结构（（（（2））））塔板上的气塔板上的气塔板上的气塔板上的气—液两相流动液两相流动液两相流动液两相流动汽汽汽汽、、、、液两相接触方式液两相接触方式液两相接触方式液两相接触方式两相流动的推动力两相流动的推动力两相流动的推动力两相流动的推动力全塔：逆流接触塔板上：错流接触液体：重力气体：压力差塔板上塔板上塔板上塔板上理想流动理想流动理想流动理想流动情况情况情况情况：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。气液两相接触传质，达相平衡相平衡相平衡相平衡，分离后，继续流动。塔塔塔塔板上的板上的板上的板上的非理想非理想非理想非理想流动情况流动情况流动情况流动情况：①①①①气相或液相返混气相或液相返混气相或液相返混气相或液相返混液沫夹带、气泡夹带，即：返混现象返混现象返混现象返混现象后果后果后果后果：板效率降低板效率降低板效率降低板效率降低。后果后果后果后果：板效率降低板效率降低板效率降低板效率降低。②②②②不均匀流动不均匀流动不均匀流动不均匀流动液面落差液面落差液面落差液面落差（水力坡度）：引起塔板上气体分布气体分布气体分布气体分布不均匀；塔壁作用塔壁作用塔壁作用塔壁作用（阻力）：引起塔板上液体分布液体分布液体分布液体分布不均匀。后果后果后果后果：：：：使塔板上气液接触不充分，板效率降低板效率降低板效率降低板效率降低。。。。6.10.2塔内气塔内气塔内气塔内气、、、、液两相异常流动液两相异常流动液两相异常流动液两相异常流动（（（（1））））液泛液泛液泛液泛如果由于某种原因，使得气、液两相流动不畅，使板上液层迅速积累，以致充满整个空间，破坏塔的正常操作，称此现象为液泛液泛液泛液泛。。。。液泛现象液泛现象液泛现象液泛现象1)过量雾沫夹带液泛过量雾沫夹带液泛过量雾沫夹带液泛过量雾沫夹带液泛原因原因原因原因：：：：①气相在液层中鼓泡，气泡破裂，将雾沫弹溅至上一层塔板；②气相运动是喷射状，将液体分散并可携带一部分液沫流动。液泛气速液泛气速液泛气速液泛气速：：：：液泛气速液泛气速液泛气速液泛气速：：：：开始发生液泛时的气速。2））））降液管液泛降液管液泛降液管液泛降液管液泛当塔内气、液两相流量较大，导致塔板阻力及降液管内阻力增大时，均会引起降液管液层升高，以致达到上一层塔板，破坏降液管的正常流动，直至液相逐渐充满塔板空间，发生液泛。说明说明说明说明：：：：两种液泛互相影响和关联，其最终现象相同。（（（（2））））严重漏液严重漏液严重漏液严重漏液漏液量增大，导致塔板上难以维持正常操作所需的液面，无法操作。此漏液为严重漏液，称相应的孔流气速为漏液点气速漏液点气速漏液点气速漏液点气速。6.10.3常用塔板的类型常用塔板的类型常用塔板的类型常用塔板的类型（（（（1））））泡罩塔板泡罩塔板泡罩塔板泡罩塔板组成组成组成组成：：：：升气管和泡罩优点优点优点优点：塔板操作弹性大，塔效率也比较高，不易堵。缺点缺点缺点缺点：：：：结构复杂，制造成本高，塔板阻力大。圆形泡罩条形泡罩泡罩塔（（（（2））））筛板塔板筛板塔板筛板塔板筛板塔板塔板上开圆孔，孔径：3-8mm，大孔径筛板：12-25mm。优点优点优点优点：结构简单、造价低、塔板阻力小。目前，广泛应用的一种塔型。（（（（3））））浮阀塔板浮阀塔板浮阀塔板浮阀塔板浮阀塔盘方形浮阀圆形浮阀条形浮阀方形浮阀F1型浮阀优点优点优点优点：：：：浮阀根据气体流量，自动调节开度，提高了塔板的操作弹性、降低塔板的压降，同时具有较高塔板效率，在生产中得到广泛的应用。缺点缺点缺点缺点：：：：浮阀易脱落或损坏。（（（（4））））多降液管多降液管多降液管多降液管（（（（MD））））塔板塔板塔板塔板优点优点优点优点：：：：提高允许液体流量6.10.5筛板塔化工设计计算筛板塔化工设计计算筛板塔化工设计计算筛板塔化工设计计算（（（（1））））塔的有效高度塔的有效高度塔的有效高度塔的有效高度Z已知已知已知已知：：：：实际塔板数NP；塔板间距HT；；；；pTNHZ⋅=理论塔板数计算软件塔体高度塔体高度塔体高度塔体高度：：：：有效高有效高有效高有效高+顶部顶部顶部顶部+底部底部底部底部+其它其它其它其它有效塔高有效塔高有效塔高有效塔高：：：：选取塔板间距选取塔板间距选取塔板间距选取塔板间距HT：塔径塔径塔径塔径D，m0.3-0.50.5-0.80.8-1.61.6-2.02.0-2.42.4塔板间距塔板间距塔板间距塔板间距HT，m0.2-0.30.3-0.350.35-0.450.45-0.60.5-0.8≥0.6塔板间距和塔径的经验关系塔板间距和塔径的经验关系塔板间距和塔径的经验关系塔板间距和塔径的经验关系ρρ-=①①①①液泛气速液泛气速液泛气速液泛气速（（（（2））））塔径塔径塔径塔径确定原则确定原则确定原则确定原则：：：：防止过量液沫夹带液泛步骤步骤步骤步骤：：：：先确定液泛气速uf(m/s)；然后选设计气速u；；；；最后计算塔径D。。。。2.0σVVLfCuρρρ-=LVmVmLvlVVVLLVqqqqFssρρρρ==C：气体负荷因子，，，，与HT、液体表面张力和两相接触状况有关有关有关有关。。。。①①①①液泛气速液泛气速液泛气速液泛气速两相流动参数两相流动参数两相流动参数两相流动参数FLV：：：：2.02020=σCC对于筛板塔(浮阀、泡罩塔)，可查图，C20=(HT、FLV)0.2HT=0.60.450.30.150.040.030.070.10.090.060.05VLVf20ρρρ-=uC0.40.30.21.00.70.10.040.030.020.070.010.030.020.01vlVVVLLVssqqFρρ=筛板塔泛点关联图②②②②选取设计气速选取设计气速选取设计气速选取设计气速u选取泛点率泛点率泛点率泛点率：：：：u/uf一般液体，0.6~0.8易起泡液体，0.5~0.6设计气速设计气速设计气速设计气速u=泛点率泛点率泛点率泛点率××××ufADAd③③③③计算塔径计算塔径计算塔径计算塔径DuVAs=所需气体流通截面积所需气体流通截面积所需气体流通截面积所需气体流通截面积③③③③计算塔径计算塔径计算塔径计算塔径DTdTAAAA-=1塔截面积塔截面积塔截面积塔截面积：：：：A=AT-AdπTAD4=塔径塔径塔径塔径说明说明说明说明：：：：计算塔径需圆整计算塔径需圆整计算塔径需圆整计算塔径需圆整，，，，且重新计算实际气速及泛点率且重新计算实际气速及泛点率且重新计算实际气速及泛点率且重新计算实际气速及泛点率。。。。（（（（3））））溢流装置设计溢流装置设计溢流装置设计溢流装置设计①①①①溢流型式的选择溢流型式的选择溢流型式的选择溢流型式的选择依据依据依据依据：：：：塔径、流量；型式型式型式型式：单流型、U形流型、双流型、阶梯流型等。②②②②降液管形式和底隙降液管形式和底隙降液管形式和底隙降液管形式和底隙降液管：弓形弓形弓形弓形、圆形。降液管截面积：由Ad/AT=0.06~0.12确定；底隙hb：通常在30~40mm。③溢流堰溢流堰溢流堰溢流堰（（（（出口堰出口堰出口堰出口堰））））作用作用作用作用：维持塔板上一定液层，使液体均匀横向流过。型式型式型式型式：平直堰、溢流辅堰、三角形齿堰及栅栏堰。堰长堰长堰长堰长l：：：：影响液层高度。堰高堰高堰高堰高hW：：：：直接影响塔板上液层厚度过小过小过小过小，，，，相际传质面积过小；过大过大过大过大，塔板阻力大，效率低。常、加压塔：40~80mm；减压塔：25mm左右。堰长堰长堰长堰长lW：：：：影响液层高度。()TdWAAfDl=()DbfDldW=75.06.0-=DlW7.05.0-=DlW说明说明说明说明：：：：通常应使溢流强度通常应使溢流强度通常应使溢流强度通常应使溢流强度qVLh/lW不大于不大于不大于不大于100~130m3/（（（（m⋅⋅⋅⋅h）。）。）。）。或：双流型:单流型：3/231084.2×=-WVLowlqEhh(4)塔板及其布置塔板及其布置塔板及其布置塔板及其布置其中，E：：：：液流收缩系数液流收缩系数液流收缩系数液流收缩系数，，，，一般可近似取E=1。mmhOW6≥堰上方液头高度堰上方液头高度堰上方液头高度堰上方液头高度hOW：：：：要求要求要求要求：：：：bc(4)塔板及其布置塔板及其布置塔板及其布置塔板及其布置①①①①受液区和降液区受液区和降液区受液区和降液区受液区和降液区一般两区面积相等。②②②②入口安定区和出口安定区入口安定区和出口安定区入口安定区和出口安定区入口安定区和出口安定区mmbbss10050-=′=mmbc50=③③③③边缘区边缘区边缘区边缘区：：：：bdbslWrx)sin(21222rxrxrxAa-+-=)sin(2)sin(211221211222rxrxrxrxrxrxAa--+--+-=单流型弓形降液管塔板单流型弓形降液管塔板单流型弓形降液管塔板单流型弓形降液管塔板：④④④④有效传质区有效传质区有效传质区有效传质区：：：：双流型弓形降液管塔板双流型弓形降液管塔板双流型弓形降液管塔板双流型弓形降液管塔板：bcbdbslWrx（（（（5））））筛孔的尺寸和排列筛孔的尺寸和排列筛孔的尺寸和排列筛孔的尺寸和排列筛孔筛孔筛孔筛孔：有效传质区内，常按正三角形排列。筛板开孔率筛板开孔率筛板开孔率筛板开孔率：20220907.060sin21421=⋅==tdtdAAoaoπφd0t筛孔直径筛孔直径筛孔直径筛孔直径d0:3~8mm(一般)。12~25mm(大筛孔)孔中心距孔中心距孔中心距孔中心距t:(2.5~5)d0取整。开孔率开孔率开孔率开孔率φφφφ::::通常为0.08~0.12。板厚板厚板厚板厚：：：：碳钢（3~4mm）、不锈钢。d0t00AquSVV=20200785.04dAdAnaφπ==筛孔气速筛孔气速筛孔气速筛孔气速：：：：筛孔数筛孔数筛孔数筛孔数：：：：(6)塔板的校核塔板的校核塔板的校核塔板的校核对初步设计的结果进行调整和修正。①①①①液沫夹带量校核液沫夹带量校核液沫夹带量校核液沫夹带量校核单位质量（或摩尔）气体所夹带的液体质量（或摩尔）ev：kg液体/kg气体，或kmol液体/kmol气体单位时间夹带到上层塔板的液体质量（或摩尔）e：kg液体/h或kmol液体/hVmVmLVLmeqqeeqe+=+=ψvVVLVLVmLmvssqqqqeρρψψψψ-=-=11kg液体/h或kmol液体/h液沫夹带分率ψ：夹带的液体流量占横过塔板液体流量的分数。故有：所以2.33107.5-×=-fTvHHueσev的计算方法的计算方法的计算方法的计算方法：方法1：利用Fair关联图求Ψ，进而求出ev。方法2：用Hunt经验公式计算ev。说明说明说明说明：：：：超过允许值，可调整塔板间距塔板间距塔板间距塔板间距或塔径塔径塔径塔径。)(5.2OWWfhhH+=式中Hf为板上泡沫层高度：要求要求要求要求：ev≤0.1kg液体/kg气体。②②②②塔板阻力的计算和校核塔板阻力的计算和校核塔板阻力的计算和校核塔板阻力的计算和校核塔板阻力塔板阻力塔板阻力塔板阻力：：：：液柱mgphLffρΔ-=塔板阻力hf包括