化工传质与分离过程 主讲教师:陈 英.

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化工传质与分离过程 主讲教师:陈 英

第三章 塔设备>>3.1 板式塔(1) 板式塔功能: 板式塔的设计意图(理想流动状态) : 板式塔上两相接触状态: 第三章 塔设备>>3.1 板式塔(1) 板式塔功能: 气液接触(传质系数大、接触面积大) 尽量逆流流动(最大的传质推动力): 气体在压差下由下而上,液体在重力下由上而下; 错流塔板:总体上逆流流动,板上错流流动 板式塔的设计意图(理想流动状态) : 气液充分接触,总体上逆流流动,板上错流流动 板式塔上两相接触状态: 鼓泡接触状态:u 低,清液层,气泡为传质表面,液相为连续相; 泡沫接触状态:u 增加,清液层降低,不断更新的液膜为传质表面,液相为连续相; 喷射接触状态:u较大,不断更新的液滴为传质表面曲线,气相为连续相。

第三章 塔设备>>3.1 板式塔(2) 板式塔上非理想流动——降低传质推动力 反混 不均匀流动 液膜夹带 气泡夹带 第三章 塔设备>>3.1 板式塔(2) 板式塔上非理想流动——降低传质推动力 反混 不均匀流动 液膜夹带 气泡夹带 气体不均匀流动(液面落差和水力学梯度) 液体不均匀流动 三种不正常现象 随气速增大,使塔板阻力增大,上层塔板上液层增厚,塔板液流不畅,液层迅速积累,以致充满整个空间,即液泛。由此原因诱发的液泛为液沫夹带液泛。开始发生液泛时的气速称之为液泛气速 夹带液泛 溢流液泛 严重漏液 当塔内气、液两相流量较大,导致降液管内阻力及塔板阻力增大时,均会引起降液管液层升高,。当降液管内液层高度难以维持塔板上液相畅通时,降液管内液层迅速上升,以致达到上一层塔板,逐渐充满塔板空间,即发生液泛

第三章 塔设备>>3.1 板式塔(3) 板式塔的塔板基本结构 1、降液管的受液区 2、进口安定区 3、鼓泡区 第三章 塔设备>>3.1 板式塔(3) 板式塔的塔板基本结构 1、降液管的受液区 4 5 3 1 2 2、进口安定区 3、鼓泡区 4、出口安定区(破沫区) 6 5、降液管的溢流区 6、无效区 液体流动方向

第三章 塔设备>>3.1 板式塔(4) 接触状态的选择 物性性质 膜、滴稳定性 接触状态选择 泡沫 喷射 σ轻 > σ重 第三章 塔设备>>3.1 板式塔(4) 接触状态的选择 泡沫接触状态:液膜足够稳定,不易形成大气泡,有利传质 喷射接触状态:液滴不断更新,小液滴(要求液滴不稳定) 物性性质 膜、滴稳定性 接触状态选择 泡沫 喷射 σ轻 > σ重 稳定 √ × σ轻 < σ重 不稳定

第三章 塔设备>>3.1 板式塔(5) 塔板负荷性能图 1、雾沫夹带线 2、液相负荷下限线(液体分布均匀限制) 第三章 塔设备>>3.1 板式塔(5) 塔板负荷性能图 1、雾沫夹带线 2、液相负荷下限线(液体分布均匀限制) 3、漏液线(气相负荷下限线) 4、液相负荷上限线(停留时间,气泡夹带) 5 、液泛线 操作弹性定义

第三章 塔设备>>塔板溢流类型 (a)单流型 (b)双流型 (c)四程流型 (d)阶梯流型 (e)U型流型 液体在板上流经长,气液接触时间长,有利于提高传质效率; 但液面落差大,气流分布不均 U型流:小塔,或液体流量小 单溢流:广泛应用于D<2.2m 阶梯式溢流:减小液面落差,不减小流经,但结构复杂。 阶梯式溢流、双(多)溢流:应用于D>2.2m

第三章 塔设备>>负荷性能图的应用 ① 设计点P1       靠近液沫夹带线,说明A、 HT   太小,可通过减小降液管面积Ad或lW ,提高 HT 。 ② 设计点P2        靠近降液管液泛线,说明降液管液体通能力小,塔板阻力大。为此可扩大降液管,提高开孔率,即提高HT 或 lW  ,增加筛孔数。 ③ 设计点P3        靠近塔板漏液线,说明塔板开孔率太高,可适当减少孔数n ④ 设计点P4        靠近液相下限线及气相下限,说明溢流堰lW 过长或降液管面积 Ad  过大,开孔面积A0过大,故可减小堰长 lW   。此类情况应减小塔径D。 ⑤ 设计点 P5        靠近降液管上限线,说明降液管空间裕量较小,可提高HT或lW均。若经过调整仍不适宜,显然就需要重新设计D。

第三章 塔设备>>HT对负荷性能图的影响 a. 塔板间距HT           提高塔板间距 HT    ,既增加了塔板间距空间高度,又增加了降液管体积。则有利于减少液沫夹带,增强降液管液体的通过能力(推动力增大),使液体停留时间增加。所以,1、4、5条线向外移

第三章 塔设备>>降液管面积对负荷性能图的影响 降液管面积 Ad 或堰长lW       若增大堰长 则引起 Ad  增大,塔截面的气相通道面积A及开孔区Aa 减小。因 lW 增大,则溢流强度降低,故使其液相下限提高,A减小使u增大,使液沫夹带量增大,而降液管Ad 增大,使液体停留时间增长。 Aa 减小,若其开孔率不变,孔数n减少,使孔流速u0  提高,使塔板漏液点u0’  下降,所以气相流量下限线或漏液限降低,使得5条线均发生变化

第三章 塔设备>>开孔率面积对负荷性能图的影响 增大塔板的开孔率       若其他尺寸不变仅曾筛孔数n即提高开孔率    ,使得孔流气速u0 下降。使得塔板阻力下降,易发生漏液,缓解降液管的液泛,故漏液线3及降液管液泛线5均上移

第三章 塔设备>>塔板类型>>泡罩塔板 结构特点 优点:不易发生漏液 缺点:结构复杂,效率不高,操作弹性较小 应用情况:目前较少应用

第三章 塔设备>>塔板类型>>筛板 结构特点 特点:易发生漏液 结构简单,效率不高,生产能力大,操作弹性较小 应用情况:日趋应用广泛

第三章 塔设备>>塔板类型>>浮阀塔 结构特点 优点: F-1型 V-4型 生产能力大 操作弹性大 效率较高 结构较简单 A型 压力降和液面落差较小 方形浮阀 应用情况:应用广泛 十字架型

第三章 塔设备>>塔板类型>>其它塔板(1) 喷射塔板 斜孔塔板

第三章 塔设备>>塔板类型>>其它塔板(2) 林德筛板 网孔塔板

第三章 塔设备>>塔板类型>>其它塔板(3) 垂直筛板 无溢流栅板和筛板 多降液管塔板

漏液 液泛 板式塔结构及塔内的流动

(a)泡沫状(b)喷射状