蒸餾和吸附塔設備第一頁，共三十頁，2022年，8月28日3-1-1塔板類型

逆流塔板，少用錯流塔板，常用

錯流塔板主要形式有：生產能力小氣流阻力大一、泡罩塔板操作彈性大結構復雜

生產能力大氣流阻力小二、

篩板操作彈性小結構簡單

第二頁，共三十頁，2022年，8月28日三、

浮閥塔板

F1型，適用普通系統1．類型V-4型，適用減壓系統

T型，適用含顆粒或易聚合的物料

生產能力大，開孔率大、>泡罩20~40%、篩板塔操作彈性大，閥片可以自由升降以適應氣量的變化塔板效率高，平吹、接觸時間長、霧沫夾帶少2．優點氣流阻力小，開孔大液面落差小，液流阻力小造價適中，約等于60~80%泡罩、120~130%篩板

四、

噴射型塔板生產能力大，開孔率大、可用較高的空塔氣速氣流阻力小，液層較薄1．舌形塔板落差小、無返混、霧沫夾帶小，水平分力操作彈性小，氣流截面積固定氣相夾帶嚴重，斜吹第三頁，共三十頁，2022年，8月28日2．浮舌塔板操作彈性大氣流阻力小效率較高，介于浮閥與舌形之間3.斜孔塔板結構簡單、壓降低

第四頁，共三十頁，2022年，8月28日3-1-2板式塔的流體力學性能

評價塔設備的性能指標為：生產能力塔板效率設備性能操作彈性塔板壓力降

塔的操作能否正常進行，與塔內的氣液兩相的流體力學狀況有關：塔板壓力降液泛流體力學性能霧沫夾帶漏液液面落差一、

塔板壓降總阻力=干板阻力+液層靜壓力+表面張力在較高板效率前提下，力求減小塔板壓力降

二、

液泛：氣液量大到使全塔液體相連三、

霧沫夾帶氣流將液體從下層板帶入上層板第五頁，共三十頁，2022年，8月28日四、

漏液：液體從升氣孔流下，要求〈10%

氣速太小，或液面落差引起氣流分布不均塔板入口處往往上漏液，設安定區

五、

液面落差：液體克服板面阻力形成位差六、

負荷性能圖：各種極限條件下Vs-Ls關系曲線組成的圖

1．霧沫夾帶線（氣相負荷上限線）

2．液泛線

3．液相負荷上限線（降液管超負荷線，氣泡夾帶線）

4．漏液線（氣相負荷下限線）

5．液相負荷下限線操作彈性-——兩極限的氣量之比第六頁，共三十頁，2022年，8月28日3-1-3浮閥塔設計

一、

浮閥塔工藝尺寸的計算（工藝設計）1．塔高-式中Z--—塔高，m；

NT—理論板層數；

ET—總板效率；

HT—塔板間距，m。取整數

HTD，表3-2（經驗數據）易起泡、負荷波動大時，應H-T2．塔徑

式中D—塔徑，m；VS—氣體流量，m3/s；u—空塔氣速，m/s。關鍵在于確定適宜的空塔氣速u。第七頁，共三十頁，2022年，8月28日式中d-—液滴的直徑，m。由凈重力與摩擦阻力的平衡，得整理，得式中umax—極限空塔氣速，m/s；

—負荷系數，

第八頁，共三十頁，2022年，8月28日圖中Vh、Lh-—氣、液兩相的體積流量，m3/h；

V、L—氣、液兩相的密度，kg/m3；

hL—板上液層高度，m；

—液氣動能參數校正負荷系數式中—操作物系的液體表面張力，mN/m。求出塔徑后還需園整，之后還要進行流體力學核算。

3．溢流裝置溢流堰溢流裝置園形，一般用于小塔降液管弓形，常用

U型流，一般用于小塔單溢流，D<2.2m液流型式雙溢流，D>2m

階梯流，D>3m第九頁，共三十頁，2022年，8月28日(1)

出口堰（溢流堰），單溢流堰長，雙溢流式中hL--—板上液層高度，m；

hw-—堰高，m；

how—堰上液層高度，m。

<6mm，采用齒形堰

>6mm，單溢流

>60mm，雙溢流平直堰：式中Lh-—塔內液體流量，m3/h。

E—液流收縮系數，見圖3-11當E=1時，可用列線圖3-12求hOW。齒形堰：一般齒深hn<15mm當液層高度不超過齒頂時，

第十頁，共三十頁，2022年，8月28日當液層高度超過齒頂時（要試差）對常壓塔，則堰高一般：(1)

弓形降液管的寬度和截面積從圖3-13據可求出Wd和Af，求出Af之后，應驗算停留時間：

(2)

降液管底隙高度既要液體阻力小，又要氣體不短路一般

式中—液體通過降液管底隙時的流速，m/s。經驗值：或

第十一頁，共三十頁，2022年，8月28日

25~30mm，小塔

40mm，大塔

150mm，最大(1)

進口堰及受液盤進口堰可以保證降液管的液封，并使塔板上液體分布均勻，但占用塔面，易使沉淀物淤積，故多數不采用。當時，；

時，，保證液封，避免短路。進口堰與降液管的水平距離h1≥ho。800以上的塔，多采用受液盤，這種結構便于側線抽液體，低液流時液封良好，具有改變液體流向的緩沖作用，一般深度>50mm。

4．塔板布置塔板可分為：整塊式，D800mm

分塊式，D≥900mm塔板面積分區：鼓泡區，有效傳質區溢流區，降液管（及受液盤）所占區域破沫區（安定區），進口防漏液，出口防汽泡夾帶

第十二頁，共三十頁，2022年，8月28日

60~75mm，D<1.5m

80~110mm，D>1.5m

無效區（邊緣區），支承塔板

30~50mm,小塔

50~75mm,大塔5．浮閥的數目與排列浮閥塔的操作性能可采用由氣體通過閥孔時速度與密度組成的“動能因子”來衡量，其定義式為

式中F0—氣體通過閥孔時的動能因數；

u0-—氣體通過閥孔時的速度，m/s；V

—氣體密度，kg/m3。對于F1型浮閥，F0=9~12，選定F0，后求uo：

再求閥孔數N

式中d0—閥孔直徑，do=0.039m浮閥在塔板鼓泡區內的排列有正三角形和等腰三角形兩種形式，按照閥孔中心聯線與液流方向的關系，又有順排與叉排之分。

第十三頁，共三十頁，2022年，8月28日（等邊三角形）

（等腰三角形）式中t—同一排孔心距，m；

—相鄰兩排孔心距，m；d0—閥孔直徑，m；A0—閥孔總面積，，m2；Aa—鼓泡區面積，m2；N—閥孔總數。而式中，m；，m；

—以角度數表示的反三角函數值。

二、

浮閥塔板的流體力學驗算1．氣體通過浮閥塔板的壓力降氣體通過一層浮閥塔板時的壓力降應為：

第十四頁，共三十頁，2022年，8月28日式中pp—塔板壓力降，Pa；pc—平板壓力降，Pa；pl—液層壓力降，Pa；p—克服表面張力的壓力降，Pa。或

(1)

平板阻力，閥全開前(u0≤u0c)對F1型閥，，閥全開后(u0≥u0c)式中u0c—臨界孔速，即板上所有閥剛好全部開啟時的孔速，m/s；

u0—閥孔氣速，m/s；L—液體密度，kg/m3；V—氣體密度，kg/m3。先聯立求解臨界孔速u0c，即令：將g=9.81m/s2代入，解得：第十五頁，共三十頁，2022年，8月28日(1)

板上充氣液層阻力（經驗公式）式中hL—液層高度，m；0—充氣因數水0.50=油0.2~0.35

碳氫化合物0.4~0.5(2)

液體表面張力所造成的阻力（很小，可忽略）式中—液體的表面張力，N/m；h—浮閥的開度，m。

265~530Pa，常壓和加壓塔一般：pp=200Pa，減壓塔2．液泛式中Hd—降液管內的清液層高度，m；

hp—塔板壓力降相當的液柱高度，m；

hL—板上液層高度，m；

hd—降液管壓力降相當的液柱高度，m。

第十六頁，共三十頁，2022年，8月28日，無進口堰

，有進口堰式中—液體通過降液管底隙時的流速，m/s。必須：

0.3~0.4，一般物系式中—校正系數=0.6~0.7，不易發泡物系3．霧沫夾帶通常用泛點率—操作空塔氣速與液泛空塔氣速之比來估算霧沫夾帶的大小。

80%，大塔泛點率<70%，D<0.9m的塔時可以保證

75%，減壓塔而或式中：ZL—板上液流長度，對單溢流，ZL=D-2Wd；

Ab—板上液流面積，對單溢流，Ab=AT-2Af；

CF—泛點負荷系數，見圖3-16；

K—物性系數，見表3-4。

第十七頁，共三十頁，2022年，8月28日4．漏液可取動能因數F0=5~6作為控制漏液量的操作下限，此時漏液量接近10%。5．負荷性能圖

(1)

霧沫夾帶線

(2)

液泛線

(3)

液相負荷上限線

(4)

漏液線（F1型閥），

(5)

液相負荷下限線

第十八頁，共三十頁，2022年，8月28日3-1-4塔板效率

一、

塔板效率的表示法1．總板效率ET—反應平均傳質效果式中：NT—塔內所需理論板的層數；

Np—塔內實際板的層數。2．單板效率EM，又稱為默弗里板效率氣相單板效率液相單板效率由于板上濃度的不均勻性，單板效率有可能超過100%。3．點效率EO是指塔板上各點的局部效率，y---與x平衡的氣相濃度

第十九頁，共三十頁，2022年，8月28日二、

塔板效率的估算粘度密度物系性質表面張力擴散系數相對探發度塔徑板間距影響塔板效率的因素塔板結構堰高開孔率溫度壓力操作條件氣速氣液比理論法，(A.I.Ch.E法)，以點效率為基礎。估算方法

經驗法，以實驗數據和工業數據為基礎。另一類是簡化的經驗計算法，可采用奧康奈爾關聯圖或關聯式

第二十頁，共三十頁，2022年，8月28日

—O’connell關聯式式中—平均溫度下的相對揮發度L—平均溫度下的液相粘度，mPas。

第二十一頁，共三十頁，2022年，8月28日第二節

填料塔

3-2-1填料

一、

填料特性表示填料性能的參數有：1．比表面積：單位體積填料層的填料表面積，m2/m3。2．空隙率：單位體積填料層的空隙體積，m3/m3。3．填料因子在選擇填料時，一般要求比表面積及空隙率大，填料的潤濕性能好，單位體積填料的質量輕，造價低，并有足夠的機械強度。二、

填料類型1．拉西環：外徑與高度相等的園環。結構簡單，研究充分溝流、壁流嚴重、滯留液量大、氣流阻力大2．鮑爾環：在拉西環的側壁上開出方孔。結構復雜效率高、阻力小3．階梯環：高度為直徑的一半，環的一端制成喇叭口。結構復雜效率高、阻力小、氣量大第二十二頁，共三十頁，2022年，8月28日4．弧鞍與矩鞍弧鞍：易套疊強度較差矩鞍：不套疊、阻力小5．金屬環矩鞍環：綜合了環形填料和鞍形填料的優點，性能優于鮑爾環和矩鞍填料。6．波紋板及波紋網波紋45，反向靠疊，高40~60mm，直徑略小于塔徑。波紋板：陶瓷、塑料、金屬材料波紋網：金屬絲陶瓷，阻力大，耐高溫，耐腐不銹鋼，成本高材料金屬碳鋼，不耐腐塑料潤濕性差，不耐高溫第二十三頁，共三十頁，2022年，8月28日3-2-2填料塔的流體力學性能

一、

氣體通過填料層的壓力降可用填料層的△p/z~u關系圖來說明，下轉折點稱為“載點”，上轉折點稱為“泛點”，將△p/z~u關系線分為三個區域。1．恒持液量區持液量：操作時單位體積填料層內持有的液體體積。氣速較低時，液體的流動與氣速無關，所以持液量不變。2．載液區氣速增大到一定時，氣流開始阻礙液體下流，持液量開始增加，出現攔液現象，此點為載點。3．液泛區氣速再增大時，液相變為連續相，氣相變為分散相，雙膜傳質變為鼓泡傳質，出現液泛現象，此點為泛點。

二、液泛：操作氣速以泛點氣速為參考（基礎），影響泛點氣速的因素很多：1．填料的特性：比表面積、空隙率、幾何形狀對填料特性的影響，集中表現在填料因子上，填料因子越小，泛點氣速越高。2．流體的物理性質L，umax（重力）V，umax（氣阻）L，umax（摩阻）第二十四頁，共三十頁，2022年，8月28日3．液氣比

，持液量，空隙率，umax。4．埃克特通用關聯圖，目前廣泛采用埃克特通用關聯圖來計算填料塔的壓強降及泛點氣速。

三、

潤濕性能

傳質效率與填料的潤濕性能密切相關。實際操作時，采用的噴淋密度應大于最小噴淋密度。若噴淋密度過小，可采用增大回流比或采用液體再循環的方法來保證填料的潤濕性能。噴淋密度：單位時間內單位塔截面上噴淋的液體體積，U，m3/(m2s)。

LW------潤濕速率：單位時間內單位長度填料周邊上的液體體積，LW，m3/(ms)。

0.08m3(mh)，75mm的拉西環及其它填料

0.012m3/(mh)，>75mm的環形填料

第二十五頁，共三十頁，2022年，8月28日3-2-3填料塔的計算

一、

塔徑

然后園整、檢驗大于最小噴淋密度。二、

塔高1．傳質單元法2．等板高度法等板高度(HETP)：與理論塔板的傳質作用相當的填料層高度。

式中G—氣相的空塔質量速度，kg/(m2h)；—相對揮發度。第二十六頁，共三十頁，2022年，8月28日3-2-4填料塔附件

一、

填料支承裝置柵板式升氣管式

二、

液體分布裝置

蓮蓬式溢流管式盤式篩孔式齒槽式

多孔環管式

三、

液體再分布裝置截錐形支承板截錐形

四、

除沫裝置：除去出口氣流中的液滴。折流板除沫器旋流板除沫器絲網除沫器此處還有填料壓板或擋網，氣體進口裝置第二十七頁，共三十頁，2022年，8月28日填料塔發展簡史

1914年拉西環的出現使填料塔進入了科學發展的軌道，至50年代取得了很大的發展，但由于填料塔的“放大效應”，50年代后填料塔進入了緩慢發展時期，而板式塔應運而生。70年代由于世界性的能源危機后，為了節能，填料塔得到了蓬勃發展，規整填料的出現和塔內件的改進使“放大效應”問題基本解決。

一、

填料塔的特點

1．生產能力大

2．分離效率高

3．壓力降小

4．操作彈性大

5.持液量小二、

分類

散裝填料填料填料塔塔內件規整填料

筒體

第二十八頁，共三十頁，2022年，8月28日液體分布裝置√填料固定裝置或填料壓緊裝置填料支承裝置塔內件液體收集再分布裝置氣體分布裝置√液、氣進料裝置整體式，≥800mm

筒體分段式