第三章 蒸馏和吸收塔设备
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三章蒸馏和吸收塔设备
从图3-13据可求出Wd和Af，求出Af之后，应验算停留时间：
3600Af HT 3 ~ 5s Lh
(uL
Ls Af
HT )
(2) 降液管底隙高度
既要液体阻力小，又要气体不短路
一般
ho
Lh 3600lW uo
式中 uo —液体经过降液管底隙时旳流速，m/s。
经验值： uo 0.07 ~ 0.25m / s
3．填料因子 在选择填料
时， 一3 般要求
比表面积及空隙
率大
，填料旳润湿性能好，
单位体积填
料旳质量轻，造价低，并有足够旳机械强度。
二、 填料类型 1．拉西环：外径与高度相等旳园环。
构造简朴，研究充分 沟流、壁流严重、滞留液量大、气流阻力大 2．鲍尔环：在拉西环旳侧壁上开出方孔。 构造复杂 效率高、阻力小 3．阶梯环：高度为直径旳二分之一，环旳一端制成喇叭口。 构造复杂 效率高、阻力小、气量大
3 L
V
g
摩擦阻力 d 2 V u 2 42
式中 d—液滴旳直径，m。
由净重力与摩擦阻力旳平衡，得
整顿，得
(hf
u2 2
,
hf
,
u2 )
2
d 2 4
V
u2 max
2
6
d
3
(L
V )g.
式中 umax—极限空塔气速，m/s；
umax
4gd 3
L V C L V
V
V
C
4gd —负荷系数， umax
2．单板效率EM， 又称为默弗里板效率
气相单板效率
E MV
yn yn1
y
n
y n 1
液相单板效率
《蒸馏和吸收塔设备》课件
吸收效率：衡量吸收塔设备 吸收污染物的能力
占地面积：衡量吸收塔设备 在安装和运行过程中所需的
空间大小
运行成本：衡量吸收塔设备 在运行过程中所需的能源和
维护成本
耐腐蚀性：衡量吸收塔设备 在运行过程中对腐蚀性物质
的抵抗能力
01
蒸馏和吸收塔设备的比较与选择
蒸馏塔设备和吸收塔设备的比较
工作原理：蒸馏塔设备通过加热使液体蒸发，吸收塔设备通过吸收剂吸收气体中的有害物质
智能化控制：通过引入物联网、大数据等技术，实现设备的智能化控制和远程监控。
提高安全性能：通过改进设计、加强安全防护等措施，提高设备的安全性能。
蒸馏和吸收塔设备的市场发展趋势
市场需求：随着 环保要求的提高， 蒸馏和吸收塔设 备的市场需求将 持续增长
技术进步：蒸馏 和吸收塔设备的 技术不断进步， 提高了设备的性 能和效率
定期检查设备，确保设备运行正常 操作人员必须经过专业培训，持证上岗 遵守操作规程，避免违规操作
定期更换易损件，确保设备安全运行 保持设备清洁，防止腐蚀和污染 定期进行安全检查，消除安全隐患
01
蒸馏和吸收塔设备的发展趋势与未 来展望
蒸馏和吸收塔设备的技术创新方向
提高能源效率：通过优化设计、改进材料等手段，提高设备的能源利用效率。 降低环境影响：采用环保材料、减少排放等措施，降低设备对环境的影响。
运转顺畅
常见故障及排除方法
设备漏气：检查密封件是否损坏，及时 更换
设备噪音过大：检查设备是否松动， 及时紧固
设备堵塞：检查过滤网是否堵塞，及 时清洗
设备振动过大：检查设备是否平衡， 及时调整
设备温度过高：检查冷却系统是否正常， 设备腐蚀：检查设备是否受到腐蚀，
及时调整
占地面积：衡量吸收塔设备 在安装和运行过程中所需的
空间大小
运行成本：衡量吸收塔设备 在运行过程中所需的能源和
维护成本
耐腐蚀性：衡量吸收塔设备 在运行过程中对腐蚀性物质
的抵抗能力
01
蒸馏和吸收塔设备的比较与选择
蒸馏塔设备和吸收塔设备的比较
工作原理：蒸馏塔设备通过加热使液体蒸发，吸收塔设备通过吸收剂吸收气体中的有害物质
智能化控制：通过引入物联网、大数据等技术，实现设备的智能化控制和远程监控。
提高安全性能：通过改进设计、加强安全防护等措施，提高设备的安全性能。
蒸馏和吸收塔设备的市场发展趋势
市场需求：随着 环保要求的提高， 蒸馏和吸收塔设 备的市场需求将 持续增长
技术进步：蒸馏 和吸收塔设备的 技术不断进步， 提高了设备的性 能和效率
定期检查设备，确保设备运行正常 操作人员必须经过专业培训，持证上岗 遵守操作规程，避免违规操作
定期更换易损件，确保设备安全运行 保持设备清洁，防止腐蚀和污染 定期进行安全检查，消除安全隐患
01
蒸馏和吸收塔设备的发展趋势与未 来展望
蒸馏和吸收塔设备的技术创新方向
提高能源效率：通过优化设计、改进材料等手段，提高设备的能源利用效率。 降低环境影响：采用环保材料、减少排放等措施，降低设备对环境的影响。
运转顺畅
常见故障及排除方法
设备漏气：检查密封件是否损坏，及时 更换
设备噪音过大：检查设备是否松动， 及时紧固
设备堵塞：检查过滤网是否堵塞，及 时清洗
设备振动过大：检查设备是否平衡， 及时调整
设备温度过高：检查冷却系统是否正常， 设备腐蚀：检查设备是否受到腐蚀，
及时调整
化工原理下蒸馏与吸收塔设备
进料控制
根据工艺要求，控制进料量、浓度 、温度等参数。
塔内操作
调整喷淋量、风量等，保持塔内温 度、压力稳定。
操作规程及注意事项
• 废水处理：及时处理废水，防止污染环境。
操作规程及注意事项
注意事项
定期检查设备运行状况，及时发现并处 理问题。
严格遵守操作规程，不得随意更改工艺 参数。
加强安全防护措施，防止意外事故发生 。
未来展望
01
02
03
04
技术创新
继续加强技术创新和研发力度 ，推动蒸馏与吸收塔设备的性
能提升和智能化发展。
绿色低碳
注重绿色低碳发展，推动设备 的环保和节能设计，降低能耗
和排放。
拓展应用领域
积极拓展蒸馏与吸收塔设备在 新兴领域的应用，推动化工行
业的可持续发展。
国际合作与交流
加强国际合作与交流，引进先 进技术和经验，提升我国蒸馏 与吸收塔设备的国际竞争力。
气液比
气液比的大小直接影响设备的处理能力 和操作的经济性。适当的气液比可以保 证良好的吸收效果和较低的操作成本。
03
蒸馏与吸收塔设备比较
结构特点比较
01
蒸馏塔
02
吸收塔
主要由塔体、塔板、进料口、出料口、冷凝器、再沸器等组成，塔内 设有多个塔板，用于实现不同组分的分离。
通常由塔体、填料、喷淋装置、进气口、出气口等组成，填料用于增 加气液接触面积，提高吸收效率。
气体分子从气液界面向液体内部扩散，扩 散速度与浓度梯度、温度和压力有关。
某些气体在液体中可能与液体发生化学反 应，生成新的物质。
吸收塔设备分类
填料塔
塔内装有一定高度的填料，气体自下 而上通过填料层，液体自塔顶经液体 分布器喷淋到填料上，沿填料表面自 上而下流动。
A2-3蒸馏和吸收塔设备
(3) 液相负荷下限线 操作的液相负荷低于此线时，液体流量过低，板上液 流不能均匀分布，气液接触不良，易产生干吹、偏流等现象，导致塔板效率的 下降。塔板的适宜操作区应在该线以右。 (4) 液相负荷上限线 操作的液相负荷高于此线时，液体流量过大，此时液 体在降液管内停留时间过短，进入降液管内的气泡来不及与液相分离而被带入 下层塔板，造成气相返混，塔板效率下降。塔板的适宜操作区应在该线以左。 (5) 液泛线 操作的气液负荷超过此线时，塔内将发生液泛现象，使塔不能 正常操作。塔板的适宜操作区在该线以下。
丝网波纹填料
孔板波纹填料 金属环矩鞍填料 金属鞍形环 金属阶梯环 金属鲍尔环 瓷环矩鞍填料 瓷鞍形环 瓷拉西环
0.86
0.61 0.59 0.57 0.53 0.51 0.41 0.38 0.36
通常，为保证塔的正常操作，漏液量应不大于液体流量的10%。
漏液量达到10%的气体速度称为漏液速度，它是板式塔操作气速的下限。 漏液的主要原因是气速太小和板面上液面落差所引起的气流分布不均匀。
塔设备
(2) 液沫夹带
板式塔的流体力学性能
上升气流穿过塔板上液层时，必然将部分液体分散成微小液滴，气体夹 带着这些液滴在板间的空间上升，如液滴来不及沉降分离，则将随气体进入 上层塔板，这种现象称为液沫夹带。
(a) 鼓泡接触状态 气速较低时，气体鼓泡通过液层。形成的气液混合物以液体为主， 气液两相接触的表面积不大，传质效率低。 (b) 蜂窝状接触状态 气速增加，气泡数增加。气泡相互碰撞，形成各种多面体大气泡， 板上气液混合物以气体为主。此时气泡不易破裂，表面得不到更新，不利于传热和传质。 (c) 泡沫接触状态 板上液体大部分以液膜形式存在于气泡之间，形成动态泡沫。泡沫 接触状态的表面积大，并不断更新，为两相传热传质提供了良好条件。 (d) 喷射接触状态 板上液体被喷成大小不等的液滴，大的又落回到板上，小的被气体 带走（液沫夹带）。塔板上气体为连续相，传质面积是液滴的外表面，传质面积大增， 且表面不断更新，有利于传质传热。
丝网波纹填料
孔板波纹填料 金属环矩鞍填料 金属鞍形环 金属阶梯环 金属鲍尔环 瓷环矩鞍填料 瓷鞍形环 瓷拉西环
0.86
0.61 0.59 0.57 0.53 0.51 0.41 0.38 0.36
通常，为保证塔的正常操作，漏液量应不大于液体流量的10%。
漏液量达到10%的气体速度称为漏液速度，它是板式塔操作气速的下限。 漏液的主要原因是气速太小和板面上液面落差所引起的气流分布不均匀。
塔设备
(2) 液沫夹带
板式塔的流体力学性能
上升气流穿过塔板上液层时，必然将部分液体分散成微小液滴，气体夹 带着这些液滴在板间的空间上升，如液滴来不及沉降分离，则将随气体进入 上层塔板，这种现象称为液沫夹带。
(a) 鼓泡接触状态 气速较低时，气体鼓泡通过液层。形成的气液混合物以液体为主， 气液两相接触的表面积不大，传质效率低。 (b) 蜂窝状接触状态 气速增加，气泡数增加。气泡相互碰撞，形成各种多面体大气泡， 板上气液混合物以气体为主。此时气泡不易破裂，表面得不到更新，不利于传热和传质。 (c) 泡沫接触状态 板上液体大部分以液膜形式存在于气泡之间，形成动态泡沫。泡沫 接触状态的表面积大，并不断更新，为两相传热传质提供了良好条件。 (d) 喷射接触状态 板上液体被喷成大小不等的液滴，大的又落回到板上，小的被气体 带走（液沫夹带）。塔板上气体为连续相，传质面积是液滴的外表面，传质面积大增， 且表面不断更新，有利于传质传热。
重庆理工大学《化工原理》第3章 蒸馏和吸收塔设备
泡沫接触状态
38
1. 塔板上气液两相的接触状态
4） 喷射接触状态
当气速继续增加，把板 上液体向上喷成大小不等的 液滴，直径较大的液滴受重 力作用落回到塔板上，直径 较小的液滴被气体带走，形 成液沫夹带。液滴回到塔板 上又被分散，这种液滴反复 形成和聚集，使传质面积增 加，表面不断更新，是一种 较好的接触状态。
①鼓泡接触状态； ②蜂窝接触状态； ③泡沫接触状态； ④喷射接触状态。
35
1. 塔板上气液两相的接触状态
1） 鼓泡接触状态
气速较低时，气 体以鼓泡形式通过液 层。由于气泡的数量 不多，形成的气液混 合物基本上以液体为 主，气液两相接触的 表面积不大，传质效 率很低。
鼓泡接触状态
36
1. 塔板上气液两相的接触状态
板应考虑哪些问题？
作业题: 无
54
2.塔板的负荷性能图
1)塔板负荷性能图的构造 板式塔设计完成后，需要绘制负荷性能图来检
验工艺设计是否合理，考核该塔正常操作的气液流量 范围，了解塔的操作弹性，判断有无增产能力，减负 荷能否正常运行等。
筛板塔比起泡罩塔，生产能力可增大10%～ 15%，板效率约提高15%，单板压降可降低30%左 右，造价可降低20%～50%。
19
3.浮阀塔板
浮阀塔板的结构特点是在塔板上开有若干个 阀孔(标准孔径为39mm），每个阀孔装有一个可上 下浮动的阀片，阀片本身连有几个阀腿，插入阀 孔后将阀腿底脚拨转90°，以限制阀片升起的最 大高度，并防止阀片被气体吹走。阀片周边冲出 几个略向下弯的定距片，当气速很低时，由于定 距片的作用，阀片与塔板呈点接触而坐落在阀孔 上，可防止阀片与板面的黏结。
喷射接触状态
39
2.塔板压降
蒸馏和吸收塔设备
F0 u0 V 5
（F1型阀）， 4 d 0 Nu 0 液相负荷下限线
h0 w 0.006m
2
3-1-4 塔板效率
一、 塔板效率的表示法 1．总板效率ET—反应平均传质效果
ET NT NP
式中：NT—塔内所需理论板的层数； Np—塔内实际板的层数。 2．单板效率EM， 又称为默弗里板效率 气相单板效率 y n y n1
19.9
0.175 u0 c
L
5.34
2 V u 0 c 2 V g
将g=9.81m/s2代入，解得：
u 0c 1.825 73.1
V
(1) 板上充气液层阻力 （经验公式） hl 0 hL 式中 hL—液层高度，m； 0—充气因数 水 0.5 0 = 油 0.2~0.35 碳氢化合物 0.4~0.5 (2) 液体表面张力所造成的阻力（很小，可忽略）
E MV
yn y n1
液相单板效率
E ML
xn1 xn xn1 xn
6
4VS u
摩擦阻力
d 2 V u 2
4 2
式中 d—液滴的直径，m。 由净重力与摩擦阻力的平衡，得
(hf
整理，得
4
u2 u2 , hf , ) 2 2
2 d 2 V u max
6
2
d 3 ( L V ) g.
式中 umax—极限空塔气速，m/s；
hOW
式中 Lh—塔内液体流量，m3/h。 E—液流收缩系数，见图3-11 当E=1时，可用列线图3-12求hOW。 齿形堰：一般齿深hn<15mm 当液层高度不超过齿顶时，
第三章 蒸馏和吸收塔设备-4
点效率EO
二、塔板效率的估算
影响塔板效率的因素
物系性质主要指粘度、密度、表面张力、扩散 系数及相对挥发度等
塔板结构主要包括塔径、板间距、堰高及开孔 率等 操作条件是指温度、压强、气体上升速度及气 液流量比等
板效率数据来源
从条件相近的生产装置或中试装置中取得经验 数据 估算板效率的经验关联式
塔板效率的估算方法 - A.I.Ch.E 法
A.I.Ch.E法
较全面地考虑各种传质和流体力学因素的影响， 从点效率的计算出发，逐步地推算出板效率。
能反映塔径放大对效率的影响，对于过程开发 很有意义。 但是，这套计算方法程序颇为繁复
塔板效率的估算方法-奥算法。该法归纳了试验数据及工业 数据，得出总板效率与少数主要影响因素的关系。 目前被认为是较好的简易方法。
3-1-4 塔板效率
一、板效率的表示法
1.总板效率ET
单板效率
单板效率又称为默弗里（Murphree）板效率， 是指气相或液相经过一层塔板前后的实际 组成变化与经过该层塔板前后的理论组成 变化的比值。
单板效率-讨论
同一层塔板的EMV与EML数值并不相同
单板效率-讨论
全塔效率在数值上也不等于单板效率
图3-18
吸收塔-奥康奈尔全塔效率
对于吸收塔，奥康奈尔也得出全塔效率与 液相粘度溶解度系截数及总压之的关系曲 线，如图3-19所示.
例如，对于精馏塔，奥康奈尔将总板效率对液相粘度 与相对挥发度的乘积进行关联，得到如图3-18所示曲线， 该曲线也可用下式表达，即： 图3-18及式3-35中的符号意义为： α——顶与塔底平均温度下的相对挥发度。对多组分系 统，应取关键组分间的相对挥发度 μL——塔顶与塔底平均温度下的液相粘度，mPa•s。对 于多组分系统可按下式计算：
化工原理PPT蒸馏和吸收塔设备
缺陷：张角固定，在气量较小时，经舌孔喷射旳气速低，塔
板漏液严重，操作弹性小。
液体在同一方向上加速，有可能使液体在板上旳停留时
间太短、液层太薄，板效率降低。
15
为使舌形塔板适应低负荷生产，提升操作弹性， 研制出了可变气道截面（类似于浮阀塔板）旳浮舌 塔板。
特点为操作弹性大、压强降小、构造简朴、效 率高。
降液管
液
相
流动。
气相
错流塔板应用很广，按塔板详细构造形式可分 为：泡罩塔板、筛孔塔板、浮阀塔板、舌形塔板等。
6
逆流塔板（穿流塔板）：
塔板上不设降液管，气、液两相同步由塔板
上旳孔道或缝隙逆向穿流而过，板上液层高度靠 气体速度维持。
优点：塔板构造简朴，板上无液面差，板面充分
利用，生产能力较大；
缺陷：操作弹性及板效率不及错
材质：陶瓷、金属、塑料
乱堆填料 装填措施
整砌（规整）填料
35
拉西环 阶梯环
鲍尔环
环
36
鞍形环
波纹板
波纹网
37
1）散装填料
（1）拉西环 最早使用旳一种填料，为
高径比相等旳陶瓷和金属等制
成旳空格低廉，且对它旳研究较为充
分，所以在过去较长旳时间内得到了广泛旳应用。
缺陷：高径比大，堆积时填料间易形成线接触，故
①根据设计任务和工艺条件，拟定设计方案； ②根据设计任务和工艺条件，选择塔板类型； ③拟定塔径、塔高等工艺尺寸； ④进行塔板旳构造设计； ⑤进行流体力学验算； ⑥绘制塔板旳负荷性能图； ⑦根据负荷性能图，对设计进行分析，若设计不够
理想，可对某些参数进行调整，反复上述设计过 程，一直到满意为止。
29
3.3 填料塔
蒸馏和吸收塔设备
3.1.1 概述
但是，在每块塔板上，由于气液两相的剧烈搅动，是不可能 达到充分的逆流流动的。为获得尽可能大的传质推动力，目前在 塔板设计中只能采用错流流动的方式，即液体横向流过塔板，而 气体垂直穿过液层。
由此可见，除保证气液两相在塔板上有充分的接触之外，板 式塔的设计意图是，在塔内造成一个对传质过程最有利的理想流 动条件，即在总体上使两相呈逆流流动，而在每一块塔板上两相 呈均匀的错流接触。
如上所述，泡沫接触状态和喷射状态均是优良的塔板接触状 态。因喷射接触状态的气速高于泡沫接触状态，故喷射接触状态 有较大的生产能力，但喷射状态液沫夹带较多，若控制不好，会 破坏传质过程，所以多数塔均控制在泡沫接触状态下工作。
3.1.3 气体通过筛板的阻力损失
气体通过塔板的压降（塔板的总压降）包括：塔板的干板阻 力（即板上各部件所造成的局部阻力），板上充气液层的静压力 及液体的表面张力。
为计算实际板数，必须知道离开同一块实际塔板的两相平均 组成的关系。点效率不能满足此要求。
3.1.5 板效率的各种表示方法及其应用
（2）默弗里板效率
E m V,n
yn yn1 yn* yn1
，EmL,n
xn1 xn xn1 xn*
不仅考虑了塔板上两相之间的接触状况，同时也计入了塔板上 气液两相的非理想流动，但未考虑塔板间的非理想流动，即液沫夹
在泡沫接触状态，气泡密集，板上液体呈液膜状态而介于气 泡之间。在传质过程中，液膜是否稳定左右着实际相界面的大小。 如果液膜不稳定，则易被撕裂而发生气泡的合并，相界面将减少。 设有液膜如图所示，其表面张力为 。若液 膜的某一局部发生质 量传递，该处膜厚减薄，轻组分浓度减小，重组分浓度增加，表 面张力发生变化。
第三章 蒸馏和吸收塔设备-1
负荷性能图组成 （三）
液相负荷上限线 线3为液相负荷上限线，该线又称降液管超 负荷线。液体流量超过此线，表明液体 流量过大，液体在降液管内停留时间过 短，进入降液管中的气泡来不及与液相 分离而被带入下层塔板，造成气相返混， 降低塔板效率。
GO 2 Figure
负荷性能图组成 （四）
漏液线 线4为漏液线，该线即为气相负荷下限线， 气相负荷低于此线将发生严重的漏液现 象，气液不能充分接触，使板效率下降。
三、雾沫夹带
上升气流穿过塔板上液层时，将板上液 体带入上层塔板的现象称为雾沫夹带 控制雾沫夹带量eV <0.1kg（液）/kg（气） 影响因素主要是空塔气速和塔板间距
四、漏液
当上升气体流速减小，气体通过升气孔道的动 压不足以阻止板上液体经孔道流下时，便会出 现漏液现象 漏液量达液体流量10%的气流速度为漏液速度， 这是塔操作的下限气速 漏液的主要原因是气速太小和板面上液面落差 所引起的气流的分布不均，在塔板入口的厚液 层处往往出现漏液，所以常在塔板入口处留出 一条不开孔的安定区
一、塔板压降（影响）
塔板压降影响操作压强 塔板压降影响真空精馏效果 塔板压降受板效率（结构复杂） 影响 塔板压降受板上液层厚 影响
二、液泛
若气液两中之一的流量增大，使降液管内液体 不能顺利下流，管内液体必然积累，当液体增 高到越过溢流堰顶部，于是两板间液体相连， 该层塔板产生积液，并依次上升，这种现象称 为液泛，亦称淹塔。 塔板压降上升，全塔操作被破坏，操作时应避 免液泛发生。 影响液泛的因素除气液流量和流体物性外。塔 板结构，特别是塔板间距也是重要参数，设计 中采用较大的板间距，可提高液泛速度。
第3章蒸馏和吸收塔设备-精品
2019/9/8
4）弧鞍与矩鞍（berl saddle and intolox saddle）
2019/9/8
5）金属鞍环
2019/9/8
ห้องสมุดไป่ตู้
6）波纹板及波纹网
2019/9/8
7）规整填料
2019/9/8
二、填料塔的附件
1、填料支承装置
2019/9/8
2019/9/8
2、液体分布装置
•管式喷淋器 •莲蓬头式喷淋器 •盘式分布器 •多孔管式分布器 •槽式分布器
2019/9/8
2019/9/8
2019/9/8
2019/9/8
3）液泛 液泛
夹带液泛 降液管液泛
原因： 气液两相流速过大 影响因素： 流量、塔板结构
板间距大
液泛速度高
2019/9/8
2019/9/8
2019/9/8
2019/9/8
3、塔板的负荷性能图
1——漏液线 2——雾沫夹带线 3——液相负荷下限线 4——液相负荷上限线 5——液泛线
第三章
蒸馏和吸收塔设备
§3.1 概述 §3.2 板式塔 §3.3 填料塔
2019/9/8
第一节
概述
一、塔设备的基本功能及性 能评价 二、塔设备类型
2019/9/8
塔的定义： 高径比很大的设备。 精馏塔、吸收塔；
2019/9/8
一、塔设备的基本功能及性能评价
1、基本功能
（1）使气液两相充分接触，适当湍动，提供尽可能大的传质 面积和传质系数，接触后两相能及时分离。
2019/9/8
一、板式塔结构
1、总体结构
2019/9/8
2019/9/8
2019/9/8
4）弧鞍与矩鞍（berl saddle and intolox saddle）
2019/9/8
5）金属鞍环
2019/9/8
ห้องสมุดไป่ตู้
6）波纹板及波纹网
2019/9/8
7）规整填料
2019/9/8
二、填料塔的附件
1、填料支承装置
2019/9/8
2019/9/8
2、液体分布装置
•管式喷淋器 •莲蓬头式喷淋器 •盘式分布器 •多孔管式分布器 •槽式分布器
2019/9/8
2019/9/8
2019/9/8
2019/9/8
3）液泛 液泛
夹带液泛 降液管液泛
原因： 气液两相流速过大 影响因素： 流量、塔板结构
板间距大
液泛速度高
2019/9/8
2019/9/8
2019/9/8
2019/9/8
3、塔板的负荷性能图
1——漏液线 2——雾沫夹带线 3——液相负荷下限线 4——液相负荷上限线 5——液泛线
第三章
蒸馏和吸收塔设备
§3.1 概述 §3.2 板式塔 §3.3 填料塔
2019/9/8
第一节
概述
一、塔设备的基本功能及性 能评价 二、塔设备类型
2019/9/8
塔的定义： 高径比很大的设备。 精馏塔、吸收塔；
2019/9/8
一、塔设备的基本功能及性能评价
1、基本功能
（1）使气液两相充分接触，适当湍动，提供尽可能大的传质 面积和传质系数，接触后两相能及时分离。
2019/9/8
一、板式塔结构
1、总体结构
2019/9/8
2019/9/8
2019/9/8
第3章蒸馏和吸收塔设备
泡罩边缘开有纵向齿缝，中心装升气管。升气管直接与塔板 连接固定。塔板下方的气相进入升气管，然后从齿缝吹出与 塔板上液相接触进行传质。由于升气管作用，避免了低气速 下的漏液现象。
优点：操作弹性，塔效率较高。 缺点：结构复杂，造价高；板上液层厚，塔板压降大。 目前泡罩塔已逐渐被筛板塔和浮阀塔所取代。
2、筛孔塔板 排列方式开圆形筛孔，作为气相通道。气相穿过筛孔进入塔 板上液相，进行接触传质。 优点：结构简单，造价低廉，塔板阻力小。 缺点：操作弹性较小。 开始由于对筛板塔性能缺乏了解，操作经验不足，则认 为筛板塔盘易漏液、操作弹性小、易堵塞，使应用受到限制。
V
影响雾沫夹带的主要因素是空塔气速和塔板间距。空塔气速 增大，雾沫夹带量增大；板间距增大，雾沫夹带量减小。
四、漏液 板式塔少量漏液不可避免，当气速进
一步降低时，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。为保证 塔的正常操作，漏液量应不大于液体 流量的10%。 造成漏液的原因：气速太小和塔板上液面落差所引起的气流 分布不均匀。
体分成两半，设有两个溢流堰，来自上一块塔板的液体从两侧 流向中心降液管，或从中心流向两侧的降液管。当液体流量继 续增大，塔径也随之增时，双流型可能已不能满足要求，此时 可考虑选择四程流型或阶梯流型塔板。
一般情况下尽可能使用单流程塔板，如果塔径大于2.2m时， 可以考虑多流型。
六、负荷性能图 对于一定的塔板结构，处理固定物系时，其操作状况随气 液负荷改变。为避免塔板发生异常流动，要求设计必须满足一 定的约束条件。将表示满足各约束条件的适宜操作范围的图形 称之为塔的负荷性能图。 设计时，应使操作点(A点)尽可能位于负荷性能图的中央，若 操作点靠近某一条边界线，则气液相负荷稍有变化，塔的正常 操作即被破坏。
《蒸馏和吸收塔设备》课件
02
处理能力
考虑设备的处理能力，确保能够满 足生产需求。
设备成本
在满足工艺要求的前提下，考虑设 备的制造成本和维护成本。
04
设计要点与注意事项
塔体设计
塔体的结构设计应合理，能够承受内部压力和外部载荷。
填Байду номын сангаас选择
根据工艺要求和物料特性，选择合适的填料。
流体分布
确保进入塔内的流体能够均匀分布，避免出现偏流现象。
蒸馏塔按照操作方式可分为连续式和间歇式；按塔板结构可分为浮阀塔、筛板 塔、泡罩塔等。吸收塔按操作压力可分为常压吸收塔和加压吸收塔；按气体流 向可分为顺流式、逆流式和错流式。
设备应用领域
化工
用于分离石化、化工原料等液体混合物，如 石油裂化、煤焦油分离等。
制药
用于分离药物中间体、原料药和成品药的混 合物。
随着工业革命的发展，蒸馏和吸收塔 设备逐渐实现连续化、大型化和自动 化，提高了生产效率和分离效果。
02
蒸馏塔设备
蒸馏塔的工作原理
蒸馏塔是一种用于分离液体混合物的 设备，通过加热使液体混合物产生蒸 汽，然后通过冷凝和回流实现不同组 分的分离。
蒸馏塔的效率受到多种因素的影响， 如温度、压力、进料组成和操作条件 等。
再生与循环操作
通过再生塔或解吸塔将吸收剂再生或循环使用，降低生产成本和 提高资源利用率。
防腐蚀与防垢措施
针对吸收塔中可能出现的腐蚀和结垢问题，采取相应的预防和缓 解措施，延长设备使用寿命。
04
蒸馏和吸收塔设备的维护与保养
设备的日常维护
每日检查
检查设备外观是否完好，各部件连接是否紧固， 有无泄漏现象，以及仪表显示是否正常。
故障三
化工原理(下)第3章蒸馏和吸收塔设备
泡罩实物
泡罩塔板 a.操作示意图；b.塔板平面图；c.圆形泡罩
一、塔板的类型
泡罩塔板的优缺点 优点
操作弹性适中 塔板不易堵塞
缺点
生产能力及板效率较低 结构复杂、造价高
一、塔板的类型
(2)筛孔塔板
筛孔塔板简称筛板，其结构特点是在塔板上 开有许多均匀小孔，孔径一般为3～8mm。筛孔在 塔板上为正三角形排列。塔板上设置溢流堰，使 板上能保持一定厚度的液层。
浮阀实物
浮阀塔板 a.F1 型浮阀；b. V-4 型浮阀；c. T 型浮阀
V－V塔板
梯形导向浮阀塔板
新型浮阀塔板
一、塔板的类型
浮阀塔板的优缺点 优点
结构简单、造价低 操作弹性大 生产能力大 塔板效率较高
缺点
处理易结焦、高黏度物料阀片易与塔板粘结 操作时阀片易脱落或卡死
(2)雾沫夹带线
雾沫夹带线气相负荷上限线 雾沫夹带量 ≤ 0.1kg液/kg气 夹带气速 umax
二、板式塔的操作特性
(3) 液相负荷下限线 液流量过低，板上液层不均匀，气体停留时间 短，传质效率低。 堰上液层高度≥ 0.006 m 最小液流量 Lmin (4) 液相负荷上限线 液流量过高，液体通过降液管内的停留时间较 短，气泡来不及与液体分离 气泡夹带。 液体在降液管停留时间 ≥ 5 s 最大液流量 Lmax
液面 落差
塔板上的液面 落差示意图
一、板式塔的流体力学性能
分析 △
～
气液分布 均匀程度
～
泡罩塔板 浮阀塔板 筛孔塔板 塔径
塔板效率
△大 △中
与塔板的 结构有关
△
与塔径、液 体流量有关
△小
流量
～△ ～△
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L 875 kg / m 3
20.3mN / m
3.3
填料塔 填料塔的结构与特点 填料 填料塔的流体力学性能 填料塔的计算 填料塔附件
3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4 3.3.5
3.3.1 填料塔的结构与特点
1 结构
3.3.1 填料塔的结构与特点
2 特点 • 结构简单，生产能力大 • 分离效率高，持液量小 • 操作弹性大，压降低 • 可处理腐蚀性物料 • 特别适用于真空精馏 • 造价高 • 不易处理含有悬浮物的原料，易聚合的物料 • 不适宜有侧线出料的场合
3.2.3 板式塔的工艺设计
3）溢流装置
(1)降液管的类型与溢流方式 降液管：圆形，弓形 降液管的布置：U型流，单溢流，双溢流，阶梯式双溢流
(2)溢流装置的设计计算
——出口堰、弓形降液管、进口堰及受液盘 出口堰
• 堰长：
单溢流：lW 0.6 0.8 D 双溢流：lW 0.5 0.6 D
2 浮阀塔板的流体力学验算
1）气体通过浮阀塔板的压强降
p p pc pl p
hp hc hl h
1）干板阻力 阀全开前 阀全开后
0.175
u0 u0c hp 19.9 u0 u0c
L V u0 2 hc 5.34 2L g
u00.175
以上流体力学验算结束后，需绘制负荷性能图，计 算塔板操作弹性。
浮阀塔设计实例：
【例3－2】 拟建一浮阀塔用以分离苯－甲苯 混合物，决定采用F1型浮阀（重阀），试 根据以下条件作出浮阀塔的设计计算。
V s 1.61m 3 / s Ls 0.0056 m 3 / s
V 2.78kg / m 3
气液两相在设备中要有良好的接触： 接触充分，接触面要大，相界面不断更新
3.2.2 板式塔的流体力学性能
2 塔板压降
干板阻力，液层静压强阻力，表面张力阻力
不良后果： （1）单板压降大，气体流动阻力大，对输送要求较高。 （2）过高的单板压降会使塔顶与塔底的压差较大，从而 影响体系的相平衡关系以及气液流动情况，这对真空操作 尤为重要。
VS 泛点率＝
L V
V
1.36 LS Z L 100% 或 泛点率＝
VS
L V
V
KCF Ab
0.78KCF AT
100%
说明：超过允许值，可调整 塔板间距 或 塔径。
（4）漏液
取阀孔动能因数
F0 5 6 作为控制漏液量的操
作下限，此时漏液量接近10%。
说明：如果漏液量较大，可 减小开孔率 或 降低堰高。
2)评价指标
• 通量：单位塔截面的生产能力
•
• •
分离效率：（板式塔：塔板效率；填料塔：等板高度）
适应能力：操作弹性 其它：流动阻力低、结构简单、造价低、易于操作与控制
3.1 概述
2 塔设备的类型
1）板式塔：气相为分散相，液相为连续相，逐级接触逆流操作。
2）填料塔：气相为连续相，液相为分散相，微分接触逆流操作。
影响雾沫夹带量的主要因素：
空塔气速和塔板间距。
5 漏液
产生的原因：气速过小，或气体、液体分布严重不均。 不良后果：降低板效，严重时使板上不能积液，是塔不良的操作 现象之一。漏液量达10%的气速为漏液速度，是塔操作的下 限气速。
6 液面落差
产生原因：液体在塔板上横向流动时要克服流动阻力 （摩擦阻力、形体阻力） 。 不良后果：液面落差会导致气流分布不均
管内液泛。 说明： 开始发生液泛时的气速称之为液泛气速 。 两种液泛互相影响和关联，其最终现象相同。
4 雾沫夹带
定义：上升气流将板上液体带入上一层塔板的现象。 结果：造成液相反混，降低板效率。 规定：雾沫夹带量不超过10％或ev<0.1kg(液)/kg(气)
不良后果： （1）降低板效， （2）将不挥发性物质逐板送至塔顶造成产品污染， （3）严重时造成液泛。
3.2.3 板式塔的工艺设计
1 浮阀塔工艺尺寸的计算
1）塔高(=有效高度+底部空间+顶部空间+裙座高度)， 其中有效高度为：
NT Z 1 H T ET
• • • • • •
板间距大，空塔气速高，塔径小，塔高 板间距小，空塔气速低，塔径大，塔低 板数较多的塔，板间距应小，塔径大 板间距根据经济指标确定 板间距的数值应按照规定选取整数 易起泡物系，负荷波动大，板间距应大
3.2.3 板式塔的工艺设计
2）塔径：关键在于空塔气速的确定，根据什么？
4Vs D u
umax
L V C V
C C20 20
0.2
u 0.6 ~ 0.8 umax
• 标准塔径（mm）：600，700，800，1000，1200，1400， 1600，1800，2000，……4200 • 若精馏段与提馏段上升气量差别较大时，两段塔径应分别计算
• 堰高：
hL hW hOW
2 3
• 堰上液层高度
平直堰：hOW
2.84 Lh E 1000 lW
齿形堰：hOW
Lh hn 0.0442 lW
2 5
5 5 lw Lh 2646 [hOW 2 (hOW hn ) 2 ] hn
3.3.2 填料
3.3.2 填料
1 填料特性 （1）比表面积σ （2）空隙率ε （3）填料因子σ/ ε3
干填料因子，湿填料因子Φ
选择填料的原则 比表面积要大，空隙率要大，润湿性能要好，质 量轻，造价低，足够的力学强度。
2 填料类型
环形
散堆填料 鞍形
拉西环 鲍尔环 阶梯环 弧鞍（贝鞍）
矩鞍（英特洛克斯）
hOW 60 70mm
hL 0.05 0.1m
0.1 hOW hW 0.05 hOW
3.2.3 板式塔的工艺设计
弓形降液管
• 宽度和截面积：根据堰长与塔 径之比求算。 降液管内液体停留时间：(>3~5s)
3600 Af H T Lh
• 底隙高度(确保液封，且阻力 不太大)
一般，常压塔：单板压降 40~65mmH2O 减压塔：单板压降 10~35mmH2O
3 液泛
定义：塔板上的液体不能正 常流下，产生积液，也 叫淹塔。 原因：气体或液体流量过大， 气速过高，塔板间距过 小。 种类：降液管液泛，雾沫夹 带液泛。 结果：塔板压降升高，不能 正常操作。
① 过量雾沫夹带液泛 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。 ② 降液管液泛 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。并称之为降液
F0 u0 v
F1型重阀： F0 9 12
u0
F0
v
N
4
Vs d 02u0
（2）阀孔排列
正三角形、等腰三角形 顺排、叉排
同一排阀孔中心距t： 等边三角形
t d0
0.907 Aa Aa
等腰三角形
Aa t ' Nt
开孔区面积
2 x 2 2 Aa 2 x R x R arcsin 180 R D D R Wc , m x (Wd Ws ), m 2 2
说明：若泡沫高度过大，可 减小塔板阻力或 增大塔板间距。
（3）雾沫夹带
在下列泛点率范围内，一般可保证eV<0.1kg液/kg气
大塔：泛点率<80% 直径0.9m以下的塔：泛 点率<70% 减压塔：泛点率<75%
泛点率：操作时空塔气速与发生液泛时的空塔气速的比值， 是用来估算雾沫夹带量的指标。
D 1.5m,WS 60 75mm D 1.5m,WS 80 100mm
（4）无效区：边缘区，供安装用
小塔：WC 30 50mm 大塔：WC 50 75mm
5 浮阀的数目与排列
（1）阀孔动能因数与阀孔数目
所有浮阀刚刚处于全开时操作性能最好
浮阀的开度与阀孔处气相的动压有关，以动能 因数F0作为衡量气相动压的指标
3 本章主要内容 1) 结构与性能 2) 工艺设计方法 3) 选型
3.2 板式塔
3.2.1 塔板类型 3.2.2 板式塔的流体力学性能 3.2.3 板式塔的工艺设计
3.2.1 塔板类型、结构及特点：
两相接触方式 全塔：逆流接触 塔板上：错流接触 流动推动力 液体：重力 气体：压力差
平顶型 溢流堰 受液区
第3章 蒸馏和吸收塔设备
3.1 概述 3.2 板式塔 塔板类型及特点 板式塔的流体力学性能 板式塔的工艺设计
3.3 填料塔
填料塔的结构与特点 填料塔的流体力学性能 填料塔的计算 填料塔附件
3.1 概述
1 塔设备的基本功能和性能评价指标
1)基本原则
提供大的传质面积和传质系数,并能及时分离 提供最大传质推动力
7 负荷性能图
（1）雾沫夹带线 （2）液泛线
（3）液相负荷上限线
（4）漏液线
（5）液相负荷下限线
（6）操作线与操作点
操作弹性=气量上限/气量下限 操作弹性要求大于 2～3
3.2.3 板式塔的工艺设计
设计步骤
（1）根据设计任务和工艺要求，确定设计方案 （2）根据设计任务和工艺要求，选择塔板类型 （3）确定塔径、塔高等工艺尺寸 （4）塔板结构设计 （5）流体力学验算 （6）绘制塔板负荷性能图 （7）对设计进行分析与修正