1、工科化工基本原理塔設備四四.塔的種類塔的種類1.板式塔板式塔（1）基本結構）基本結構（2）板上細致結構）板上細致結構多多（3）一般操作：氣為分散相，液為連續相）一般操作：氣為分散相，液為連續相（4）濃度特點：氣、液中的關鍵組分呈階梯變化）濃度特點：氣、液中的關鍵組分呈階梯變化（5）適用范圍：）適用范圍：D800mm2.填料塔填料塔（1）基本結構）基本結構（2）填料種類：多）填料種類：多（3）操作：氣、液逆流；氣連續、液分散）操作：氣、液逆流；氣連續、液分散（4）濃度特點：隨塔高變化，關鍵組分濃度為微分（連續）變化）濃度特點：隨塔高變化，關鍵組分濃度為微分（連續）變化 （5）適用范圍：一般）適用

2、范圍：一般D800mm2 板式塔板式塔一一.塔板的類型塔板的類型按氣、液間流動方向關系分按氣、液間流動方向關系分1.錯流塔板錯流塔板（1）單板上氣、液流動情況）單板上氣、液流動情況gL（2）優點：溢流堰高度可調整，增加氣液接觸時間）優點：溢流堰高度可調整，增加氣液接觸時間（3）缺點：板上液層高度不一，傳質不均；因有降液管，使塔生產能力降）缺點：板上液層高度不一，傳質不均；因有降液管，使塔生產能力降低低說明：對整個塔，氣液可視為逆流說明：對整個塔，氣液可視為逆流2.逆流塔板（穿流塔板）逆流塔板（穿流塔板）（1）單板上氣、液流動情況）單板上氣、液流動情況LG（2）優點：結構簡單，版面利用率高）優點

3、：結構簡單，版面利用率高（3）缺點：需要高氣速維持板上液體量，則彈性差，分離效果差）缺點：需要高氣速維持板上液體量，則彈性差，分離效果差說明：工業常用的為錯流板塔說明：工業常用的為錯流板塔3.常見的錯流板常見的錯流板（1）泡罩塔板）泡罩塔板 結構：結構：泡罩泡罩短管短管降液管降液管塔板塔板gL板為圓缺形板為圓缺形板上短管孔為正板上短管孔為正三角形排列三角形排列罩的下緣結構為罩的下緣結構為梯形、矩形、三梯形、矩形、三角形等角形等操作：氣分散與液接觸操作：氣分散與液接觸優點：彈性大；塔板不易堵，適合各種物料優點：彈性大；塔板不易堵，適合各種物料缺點：造價高；缺點：造價高；P P大；霧沫夾帶嚴重；氣

4、速不易過大；產能受限大；霧沫夾帶嚴重；氣速不易過大；產能受限（2 2）篩板）篩板結構：結構：篩孔板篩孔板gL降降液液管管篩孔：篩孔：3-8mm操作：氣體拖住液體并分散成小氣泡操作：氣體拖住液體并分散成小氣泡優點：結構簡單；優點：結構簡單； P P小，比泡罩塔產小，比泡罩塔產能大能大缺點：彈性??；孔徑小時易堵，現用缺點：彈性?。豢讖叫r易堵，現用10-25mm（3）浮閥塔板）浮閥塔板基本機構：基本機構：F1型型-閥徑閥徑48mm，閥孔徑為，閥孔徑為39mm，最高，最高8.5mm，最低，最低2.5mm，常用重量，常用重量33g/個個材質：不銹鋼材質：不銹鋼操作過程：操作過程：優點：產能比泡罩塔大優

5、點：產能比泡罩塔大20-40% 彈性比（彈性比（1）（）（2）均大）均大 板效率高板效率高,P P小，液面落差小小，液面落差小 為為泡罩塔造價的泡罩塔造價的60-80%，比篩板塔高，比篩板塔高20-30%缺點：不能處理念得大的液體缺點：不能處理念得大的液體說明：現有對說明：現有對F1改型的其它浮閥，例改型的其它浮閥，例T型型（4）噴射型塔板）噴射型塔板 為近期研究中的新型塔板之一為近期研究中的新型塔板之一 二二.塔板上氣液兩相的塔板上氣液兩相的各種各種流體力學性能流體力學性能1.氣液接觸狀態氣液接觸狀態當液相流量恒定時，按氣相當液相流量恒定時，按氣相速度速度由小到大，板上物料狀態依次為：鼓由小

6、到大，板上物料狀態依次為：鼓泡狀、蜂窩狀、泡沫狀、噴射狀泡狀、蜂窩狀、泡沫狀、噴射狀2.塔板壓降塔板壓降（1）定義：氣相向上通過）定義：氣相向上通過塔板（干板）塔板（干板）和和板上液層板上液層并克服并克服液體表面張液體表面張力力后的壓力降為后的壓力降為（2）利：干板阻力增加，氣相壓強大，利于傳質）利：干板阻力增加，氣相壓強大，利于傳質 液體層壓強降增加，夜層厚，氣液接觸時間長，利于傳質液體層壓強降增加，夜層厚，氣液接觸時間長，利于傳質（3）弊：真空精餾，頂部真空度一定時，）弊：真空精餾，頂部真空度一定時， P P增加，塔釜壓力增加，增加，塔釜壓力增加，失去真空精餾的意義。失去真空精餾的意義。3

7、.液泛液泛（1）含義：當）含義：當n+1板上溢流管中液位高出其堰頂，并與板上溢流管中液位高出其堰頂，并與n板液體相連接，板液體相連接，且逐板向上升，該現象為液泛（淹塔）且逐板向上升，該現象為液泛（淹塔）（2）產生液泛的原因）產生液泛的原因原因一：當原因一：當L一定時，氣速過大，即一定時，氣速過大，即P P過大，溢流管中液體不能下流。過大，溢流管中液體不能下流。液泛時的氣速為極限氣速液泛時的氣速為極限氣速原因二：當原因二：當g g一定時，溢流管面積過小一定時，溢流管面積過小原因三：板間距過小原因三：板間距過小4.4.霧沫夾帶霧沫夾帶（1 1）含義：上行氣體將某板上液層中的液體帶入該板的上一層板的

8、現象為）含義：上行氣體將某板上液層中的液體帶入該板的上一層板的現象為霧沫夾帶霧沫夾帶（2 2）產生原因：氣速過大；板間距過?。┊a生原因：氣速過大；板間距過?。? 3）利：增大氣液傳質面積。）利：增大氣液傳質面積。 控制在控制在 0.1kgL/kg600mm600mm（2 2）塔徑）塔徑因因v=Vs/A =Vs/v=Vs/A =Vs/（/4/4）D D2 2 則則 D=4 Vs /(D=4 Vs /(v)v)1/21/2VS塔內氣流量塔內氣流量m3/s； V氣體空塔速度氣體空塔速度m/s說明：說明：a. V應介于液泛速度和漏液速度之間，一般應介于液泛速度和漏液速度之間，一般 V=0.60.8 V

9、 max Vmax=C（ L - V/ V ）1/2 C為負荷系數為負荷系數m/s，由試驗關系圖（史密斯關聯圖），由試驗關系圖（史密斯關聯圖） 確定確定P160 b.使用史密斯關聯圖應注意實際條件與測定條件不同時使用史密斯關聯圖應注意實際條件與測定條件不同時 C應校正應校正 c.計算出的計算出的V值后，代入求值后，代入求D的公式中所求的的公式中所求的D應標準化應標準化 為保證流體力學性能在正常范圍，應對標準化的為保證流體力學性能在正常范圍，應對標準化的D進進 行校正行校正 d.對精餾塔若兩段氣量相差較大，則對精餾塔若兩段氣量相差較大，則D不同不同 （3）板上各部分尺寸確定）板上各部分尺寸確定a

10、.關于降液管關于降液管*目的：給液體提供下流通道；分離夾帶的氣體目的：給液體提供下流通道；分離夾帶的氣體*類型：圓形（小塔）、弓形管（中大塔）類型：圓形（小塔）、弓形管（中大塔）*溢流方式：溢流方式：U形、單溢流形、雙溢流形、階梯雙溢流形。形、單溢流形、雙溢流形、階梯雙溢流形。方式方式=f（液體量，（液體量，D-），有經驗關系表），有經驗關系表b.板上各部分尺寸的表示及命名板上各部分尺寸的表示及命名HThwhowhow堰上液層高度堰上液層高度hw出口堰高出口堰高HdH d清液層高度清液層高度hoho 降液管底隙高度降液管底隙高度hw1 hw1進口堰高進口堰高Wd Wd弓形降液管寬度弓形降液管寬

11、度hl hl進口堰與降液管間的水進口堰與降液管間的水平距離平距離LWHT 兩板間高，兩板間高， lW 堰長堰長WCWC無效區寬度無效區寬度WSWS、R破沫區寬度和半徑破沫區寬度和半徑RXX鼓泡區寬度的鼓泡區寬度的1/2；t相鄰管孔距相鄰管孔距tc.各部分尺寸的確定各部分尺寸的確定*how堰上層高度堰上層高度方法一：平直堰：方法一：平直堰： how =60-70mm；齒形堰；齒形堰 how 降液管底隙高度降液管底隙高度ho ，則，則 h w = = hw ； 反之反之h w ho*hl進口堰與降液管間的水平距離：為降低液體流動阻力而設，一進口堰與降液管間的水平距離：為降低液體流動阻力而設，一般般

12、hl ho*Wd及弓形降液管截面積及弓形降液管截面積Af確定方法：用試驗總結圖確定方法：用試驗總結圖lw/DWd/DAf/ATWd/DAf/ATAT塔總截面積塔總截面積注意：應校核，保證液體在降液管中停注意：應校核，保證液體在降液管中停留時間留時間 5s5s= =（36003600AfAT ）/L/Lh h*堰長堰長lW：單弓形溢流：單弓形溢流 lW = （）（）D 雙弓形溢流雙弓形溢流 lW = （）（）D * Wd 無效區寬度：用于支撐塔板的邊梁，小塔無效區寬度：用于支撐塔板的邊梁，小塔Wd為為30-50mm；大塔為；大塔為50-75mm*Ws破沫區寬度：液體進入降液管前除去其中所含氣體。

13、破沫區寬度：液體進入降液管前除去其中所含氣體。D 1.5m， Ws為為80-110mm（4）關于浮閥）關于浮閥a.最佳狀態（氣體孔速最佳狀態（氣體孔速v0的確定）的確定） 正好達到全開，即要求正好達到全開，即要求v0適中適中 閥開度閥開度=f（氣相動壓）（氣相動壓） 試驗得試驗得v0 =F0/1/2 ,F0為氣體通過閥孔的動能因數，一般為為氣體通過閥孔的動能因數，一般為9-12b.浮閥數目浮閥數目N的確定的確定c.浮閥的排布方式：正浮閥的排布方式：正，等腰，等腰；或順排和叉排。；或順排和叉排。常見為正常見為正叉排叉排順順排排叉排叉排d.正正和等腰和等腰排布時兩閥中心的定位排布時兩閥中心的定位正

14、正th設閥孔總面設閥孔總面積為積為A0，鼓，鼓泡區總面積泡區總面積為為Aa,閥孔直閥孔直徑為徑為d0等腰等腰tt若鼓泡區孔總數為若鼓泡區孔總數為N，則一個孔所占鼓泡區總，則一個孔所占鼓泡區總面積為面積為e.鼓泡區面積鼓泡區面積Aa的確定的確定Rxf.幾點說明幾點說明 *若按若按t畫出的總孔數與前計算的畫出的總孔數與前計算的N不同，需按畫出不同，需按畫出的孔數校算動能因子的孔數校算動能因子F0，若在，若在9-12為可行，否則為可行，否則增加孔數；增加孔數；*核算塔板開孔率核算塔板開孔率開孔率開孔率=A0/Aa 一般常壓和減壓塔開孔率取一般常壓和減壓塔開孔率取10-14%，加壓塔取，加壓塔取10%

15、2.浮閥塔板的流體力學驗算浮閥塔板的流體力學驗算驗算內容：驗算內容：P P、液泛、霧沫夾帶、漏液等、液泛、霧沫夾帶、漏液等（1 1）氣體通過一層塔板的壓強降）氣體通過一層塔板的壓強降P Pp pP Pp p = = P Pc c + + P Pl l + + P P或或 h hp p = h = hc c + h + hl l + h + hP Pc c 通過干板的壓強降通過干板的壓強降P Pl l 通過液層的壓強降通過液層的壓強降P P克服液體表面張力的壓強降克服液體表面張力的壓強降一般一般 P P和和 h h較小忽略較小忽略h hc c的計算的計算概念：臨界孔速概念：臨界孔速v v0c0c

16、 ：剛好達到浮閥全開時氣體在閥孔中的流速：剛好達到浮閥全開時氣體在閥孔中的流速對于對于F1F1形重閥形重閥若若v v0 0 階梯環階梯環鮑爾環鮑爾環矩鞍矩鞍弧鞍弧鞍拉西環拉西環*相同結構：金屬材料的效率比陶瓷高相同結構：金屬材料的效率比陶瓷高*填料的最合理尺寸為填料的最合理尺寸為25mm*各種填料的性能可查手冊各種填料的性能可查手冊（2）規整填料）規整填料A.概念：按概念：按幾何幾何形狀形狀整齊整齊堆砌的填料堆砌的填料B.特點：特點：規定規定了氣液流動途徑，了氣液流動途徑， 故氣液分布均勻，故氣液分布均勻， P P小，小， a a和和大，傳質好，處理量大大，傳質好，處理量大C.C.最常用的規整

17、填料，波紋填料最常用的規整填料，波紋填料結構：為一個填料餅結構：為一個填料餅餅狀填料餅狀填料波紋薄板波紋薄板hh=40-60mm一個填料餅由許多板組成，波紋與水平方向為一個填料餅由許多板組成，波紋與水平方向為450，相鄰兩板反向靠，相鄰兩板反向靠疊，則波紋傾斜方向垂直疊，則波紋傾斜方向垂直在塔中如何整砌排列在塔中如何整砌排列兩兩餅餅間垂直，其上波紋也垂直，使氣液不斷改變方向，重新分布，間垂直，其上波紋也垂直，使氣液不斷改變方向，重新分布，傳質好傳質好D.波紋板（餅）填料的改進形式波紋板（餅）填料的改進形式網體（造價高，波紋網），金屬孔板波紋填料網體（造價高，波紋網），金屬孔板波紋填料【壓延孔（

18、打孔），刺孔（小壓延孔（打孔），刺孔（小孔，好）孔，好）】E.說明說明*常用波紋填料有些已標準化，新開發填料很多常用波紋填料有些已標準化，新開發填料很多*波紋填料不適用于粘度大有沉淀物的體系，且清流困難波紋填料不適用于粘度大有沉淀物的體系，且清流困難三三.填料塔的流體力學性能：填料塔的流體力學性能：持液量、持液量、 P P、液泛、潤濕性能、液泛、潤濕性能1.1.填料層的持液量填料層的持液量（1 1）定義：在操作條件下，）定義：在操作條件下，m m3 3液體量液體量/m/m3 3填料填料,H,HT T（2 2）組成：）組成：靜持液量靜持液量：停止氣液供料，至液排至無滴液時填料層中：停止氣液供料，

19、至液排至無滴液時填料層中的液體量，的液體量，H HS S H HS S =(=(材質、液性質材質、液性質) ) 動動持液量持液量：停止氣液供料起，所能流出的液體量，：停止氣液供料起，所能流出的液體量， H HC C H HC C =f(=f(材質、液體性質、液體負荷材質、液體性質、液體負荷) )（3 3）說明）說明: :持液量應合理可測，可用經驗式估算持液量應合理可測，可用經驗式估算2.2.氣體的氣體的P P（1 1）產生）產生P P的原因：本身粘度（?。?、與填料表面液膜的摩擦力的原因：本身粘度（小）、與填料表面液膜的摩擦力（大），填料機構、塔內持液量（大），填料機構、塔內持液量-（2 2）為

20、何確定）為何確定P P：核算動力消耗：核算動力消耗（3 3）給定體系正常操作下影響）給定體系正常操作下影響P P的原因分析的原因分析在兩截面間列伯努利方程在兩截面間列伯努利方程gg1122（4）試驗結果：圖）試驗結果：圖P/ZP/Zv/v/【m/sm/s】kPa/mkPa/m0123L=0區區區區區區區：恒持液量區，區：恒持液量區，v小液體不被小液體不被攔截，持液量攔截，持液量=填料表面液膜量，填料表面液膜量，與空塔的與空塔的P/Z與與v的線平行，只是的線平行，只是在在相同空塔速度下在在相同空塔速度下P/Z增大增大區與區與區的交點區的交點截點：從此點氣體速截點：從此點氣體速度開始，塔內有持液量

21、出現度開始，塔內有持液量出現區液泛區：氣體運動為脈動，變為分散相；液體從頂部帶出，區液泛區：氣體運動為脈動，變為分散相；液體從頂部帶出，變為連續相變為連續相 區：載液區（工作區）區：載液區（工作區）區與區與區交點區交點泛點泛點 ：從此點氣速開始，塔內出現液泛，：從此點氣速開始，塔內出現液泛，說明：不同填料的說明：不同填料的P/Z與與v圖的基本形狀相同圖的基本形狀相同 有些填料和操作的載點和泛點不太明顯有些填料和操作的載點和泛點不太明顯3.液泛（氣速）液泛（氣速）vmax（1）為何研究）為何研究vmax ？ 用于確定用于確定v和和D（2 ）如何算）如何算 vmax 埃克特通用關聯圖?？颂赝ㄓ藐P聯

22、圖1150200不同不同P/Z整砌拉西環整砌拉西環泛點線泛點線弦刪填料泛弦刪填料泛點線點線?？颂赝ㄓ藐P聯圖埃克特通用關聯圖0101.0其中：其中：填料因子（填料因子（1/m1/m）液體密度校正系數液體密度校正系數= =水水/ /實際液體實際液體（相同條件）（相同條件）v v操作空塔氣速操作空塔氣速v vmaxmax液泛空塔氣體速液泛空塔氣體速計算步驟：第一步：求橫坐標數值計算步驟：第一步：求橫坐標數值 第二步：根據第二步：根據P/Z找到縱坐標數值找到縱坐標數值 第三步：根據縱坐標數值反算第三步：根據縱坐標數值反算v vmaxmax說明：?？颂赝ㄓ藐P聯圖也可用于求說明：?？颂赝ㄓ藐P聯圖也可用于求

23、P，步驟為，步驟為 第一步：第一步：橫坐標數值橫坐標數值 第二步：求第二步：求縱坐標數值縱坐標數值 第三步：確定第三步：確定P/Z（3）影響）影響v vmaxmax的因素的因素A.填料的性質：即填料因子填料的性質：即填料因子=f=f（a a、形狀等）、形狀等）實際證明：形狀影響大；實際證明：形狀影響大； 減小，減小， v vmaxmax增大增大B.B.流體的物性流體的物性L L增加，自重力增加，下流易，增加，自重力增加，下流易， v vmaxmax可增大可增大V V增加，當增加，當v v一定時一定時, ,對液阻力增加，對液阻力增加， v vmaxmax降低降低 L L增加，填料對液的下流阻力增

24、加，增加，填料對液的下流阻力增加， v vmaxmax降低降低C.C.液氣比液氣比W WL L/Wv/Wv增加，增加， v vmaxmax降低，因降低，因W WL L增加增加降低降低4.4.填料的潤濕性能和液體的噴淋密度填料的潤濕性能和液體的噴淋密度（1 1）為何研究潤濕性能）為何研究潤濕性能（2 2）影響潤濕性能的因素）影響潤濕性能的因素填料材質、表面形狀、裝填方法、液體噴淋密度填料材質、表面形狀、裝填方法、液體噴淋密度（3）經驗式）經驗式 Umin=（LW）min a Umin為最小噴淋密度；為最小噴淋密度； （LW）min為最小潤濕速率（與填料有關可查）為最小潤濕速率（與填料有關可查）a

25、為填料的比表面積（可查）為填料的比表面積（可查）四四.填料塔的計算填料塔的計算1.D其中其中v=（5085%） v max， 一般一般v / v max (泛點率泛點率)=6080%或或注意：計算的注意：計算的D需標準化；需根據所需標準化；需根據所用填料校核噴淋密度用填料校核噴淋密度2.填料層的有效高度填料層的有效高度（1）傳質單元數法）傳質單元數法 料高料高Z = 傳質單元高度傳質單元高度 X 傳質單元數傳質單元數（2）等板高度法）等板高度法 Z = NT X HETP NT為理論塔板數；為理論塔板數； HETP為等板高度或理論板當量高度為等板高度或理論板當量高度m注意注意* HETP的確定手段：實驗測