课程设计板式塔

kg 液体 / h 或 kmol液体 / h
液沫夹带分率ψ：夹带的液体流量占横过塔板液体流量的分数。
故有：
e
eV
qmL e
qmL qmV
eV
所以
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ev
1
qm L qVLs L qm《V化工原理1》课程设q计VVs v
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ev的计算方法： 方法1：利用Fair关联图求Ψ，进而求出ev。 方法2：用Hunt经验公式计算ev。
③ 溢流堰（出口堰）
作用：维持塔板上一定液层，使液体均匀横向流过。
型式：平直堰、溢流辅堰、三角形齿堰及栅栏堰。
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堰高 hW：直接影响塔板上液层厚度 过小，相际传质面积过小； 过大，塔板阻力大，效率低。 常、加压塔：40 ~ 80 mm ； 减压塔：25 mm 左右。 堰长 lW ：影响液层高度。
6.10 板 式 塔 6.10.1 板式塔结构及性能
（1） 板式塔结构
塔顶气相
进料
回流液
塔底液相
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塔板结构 ① 气体通道
形式很多，如筛板、浮阀、泡罩等，对塔板性能影响很大。
② 降液管（液体通道） 液体流通通道，多为弓形。
③ 受液盘 塔板上接受液体的部分。
④ 溢流堰 使塔板上维持一定高度的液层，保证两相充分接触。
bs
r
x
lW
双流型弓形降液管塔板：
bd
Aa 2(x
r2
x2
r2
s in 1
x) r
2(x1
r2
x12
r2
s in 1
x1 r
)
（5）筛孔的尺寸和排列
筛孔：
有效传质区内，常按正三角形排列。
筛板开孔率 ：
Ao
1 2
4
d02
0.907 d0 2
Aa 1 t 2 sin 60o
t
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说明：两种液泛互相影响和关联，其最终现象相同。
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（2） 严重漏液 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，称相应的孔流气速为漏液点气速 。
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6.10.3 常用塔板的类型
（1）泡罩塔板
0.785d02
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d0 t
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(6) 塔板的校核 对初步设计的结果进行调整和修正。
① 液沫夹带量校核
单位质量（或摩尔）气体所夹带的液体质量（或摩尔） ev ： kg 液体 / kg气体，或 kmol液体 / kmol气体
单位时间夹带到上层塔板的液体质量（或摩尔） e：
塔板间距和塔径的经验关系
塔径 D，m
0.3-0.5 0.5-0.8 0.8-1.6 1.6-2.0 2.0-2.4 >2.4
塔板间距 HT，m 0.2-0.3
0.3-0.35
0.35-0.45 0.45-0.6
0.5-0.8
≥0.6
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（2）塔径 确定原则： 防止过量液沫夹带液泛 步骤： 先确定液泛气速 uf (m/s)； 然后选设计气速 u； 最后计算塔径 D。
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② 选取设计气速 u 选取泛点率： u / uf 一般液体， 0.6 ~0.8 易起泡液体，0.5 ~ 0.6
A
D
Ad
设计气速 u = 泛点率 ×uf
③ 计算塔径 D
所需气体流通截面积 A Vs u
A = AT - Ad
塔截面积：
AT
A 1 Ad
AT
塔径 D 4 AT
3.2
ev
5.7 103
HT
u Hf
式中Hf 为板上泡沫层高度： H f 2.5(hW hOW )
要求： ev ≤ 0.1 kg 液体 / kg气体。 说明：超过允许值，可调整塔板间距或塔径。
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② 塔板阻力的计算和校核 塔板阻力：
清液柱高度表示：
u0 C0
2g
L V
h0
要求： k 1.5 ~ 2
说明：如果稳定系数k过小，可 减小开孔率 或 降低堰高。
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（6）塔板的负荷性能图——确定塔板的操作弹性
① 过量液沫夹带线（气相负荷上限线）
规定：ev = 0.1（ kg 液体 / kg气体） 为限制条件。
2024说/10/明20 ：计算塔径需圆整《，化且工原重理》新课计程设算计 实际气速及泛点率。
20
（3）溢流装置设计 ① 溢流型式的选择 依据：塔径 、流量； 型式：单流型、U 形流型、双流型、阶梯流型等。
② 降液管形式和底隙
降液管：弓形、圆形。
降液管截面积：由Ad/AT = 0.06 ~ 0.12 确定； 底隙 hb ：通常在 30 ~ 40 mm。
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浮阀塔板结构
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（2） 塔板上的气—液两相流动
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全塔：逆流接触 汽、液两相接触方式
塔板上：错流接触
两相流动的推动力
液体：重力 气体：压力差
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lW D f Ad AT
lW D f bd D
lW D 0.6 0.75
lW D 0.5 0.7
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堰上方液头高度 hOW ：
how
2.84
103
E
qVLh lW
2/3
其中， E：液流收缩系数，一般可近似取 E =1。
要求： hOW 6mm
qVVh
8.81103
A
1 3.2
HT
2.5hW
7.1103 ( qVLh lW
2 ) 3
② 液相下限线
规定：
how
2.84 103 E
qVLh lW
2 / 3
0.006
整理出： qVLh 3.07lW
③ 严重漏液线（气相下限线）
h0 0.0056 0.13hW hOW h
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优点：塔板操作弹性大，塔效率也比较高，不易堵。 缺点：结构复杂，制造成本高，塔板阻力大。
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圆形泡罩
泡罩塔
条形泡罩
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（2）筛板塔板 塔板上开圆孔，孔径：3 - 8 mm，大孔径筛板：12 - 25 mm。
优点：结构简单、造价低、塔板阻力小。
Z Ls
v )
一般要求： Δ<0.5h0 （b） 液体通过降液管阻力 hd
包括底隙阻力 hd1和进口堰阻力hd2。
hd hd1 hd 2
hd1
ud2 2g
0.153
Ls lW hb
2
1.18
108
Ls lW hb
2
h 0 无进口堰时：
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泡沫层高度
说明：若塔板阻力过大，可增加开孔率或 降低堰高。 ③ 降液管液泛校核
降液管中清液柱高度 (m)
Hd
hW
hOW
p2 p1
Lg
hd
hW hOW hf hd
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（a） 液面落差Δ一般较小，可不计。当不可忽略时，
0.0476
(b 4H f )2 L (bH f )3 (L
202说4/1明0/20：停留时间过小，可《增化工加原理降》课液程管设计面积 或 增大塔板间距。 34
⑤ 严重漏液校核
漏液点气速 u0 ´ ：发生严重漏液时筛孔气速。
稳定系数：
k u0 u0
（a）计算严重漏液时干板阻力 h0 ´
h0 0.0056 0.13hW hOW h
（b）计算漏液点气速 u0 ´
ห้องสมุดไป่ตู้
hf
p f
Lg
m液柱
塔板阻力 hf包括 以下几部分: （a）干板阻力 h0—气体通过板上孔的阻力（设无液体时）； （b）液层阻力 hl —气体通过液层阻力； （c）克服液体表面张力阻力 hσ—孔口处表面张力。
（a）干板阻力h0
h0
p f ,o
Lg
1 2g
V L
u0 C0
2
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0.2
C20 uf
0.1 0.09 0.07 0.06 V 0.05 L V 0.04
0.03
0.02
HT=0.6 0.45 0.3
0.15
0.01 0.01
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0.02 0.03 0.04 0.07 0.1
FLV
qVLs qVVs
l v
筛板塔泛点关联图
0.2 0.3 0.4
0.7 1.0
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。
液泛气速： 开始发生液泛时的气速。
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2）降液管液泛 当塔内气、液两相流量较大，导致塔板阻力及降液管内阻
力增大时，均会引起降液管液层升高，以致达到上一层塔板， 破坏降液管的正常流动，直至液相逐渐充满塔板空间，发生液 泛。
缺点：浮阀易脱落或损坏。
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（4）多降液管（MD）塔板 优点：提高允许液体流量
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6.10.5 筛板塔化工设计计算
（1）塔的有效高度 Z 已知：实际塔板数 NP ； 塔板间距 HT； 有效塔高： Z HT N p 塔体高度：有效高+顶部+底部+ 其它 选取塔板间距 HT ：
目前，广泛应用的一种塔型。
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（3）浮阀塔板 浮阀塔盘
方形浮阀
圆形浮阀
条形浮阀
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方形浮阀
F1型浮阀
优点：浮阀根据气体流量，自动调节开度，提高了塔板的操作弹 性、降低塔板的压降，同时具有较高塔板效率，在生产中得到广 泛的应用。
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塔板上理想流动情况： 液体横向均匀流过塔板，气体从气体通道上升，均匀穿过液层。 气液两相接触传质，达相平衡，分离后，继续流动。
塔板上的非理想流动情况： ① 气相或液相返混 液沫夹带、气泡夹带 ，即：返混现象 后果：板效率降低。 ② 不均匀流动 液面落差（水力坡度）：引起塔板上气体分布不均匀； 塔壁作用（阻力）：引起塔板上液体分布不均匀。
后果：使塔板上气液接触不充分，板效率降低。
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6.10.2 塔内气、液两相异常流动
（1）液泛 如果由于某种原因，使得气、液两相流动不畅，使板上液
层迅速积累，以致充满整个空间，破坏塔的正常操作，称此现 象为液泛。
液泛现象
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C0— 孔流系数
C0
塔板孔流系数
d0/δ
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（b）液层阻力 hl hl hW hOW
查图求充气系数β
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Fa
ua
1/
V
2
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m s
kg m3
1/ 2
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（c）克服液体表面张力阻力（一般可不计）
4 103 h L g d0 故塔板阻力： h f h0 hL h
bc
(4) 塔板及其布置 ① 受液区和降液区 一般两区面积相等。
bs
r
x
② 入口安定区和出口安定区
bs bs 50 100 mm
bd
③ 边缘区：bc 50mm
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lW
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④ 有效传质区：
bc
单流型弓形降液管塔板：
Aa 2(x
r 2 x2 r 2 sin 1 x ) r
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h0
1 2g
(u0 )2 c0
v L
代入相关公式，如hOW、σ、u0’，整理出。
④ 液相上限线
规定： Ad HT 5s
Ls
Vh 720 HT Ad
⑤ 降液管液泛线
Hd HT hW
3.4110 8
① 液泛气速
uf C
L V V
C
C20
20
0.2
C：气体负荷因子，与 HT、 液体表面张力和两相接触状况有关。
两相流动参数 FLV：
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FLV
qVLs
l qmL
qVV《s化工原理v》课程设q计mV
V L
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对于筛板塔(浮阀、泡罩塔)，可查图 ，C20=(HT 、FLV)
2
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d0
t
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筛孔直径 d0 : 3 ~ 8 mm (一般)。 12 ~ 25 mm (大筛孔)
孔中心距 t : (2.5~5) d0 取整。
开孔率φ: 通常为 0.08 ~ 0.12。
板厚：碳钢（3 ~ 4mm）、不锈钢。
筛孔气速：
u0
qVVS A0
筛孔数：
n
A0
4
d
2 0
Aa
H
' d
Hd
' L
l
Hd
泡沫层相对密度：对不易起泡物系， 0.5 ~ 0.6
易起泡物系， 0.3 ~ 0.4
要求：
H
' d
HT
hW
说明：若泡沫高度过大，可减小塔板阻力或 增大塔板间距。
④ 液体在降液管中停留时间校核 目的：避免严重的气泡夹带。
停留时间：
Ad H T
qVLs
要求： 35s