化工原理板式塔

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： 要求：

Ad H T qVLs
3 5s
说明：停留时间过小，可 增加降液管面积 或 增大塔板间距。
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：
3.2板式塔
按照塔内汽液流动的方式，可将塔板分为错 流塔板和逆流塔板
汽、液两相接触方式
全塔：逆流接触
塔板上：错流接触
两相流动的推动力
液体：重力
气体：压力差
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） 浮阀塔内部结构
液体流通通道，多为弓形。 ③ 受液盘
2/3
其中， E：液流收缩系数，一般可近似取 E =1。 要求： hOW 6mm (4) 塔板及其布置
bc
① 受液区和降液区
一般两区面积相等。 ② 入口安定区和出口安定区
bs
r x lW
50 100mm bs bs
③ 边缘区： bc 50mm
bd
④ 有效传质区： 单流型弓形降液管塔板：
规定：ev = 0.1（ kg 液体 / kg气体） 为限制条件。
qVVh 8.8110 A
3 1 3.2
q 2 3 VLh ) 3 H T 2.5hW 7.110 ( lW
② 液相下限线
qVLh 3 规定 how 2.8410 E l W 整理出： qVLh 3.07lW
kg 液体 / h 或
故有：
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。

e qm L e eV q mL eV q mV
所以
qm L qVLs L ev 1 q mV 1 qVVs v
ev的计算方法： 方法1：利用Fair关联图求Ψ，进而求出ev。
• 通量——单位塔截面的生产能力，表征塔 设备的处理能力和允许空塔气速 • 分离效率——单位压降塔的分离效果，对 板式塔以板效率表示，对填料塔以等板高 度表示 • 适应能力——操作弹性，表现为对物料的 适应性及对负荷波动的适应性
2.塔设备的类型 根据塔内气、液接触构件的结构形式，分为 板式塔和填料塔 按塔内汽液接触方式，分为逐级接触式（连 续）和微分（连续）接触式之分 板式塔：塔内设置一定数量的塔板，处理物 料量大时采用 填料塔：塔内装有一定高度的填料，塔径较 小时采用
（4）多降液管（MD）塔板
优点：提高允许液体流量
3.5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 ； 理论塔板数计算
选取塔板间距 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 ：
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
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 。
3.4 常用塔板的类型
塔板是气液两相接触传质的场所，为提高塔板性能， 采用各种形式塔板。 （1）泡罩塔 组成：升气管和泡罩
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，塔板阻力大但生产能力不大。
圆形泡罩
泡罩塔
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：
FLV qVLs qVVs
l qmL v qmV
V L
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 设计气速 u = 泛点率 ×uf ③ 计算塔径 D 所需气体流通截面积 塔截面积： AT
塔板间距 0.2-0.3 0.3-0.35 0.35-0.45 0.45-0.6 0.5-0.8 ≥0.6 HT，m
（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。 ① 液泛气速
uf C
L V V
C C20 20
《化工原理》电子教案
—— 板式塔及其设计计算
3.1概述
高径比很大的设备称为塔 1.塔设备的基本功能和性能评价指标 ①使汽液两相充分接触，适当湍动，提供尽 可能大的传质面积和传质系数，接触后两 相又能及时完善分离 ②在塔内使汽、液两相具有最大限度的接近 逆流，以提供最大的传质推动力
塔设备性能的评价指标
3.3 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：
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。 说明：开始发生液泛时的气速称之为液泛气速 。
2
C0— 孔流系数
C0
塔板孔流系数
d0/δ
（b）液层阻力 hl
hl hW hOW
查图求充气系数β
Fa ua V
1/ 2
m kg 1 / 2 3 s m
（c）克服液体表面张力阻力（一般可不计）
4 103 h L g d0
筛孔气速：
u0
qVVS A0
筛孔数： n A0 Aa 2 2 0.785d 0 d0 4
(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：
条形泡罩
（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。 目前，广泛应用的一种塔型。
筛
板
（3）浮阀塔板 浮阀塔盘
方形浮阀
圆形浮阀
条形浮阀
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。 缺点：浮阀易脱落或损坏。
底隙 hb ：通常在 30 ~ 40 mm。 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。
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。
A D Ad
Vs A u
A Ad 1 AT
A = AT - Ad
塔径 D
4 AT

说明：计算塔径需圆整，且重新计算实际气速及泛点率。
（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；
方法2：用Hunt经验公式计算ev。
5.7 10 u ev H H f T
3
3.2
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。
② 塔板阻力的计算和校核 塔板阻力： 清液柱高度表示： h f g L 塔板阻力 hf包括 以下几部分:
2/3
0.006
③ 严重漏液线（气相下限线）
0.0056 0.13hW hOW h h0
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。
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。 传质的非理想流动情况：
①反向流动
液沫夹带、气泡夹带 ，即：返混现象 后果：使已分离的两相又混合，板效率降低，能耗增加。 ②不均匀流动 液面落差（水力坡度）：引起塔板上气速不均； 塔壁作用（阻力）：引起塔板上液速不均，中间 > 近壁； 后果：使塔板上气液接触不充分，板效率降低。
故塔板阻力： h f h0 hL h 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)
H d hW hOW p 2 p1 hd L g
hW hOW h f hd
（a） 液面落差Δ 一般较小，可不计。当不可忽略时，
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 管液泛。
说明：两种液泛互相影响和关联，其最终现象相同。
（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
1 2 d0 2 4
d0
Ao d0 0.907 1 Aa t t 2 sin60o 2
2
t
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。
t d0
开孔率φ : 通常为 0.08 ~ 0.12。 板厚：碳钢（3 ~ 4mm）、不锈钢。
2 d
8 Ls 1.1810 l h W b
2

2
无进口堰时： hd 2 0
泡沫层高度
' Hd
' L
Hd
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
bc
bs
2 1
r x lW
Aa 2( x r x r sin
2 2
双流型弓形降液管塔板：
2 2 2 1
x ) r
bd
x 2 2 2 1 x1 Aa 2( x r x r sin ) 2( x1 r x1 r sin ) r 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 ：
lW D f Ad AT
或：
单流型： lW 双流型:
D 0.6 0.75
lW D f bd D
lW D 0.5 0.7
说明：通常应使溢流强度qVLh/lW 不大于100~130 m3/（mh）。
堰上方液头高度 hOW ：
how qVLh 3 2.8410 E l W
(b 4 H f ) 2 L Z Ls 0.0476 (bH f )3 ( L 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
Ls u hd 1 0.153 l h 2g W b
u0 k u0
（a）计算严重漏液时干板阻力 h0 ´
பைடு நூலகம்
0.0056 0.13hW hOW h h0
（b）计算漏液点气速 u0 ´
C0 u0
要求：
L 2g h0 V
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。
（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）
p f m液柱
（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
1 V u 0 h0 L g 2 g L C0 p f ,o