大學(xué)化工原理第七章 蒸餾與吸收塔設(shè)備

單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,材料與化學(xué)工程學(xué)院,化工教研室,化工原理,蒸餾和吸收塔設(shè)備,*,/37,主 講：楊 虎,Tel:13881419522 E-Mail:,第七章 蒸餾和吸收塔設(shè)備,教學(xué)要求,7-0,概述,7-1,板式塔,7-2,填料塔,復(fù)習(xí),教學(xué)要求,重 點,：板式塔與填料塔的特點，板式塔與填料塔的設(shè)計原則。,覆蓋內(nèi)容,：塔設(shè)備的,性能參數(shù),；典型塔板的,結(jié)構(gòu)特點及分類,，塔板上的,流體力學(xué)特性,，,正常與非正常操作情況及調(diào)節(jié),；板式塔的設(shè)計原則及步驟；填料及填料塔的結(jié)構(gòu)特點，,填料塔的流體力學(xué)特性，填料塔的設(shè)計原則及步驟,；板式塔與填料塔的比較，塔的選用原則。,材料與化學(xué)工程學(xué)院,化工教研室,2,化工原理,蒸餾和吸收塔設(shè)備,6-0,概述,氣液傳質(zhì)設(shè)備的基本功能,提供氣液傳質(zhì)場所 有效分離氣液兩相,氣液傳質(zhì)設(shè)備的分類,連續(xù)（微分）接觸式（填料塔）,、,逐級接觸式（板式塔）,性能評價指標(biāo),通量,生產(chǎn)能力,分離效率 適應(yīng)能力,操作彈性,材料與化學(xué)工程學(xué)院,化工教研室,3,化工原理,蒸餾和吸收塔設(shè)備,7-1,板式塔,一,板式塔的結(jié)構(gòu),按,塔內(nèi)氣、液流動的方式分類,泡罩塔,篩板塔,浮閥塔,噴射塔,二 性能評價,錯流塔板、逆流塔板,三 按塔板類型分類,處理能力 板效率 塔板壓降,7-1-1,塔板類型,材料與化學(xué)工程學(xué)院,化工教研室,4,化工原理,蒸餾和吸收塔設(shè)備,7-1,板式塔,液,相,降液管,堰,氣相,液相,氣相,逆流塔板,優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，無液面差，充分利用板面，生產(chǎn)能力較大；,缺點：板效率及操作彈性不及溢流塔板。應(yīng)用范圍小，常見的板型有篩孔式、柵板式、波紋板式等。,錯流式塔板,(,溢流塔板,),液體流動 板間,板上,氣體流動,溢流堰 進口堰,特點：獲得較高的板效率，但降液管,將占去塔板的傳質(zhì)有效面積，影響塔的生產(chǎn)能力。,材料與化學(xué)工程學(xué)院,化工教研室,5,化工原理,蒸餾和吸收塔設(shè)備,7-1,板式塔,泡罩塔,的,結(jié)構(gòu),主要元件：升氣管、泡罩，泡罩安裝在升氣管頂部，泡罩底緣開有若干齒縫浸入在板上液層中，升氣管頂部應(yīng)高于泡罩齒縫的上沿，以防止液體從中漏下。,特點：,優(yōu)點：操作穩(wěn)定，不會產(chǎn)生嚴(yán)重的漏液現(xiàn)象，故彈性大。,缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價高，塔板壓降大，生產(chǎn)強度低。,泡罩塔,材料與化學(xué)工程學(xué)院,化工教研室,6,化工原理,蒸餾和吸收塔設(shè)備,7-1,板式塔,浮閥塔,浮閥的結(jié)構(gòu)形式：圓形、方形、條形及傘形,F-1,型,V-4,型,A,型,方形浮閥,十字架型,安裝特點：閥孔 浮閥 最小開度 最大開度,閥片開啟高度與操作氣速的關(guān)系,材料與化學(xué)工程學(xué)院,化工教研室,7,化工原理,蒸餾和吸收塔設(shè)備,7-1,板式塔,優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、造價低，生產(chǎn)能力大，操作彈性大，塔板效率較高。,缺點：處理易結(jié)焦、高粘度的物料時，閥片易與塔板粘結(jié)；在操作過程中有時會發(fā)生閥片脫落或卡死等現(xiàn)象，使塔板效率和操作彈性下降。,幾種新型浮閥塔板,雙流噴射浮閥塔板,導(dǎo)向浮閥塔,盤,材料與化學(xué)工程學(xué)院,化工教研室,8,化工原理,蒸餾和吸收塔設(shè)備,7-1,板式塔,篩板塔,結(jié)構(gòu),特點：結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，塔板阻力小。,垂直篩板,結(jié)構(gòu),兩相流動,特點：提供更大的不斷更新的接觸表面，強化傳質(zhì)過程；氣液由水平方向噴出，液滴在垂直方向的初速度為零，降低了液沫夾帶量，垂直篩板可獲得較高的塔板效率和較大的生產(chǎn)能力。,材料與化學(xué)工程學(xué)院,化工教研室,9,化工原理,蒸餾和吸收塔設(shè)備,7-1,板式塔,結(jié)構(gòu),噴射型塔板,舌形塔板,優(yōu)點：避免返混、液面落差小，塔板壓降較小；氣流方向近于水平；液沫夾帶量較小，可達較高的生產(chǎn)能力。,缺點：張角固定，可導(dǎo)致,塔板漏液嚴(yán)重；操作彈性?。话逍瘦^低。,噴射型塔板,浮舌塔板,結(jié)構(gòu),特點：處理能力大、壓降低、操作彈性大等優(yōu)點，特別適宜于熱敏性物系的減壓分離過程。,材料與化學(xué)工程學(xué)院,化工教研室,10,化工原理,蒸餾和吸收塔設(shè)備,7-1,板式塔,7-1-2,板式塔的流體力學(xué)性能,一 塔板上氣液兩相的接觸狀態(tài),氣液兩相的接觸狀態(tài)是決定板上兩相流流體力學(xué)及傳質(zhì)和傳熱規(guī)律的重要因素。,蜂窩狀態(tài),氣泡的形成速度大于氣泡的浮升速度，氣泡在液層中累積。氣泡之間相互碰撞，形成各種多面體的大氣泡，板上是以氣體為主的氣液混合物。氣泡不易破裂，表面得不到更新，此種狀態(tài)不利于傳熱和傳質(zhì)。,鼓泡狀態(tài),氣液兩相接觸的表面積不大，傳質(zhì)效率很低。,材料與化學(xué)工程學(xué)院,化工教研室,11,化工原理,蒸餾和吸收塔設(shè)備,7-1,板式塔,泡沫狀態(tài),泡沫接觸狀態(tài)的表面積大，不斷更新，為兩相傳熱與傳質(zhì)提供了良好的條件，是一種較好的接觸狀態(tài)。,噴射狀態(tài),氣體為連續(xù)相，液體為分散相，兩相傳質(zhì)的面積是液滴的外表面。,液滴的反復(fù)形成和聚集，使傳質(zhì)面積增加，表面不斷更新，有利于傳質(zhì)與傳熱進行，是一種較好的接觸狀態(tài)。,二 氣體通過塔板的壓降,總壓降,包括,干板壓降,、,靜壓強,及液體表面張力引起的壓降,影響因素 壓降與效率,材料與化學(xué)工程學(xué)院,化工教研室,12,化工原理,蒸餾和吸收塔設(shè)備,7-1,板式塔,三 塔板上的液面落差,流體阻力與液面落差 塔板結(jié)構(gòu)與液面落差,改善措施：單溢雙溢流或階梯溢流,四 塔板上的,異常操作現(xiàn)象,漏液,、,液泛,和,液沫夾帶,等，應(yīng)盡量避免異常操作現(xiàn)象的出現(xiàn)。,五 塔板的負(fù)荷性能圖,通常由五條線組成：,漏液線（,1,）,液沫夾帶線（,2,）,液相負(fù)荷下限線（,3,）,液相負(fù)荷上限線（,4,）液泛線（,5,）,材料與化學(xué)工程學(xué)院,化工教研室,13,化工原理,蒸餾和吸收塔設(shè)備,7-1,板式塔,六板式塔的操作分析,五條線所包圍的區(qū)域稱為,塔板的適宜操作區(qū)。,操作點,A,操作線,OA,操作彈性,Vmax/Vmin,設(shè)計時，應(yīng)使操作點盡可能位于適宜操作區(qū)的中央，若操作點緊靠某一條邊界線，則負(fù)荷稍有波動，塔的正常操作即被破壞。,材料與化學(xué)工程學(xué)院,化工教研室,14,化工原理,蒸餾和吸收塔設(shè)備,7-1,板式塔,7-1-3,板式塔的工藝設(shè)計,設(shè)計分析,根據(jù)設(shè)計任務(wù)和工藝要求，確定設(shè)計方案,根據(jù)設(shè)計任務(wù)和工藝要求，選擇塔板類型,確定塔高和塔徑,塔板的結(jié)構(gòu)設(shè)計：溢流裝置、塔板布置、升氣道設(shè)計及排列,流體力學(xué)驗算,負(fù)荷性能圖,材料與化學(xué)工程學(xué)院,化工教研室,15,化工原理,蒸餾和吸收塔設(shè)備,7-2,填料塔,填料塔,塔體 填料 塔內(nèi)件,填料支承與壓緊裝置、液體與氣體分布器、液體再分布器以及氣體除沫器,操作原理,7-2-1,填料塔的結(jié)構(gòu)與特點,7-2-2,填料,一 填料特性：,比表面積,空隙率,填料因子,(,/,3,),表示填料的流體的流體力學(xué)性能。,二 填料類型,散裝填料和規(guī)整填料,材料與化學(xué)工程學(xué)院,化工教研室,16,化工原理,蒸餾和吸收塔設(shè)備,7-2,填料塔,1,散裝填料,拉西環(huán)填料,優(yōu)點,：,易于制造，價格低廉，研究較為充分。,缺點,：,高徑比大，易形成線接觸，存在嚴(yán)重的溝流和壁流 現(xiàn)象。且拉西環(huán)填料的內(nèi)表面潤濕率較低，,改進,：,衍生的,環(huán)、十字環(huán)及螺旋環(huán)等,。,鮑爾環(huán),（,Pall ring,）,填料,金屬鮑爾環(huán)填料,塑料鮑爾環(huán)填料,改型鮑爾環(huán)填料,材料與化學(xué)工程學(xué)院,化工教研室,17,化工原理,蒸餾和吸收塔設(shè)備,7-2,填料塔,階梯環(huán)填料,金屬階梯環(huán)填料,塑料階梯環(huán),鞍形,(,Berl,saddle),填料,矩鞍,、弧鞍、,金屬鞍換,優(yōu)點,：空隙率高，氣體阻力小，液體分布性能較好。,缺點,：相鄰填料易套疊。,材料與化學(xué)工程學(xué)院,化工教研室,18,化工原理,蒸餾和吸收塔設(shè)備,7-2,填料塔,2,規(guī)整填料,格柵填料,格柵填料,優(yōu)點：格柵填料層整體性好，空隙率高。,缺點：但比表面積較低。,波紋填料,金屬絲網(wǎng)波紋填料,按結(jié)構(gòu),網(wǎng)波紋填料和板波紋填料,按材質(zhì),金屬、塑料、陶瓷等,材料與化學(xué)工程學(xué)院,化工教研室,19,化工原理,蒸餾和吸收塔設(shè)備,7-2,填料塔,金屬壓延孔板波紋填料,金屬孔板波紋填料,各種,陶瓷規(guī)整填料,脈沖填料,特點,:,處理量大，壓降小，是真空精餾的理想填料。因其優(yōu)良的液體分布性能使放大效應(yīng)減少，故特別適用于大塔徑的場合。,材料與化學(xué)工程學(xué)院,化工教研室,20,化工原理,蒸餾和吸收塔設(shè)備,7-2,填料塔,填料名稱,評估值,語言值,排序,絲網(wǎng)波紋填料,0.86,很好,1,孔板波紋填料,0.61,相當(dāng)好,2,金屬,Intalox,0.59,相當(dāng)好,3,金屬鞍形環(huán),0.57,相當(dāng)好,4,金屬階梯環(huán),0.53,一般好,5,金屬鮑爾環(huán),0.51,一般好,6,瓷,Intalox,0.41,較好,7,瓷鞍形環(huán),0.38,略好,8,瓷拉西環(huán),0.36,略好,9,材料與化學(xué)工程學(xué)院,化工教研室,21,化工原理,蒸餾和吸收塔設(shè)備,7-2,填料塔,包括持液量、壓降、液泛、填料表面的潤濕及返混等。,一 氣體通過填料層的壓強降,壓降與氣速的關(guān)系,L=0,、,L0,的情況,載點、泛點,恒持液量區(qū)、載液區(qū)、液泛區(qū),持液量,載液區(qū),高液量,低液量,C,C,B,B,A,A,L=,0,L,1,L,2,lg,u,lg,p,載點氣速,液泛氣速,7-2-3,填料塔的流體力學(xué)性能,材料與化學(xué)工程學(xué)院,化工教研室,22,化工原理,蒸餾和吸收塔設(shè)備,7-2,填料塔,壓降,：,在一定的液體噴淋密度下，填料持液量與氣速無關(guān)，氣體壓降與氣速的關(guān)系為直線且基本與,L=,0,的直線平行。,載液和液泛對傳質(zhì)的影響：,載點,(B),后，持液量,，氣液相互作用,，相界面積,，湍動增強,，傳質(zhì)過程,，填料效率,(,HETP,),；,P,點后，液沫夾帶量,，液相返混可導(dǎo)致填料效率,，,(HETP,),。,填料塔的操作控制在偏離泛點一定距離的載液區(qū)內(nèi)，可得到較高的傳質(zhì)效率，填料層的壓降也不會過大。,lg,u,高液量,低液量,載點線,lg,L,P,B,泛點,C,載液區(qū),空塔氣速,u,等板高度,HETP,材料與化學(xué)工程學(xué)院,化工教研室,23,化工原理,蒸餾和吸收塔設(shè)備,7-2,填料塔,壓降對填料塔操作的可靠性和經(jīng)濟性有著決定性的影響；選擇填料和確定塔徑時，不同系統(tǒng)應(yīng)控制的壓降范圍不同。,吸收（,mmH,2,O/m,）,蒸餾（,mmH,2,O/m,）,系統(tǒng)不起泡,系統(tǒng)起泡,常壓或加壓,真空,2035,820,3565,835,壓降,表面摩擦阻力、形體阻力,影響因素：填料特性,(,幾何形狀、比表面積、,等,),，流體物性,(,、,等,),、操作條件,(,氣液流量、,T,等,),。,由各種經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式或關(guān)聯(lián)圖進行估算。,二 壓降與氣速的關(guān)聯(lián)圖,材料與化學(xué)工程學(xué)院,化工教研室,24,化工原理,蒸餾和吸收塔設(shè)備,7-2,填料塔,?？颂?(Eckert),壓降通用關(guān)聯(lián)圖,G,G,G,L,：,kg/(m,2,.s),；,u,：,m/s,；,L,：,mPa.s,；,V,L,：,kg/m,3,；,W,G,W,L,：,kg/s,；,：,濕填料因子,(,泛點填料因子,),，,1/m,；,g,：,重力加速度,9.81m/s,2,；,V,s,L,s,：,m,3,/s,；,：,液體密度校正系數(shù),(,水與液相密度之比,=/,L,),。,橫坐標(biāo)：,縱坐標(biāo)：,材料與化學(xué)工程學(xué)院,化工教研室,25,化工原理,蒸餾和吸收塔設(shè)備,7-2,填料塔,適用范圍：亂堆填料,(Random,packings,),最上方的三條線分別為弦柵、整砌拉西環(huán)及亂堆填料的泛點線。其余為亂堆填料的等壓降線。,材料與化學(xué)工程學(xué)院,化工教研室,26,化工原理,蒸餾和吸收塔設(shè)備,7-2,填料塔,三、,液泛,與泛點氣速,防止液泛：,u,0max,0.95u,F,，,設(shè)計點時取,u,0,=0.50.8u,F,。,故正確估算泛點氣速對填料塔的設(shè)計和操作都十分重要。,填料的種類，物系的物性以及氣、液相負(fù)荷等因素對泛點都有一定的影響。泛點氣速的估算式通常仍是借助于實驗數(shù)據(jù)所得的各種經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式或關(guān)聯(lián)圖。,對于散裝填料，目前廣泛采用?？颂?(Eckert),壓降和氣速通用關(guān)聯(lián)圖中的泛點曲線。,規(guī)整填料有類似的泛點實驗關(guān)聯(lián)圖，可參考有關(guān)文獻。,根據(jù)兩相流動參數(shù)即可由埃克特,(Eckert),關(guān)聯(lián)圖中的泛點線查縱坐標(biāo)值，