精馏塔

2015-5-6
2015-5-6
3、塔板的类型
1）. 塔板分类 √ 有降液管式塔板 塔板 无降液管式塔板
错流式 逆流式
a.有降液管式塔板 b.无降液管式塔板 塔板的分类
2015-5-6
2） 塔板型式
不同型式的塔板 泡罩塔板 浮阀塔板 筛板塔板 其他型式的塔板
如斜孔塔板，浮舌塔板，垂直筛孔塔板，多降液 管塔板，无溢流栅板和筛板等
2015-5-6
u↑
（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。
2015-5-6
鼓泡接触状态
（2）蜂窝状接触状态 随着气速增加，气泡 数量不断增加。当气泡形 成速度大于气泡浮升速度 时气泡在液层中累积。气 泡间相互碰撞，形成各种 多面体的大气泡。由于气 泡不易破裂，表面得不到 更新，所以此种状态不利 于传热和传质。
2015-5-6
液泛
2015-5-6
精馏塔板的选择：
层出不穷的新型塔板结构各具特点，应根据不同的
工艺及生产需要来选择塔型。不是任何情况下都追
求高的踏板效率，一般来说，对难分离物系的高纯
度分离希望得到高的板效率，而对处理量大又易分
离的物系，往往追求高的生产能力，真空精馏则需
要低的压力降。
2015-5-6
工业上常用的板式塔有： 泡罩塔 浮阀塔 筛板塔
2015-5-6
2）. 塔板的主要形式 (1)泡罩塔板 泡罩塔板是工业上应用最早的塔板，它由升气 管及泡罩构成。泡罩安装在升气管的顶部，分圆形 和条形两种，以前者使用较广。泡罩有80、100 和150mm三种尺寸，可根据塔径大小选择。泡罩 下部周边开有很多齿缝，齿缝一般为三角形、矩形 或梯形。泡罩在塔板上为正三角形排列。
2015-5-6
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。
2015-5-6
2.塔板上的异常操作现象 （1）漏液 在正常操作塔板上，液体横向流过塔板，然后 经降液管流下。当气体速度较小时，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。 为保证塔正常操作，漏液量应不大于液体流量 的10%。漏液量为10%的气体速度称为漏液速度，它 是板式塔操作气速的下限。 造成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。在塔板液体入口处，液 层较厚，往往出现漏液，为此常在塔板液体入口处 留出一条不开孔的区域，称为安定区
2015-5-6
特点：浮阀取消了泡罩塔的泡罩与升气管，改在塔上开孔， 阀片上装有限位的三条腿。 浮阀可随气速的变化上、下自由浮动，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。
2015-5-6
浮阀
F-1
V-4型
A型
十字架型
方形浮阀
2015-5-6
出料
精馏塔的内部原理：
液体靠重力作用由顶部逐板流 向塔底排出，并在各层塔板的板面 上形成流动的液层；气体则在压力 差推动下，由塔底向上经过均布在 塔板上的开孔依次传播各层塔板由 塔顶排出。
2015-5-6
2、 汽、液相流程 液体：横向流过塔板经溢流堰溢流进入降液管， 液体在降液管内释放夹带的气体，从降液管底隙流 至下一层塔板。 气体：穿过塔板上汽相通道，如筛孔、浮阀等， 进入塔板上的液层鼓泡区，汽、液接触进行传质。
a.F1 型浮阀；b. V-4 型浮阀；c. T 型浮阀
a.F1 型浮阀；b. V-4 型浮阀；c. T 型浮阀
2015-5-6
浮阀
2015-5-6
浮阀
2015-5-6
2015-5-6
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
2015-5-6
2015-5-6
2015-5-6
（2）液沫夹带 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。 为维持正常操作，需将液沫夹带限制在一定范 围，一般为 eV < 0.1kg(液)/ kg(气)。 影响液沫夹带量的因素很多，最主要的是空塔气 速和塔板间距。空塔气速减小及塔板间距增大，可 使液沫夹带量减小。 雾沫夹带量
致使管内液位增高而越过溢流堰顶部，两板间液体相连，
塔板产生积液，并依次上升，最终导致塔内充满液体，这 种由于降液管内充满液体而引起的液泛称为降液管液泛。
2015-5-6
影响液泛的因素除气液流量外，还与塔板的结构，
特别是塔板间距等参数有关，设计中采用较大的 板间距，可提高泛点气速。
2015-5-6
2015-5-6
三 塔板上的液面落差 流体阻力与液面落差 塔板结构与液面落差 改善措施：单溢→双溢流或阶梯溢流 四 塔板上的异常操作现象 漏液、液泛和液沫夹带等，应尽
量避免异常操作现象的出现。
五 塔板的负荷性能图 通常由五条线组成： 漏液线（1） 液沫夹带线（2） 液相负荷下限线（3） 液相负荷上限线（4） 液泛线（5）
b.筛孔布置图
筛孔塔板
2015-5-6
2015-5-6
2015-5-6
2015-5-6
筛孔塔板的优缺点 优点 结构简单、造价低 生产能力大 板上液面落差小，气体压降低 塔板效率较高 缺点
操作弹性小 筛孔易堵塞，不宜处理易结焦、黏度大的物料
2015-5-6
(3)浮阀塔板 浮阀是 20世纪二战后开始研究， 50 年代开始启用 的一种新型塔板，后来又逐渐出现各种型式的浮阀。 其型式有圆形、方形、条形及伞形等。较多使用圆 形浮阀，而圆形浮阀又分为多种型式 特点：浮阀取消了泡罩塔的泡罩与升气管，改在塔 上开孔，阀片上装有限位的三条腿。 浮阀可随气速的变化上、下自由浮动，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：是结构复杂，塔压降低，生产强度低，造价高。
2015-5-6
(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。
2015-5-6
筛孔塔板
a.操作示意图；
2015-5-6
2015-5-6
2015-5-6
二、板式塔的流体力学性能
1. 塔板上气液两相的接触状态 塔板上气液两相的接触状态是决定板上两相流 流体力学及传质和传热规律的重要因素。当液体流 量一定时，随着气速的增加，可以出现四种不同的 接触状态： 鼓泡接触状态
蜂窝接触状态 泡沫接触状态 喷射接触状态
2015-5-6
蜂窝状接触状态
（3）泡沫接触状态 当气速继续增加，气 泡数量急剧增加，气泡不 断发生碰撞和破裂，此时 板上液体大部分以液膜的 形式存在于气泡之间，形 成一些直径较小，扰动十 分剧烈动态泡沫，由于泡 沫接触状态表面积大，并 不断更新，是一种较好的 接触状态。
2015-5-6
泡沫接触状态
4.换热器
2015-5-6
5.再沸器
2015-5-6
操 作 点
操作线
雾沫夹带 线
2
5
液 相 负 荷 下 限 线
液泛线
qV ,V1 qV ,V
3
4
1
液 相 负 荷 上 限 线
qV ,L1 qV ,L
塔板的负荷性能图
2015-5-6
漏液线
四、塔板负荷性能图和负荷上下限
(1)漏液线
漏液线气相负荷下限线
2015-5-6
2015-5-6
（3）液泛 （淹塔） 塔板正常操作时，在塔板上应维持一定厚度的 液层，以和气体进行接触传质。如果由于某种原因 导致液体充满塔板之间的空间，使塔的正常操作受 到破坏，这种现象称为液泛。 夹带液泛 降液管液泛 √
2015-5-6
由雾沫夹 带限制
液泛
当塔板上液体流量很大，上升气体的速度很高时，液体被 气体夹带到上一层塔板上的量剧增，使塔板间充满气液混 合物，最终使整个塔内都充满液体，这种由于液沫夹带量 过大引起的液泛称为夹带液泛。 当降液管内液体不能顺利向下流动时，管内液体必然积累，
2015-5-6
一、板式塔的结构和类型
1、基本结构
塔体 圆柱形
溢流装置
溢流堰 降液管 受液盘
2015-5-6
板 式 塔 结 构 示 意 图
2015-5-6
出气
塔体——圆式筒体， 塔体内——装有多层塔板。 塔板——设有汽、液相通道， 如筛孔及降液管、溢流堰等
回流
1
3
进料
2
4
5
进气
1-塔体； 2-塔板； 3-溢流堰； 4-受液盘； 5-降液管
（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。
喷射接触状 态
工业生产中一般希望呈现泡沫态和喷射态两种状态。
2015-5-6
六．板式塔的操作分析 五条线所包围的区域称为 塔板的适宜操作区。
V Vmax
2 A 5 3 P1 4 P
操作点——A
操作线——OA 操作弹性——Vmax/Vmin
O Vmin B
1
L
设计时，应使操作点尽可能位于适宜操作区的中央，若操作点紧 靠某一条边界线，则负荷稍有波动，塔的正常操作即被破坏。
2015-5-6
最大液流量 Lmax
(5) 液泛线 为防止液泛，降液管内的液层高度应不超过某 一数值。
H d ( HT hW )
降液管内 液层高度 安全 系数
液泛气速 uF
塔板 间距 溢流堰 高度
2015-5-6
3.板式塔的操作分析
适宜操作区 操作点 操作线 操作控制 操作弹性 操作线的调节
漏液量 ≤ 10％液流量
漏液气速 umin
(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
2015-5-6
(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
第九章 精馏设备-----板式塔
2015-5-6
精馏过程的主要设备
有：精Baidu Nhomakorabea塔、再沸
器、冷凝器、回流
罐和输送设备等。
其中主要的设备是
精馏塔。
2015-5-6
精馏塔
板式塔 填料塔
板式塔通常是由一个圆柱型的壳体及沿塔高按 一 定的间距水平设置的若干层塔板（或塔盘） 所组成。 板式塔的塔板可分为有降液管及无降液管两 大类
2015-5-6
2015-5-6
2015-5-6
泡罩塔板
2015-5-6
泡罩塔板 a.操作示意图；b.塔板平面图；c.圆形泡罩
2015-5-6
特点：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：该塔板操作弹性，塔效率也比较高，运用较为广泛。