第11章-1四川大学,化工原理

1．评价塔板性能的指标有哪些方面，开发新的塔板应考虑哪些 评价塔板性能的指标有哪些方面， 问题？ 问题？ 塔板上有哪些异常操作现象，它们是如何形成的， 2．塔板上有哪些异常操作现象，它们是如何形成的，如何避免 这些异常操作现象的发生？ 这些异常操作现象的发生？ 塔板负荷性能图的意义是什么？ 3．塔板负荷性能图的意义是什么？ 塔板有哪些主要类型，各有什么特点，如何选择塔板类型？ 4．塔板有哪些主要类型，各有什么特点，如何选择塔板类型？ 5．综合比较板式塔与填料塔的特点，说明板式塔和填料塔各适 综合比较板式塔与填料塔的特点， 用于何种场合？ 用于何种场合？ 评价填料性能的指标有哪些方面， 6．评价填料性能的指标有哪些方面，开发新型填料应注意哪些 问题？ 问题？ 填料有哪些主要类型，各有什么特点，如何选择填料？ 7．填料有哪些主要类型，各有什么特点，如何选择填料？ 8．填料塔的流体力学性能包括哪些方面，对填料塔的传质过程 填料塔的流体力学性能包括哪些方面， 有何影响？ 有何影响？
H T 与塔径之间的关系如表 1 所示 ： 所示：
表1 塔径 D(m) 板间距 HT(mm) 0.3～ 0.6 ～ 200～ 350 ～ 板间距参考数值 0.6～ 1.0 ～ 250～ 400 ～ 1.0～ 2.0 ～ 250～ 600 ～ 2.0～ 4.0 ～ 300～ 600 ～ 4.0～ 6.0 ～ 400～ 800 ～
§11.1 板式塔
鼓泡接触状态 气液接触方式有三种： 气液接触方式有三种： 泡沫接触状态 喷雾接触状态
气液两相在设备中要有良好的接触： 气液两相在设备中要有良好的接触： 接触充分，接触面要大， 接触充分，接触面要大，相界面不断更新
§11.1 板式塔
二、塔板的流体力学性能
1．严重漏液 ． 2．过量的液沫夹带 ． 3．液泛 ． 4．塔板上的液面落差 ． 5．塔板上液体的返混 ． 6．气体通过塔板的压降 ． 7．液体停留时间 ．
用率高、 无溢流塔板：结构简单 、压降小、塔板面积利 用率高、 无溢流塔板： 压降小、 弹性小、 弹性小、效率低 有溢流塔板： 气液两相在设备中要有良好的接触： 有溢流塔板： 气液两相在设备中要有良好的接触： 无溢流塔板 接触充分，接触面大， 接触充分，接触面大，相界面不断更新
降液管 溢流装置 溢流堰 平顶堰
有溢流塔板
§11.1 板式塔 4、塔板上的液面落差
产生原因： 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） （摩擦阻力、形体阻力） 。 不良后果： 不良后果：液面落差会导致气流分布不均
∆
1）液位差∆越小越好； ）液位差∆越小越好； 2）塔径越大，液位差∆越大。 ）塔径越大，液位差∆越大。
三要素衡量填料性能的优劣。 7．通常根据____、____及____ 三要素衡量填料性能的优劣。 通常根据____、____及 ____ 填料因子是指____________ ____________。 8．填料因子是指____________。 填料塔内件主要有____ ____、____、____。 ____、 9．填料塔内件主要有____、____、____、____。 10．填料操作压降线(∆ 10．填料操作压降线 ∆p/Z~u）大致可分为三个区域，即____、 ）大致可分为三个区域， ____、 ____和____。填料塔操作时应控制在____区域。 ____区域 ____和____。填料塔操作时应控制在____区域。
问：如附图所示为两塔板的负荷性能图，图（a）的适宜操作区 是由漏液线、气相负荷上限线、液相负荷上限线和液相负荷下 限线所围成的区域，而液泛线在适宜操作区之上，是不是意味 着该塔板不会发生液泛？ 答：不是的，对于任何塔板，只要气液负荷足够大，都会发生 液泛。在图（a）中，液泛线在适宜操作区之上，只是说明当气 速增大时，在发生液泛之前，塔板的液沫夹带已非常严重了， 即液沫夹带量ev已超过0.1kg(液)/kg(气)的界限，这在实际生产 操作中是不允许的。若再增大气相负荷，液沫夹带量将进一步 增大，最终必将导致液泛的发生，这在生产中更应加以禁止。
若流体力学性能不好， 若流体力学性能不好，则调整相应结构参数
问：一般而言，设备都有一定的性能参数指标，板式 塔和填料塔作为气液传质设备有哪些性能评价指标？ 答：从工程的角度讲，塔设备主要有三个参数作为其 性能好坏的评价指标，即通量、分离效率和操作弹性。 通量是指单位塔截面的生产能力，其表征塔设备的处 理能力和允许的空塔气速。分离效率是指单位压力降 的分离效果，板式塔以板效率表示，填料塔以等板高 度表示。操作弹性即塔的适应能力，表现为对处理物 料的适应性和对气液负荷波动的适应性。塔的通量大、 分离效率高、操作弹性大，塔的性能就好。
有溢流塔板
§11.1 板式塔 3. 液泛（淹塔）
不良后果：塔压力降急剧增大、板效急剧减小、 不良后果 ：塔压力降急剧增大、板效急剧减小、 是不正常操作现象之一 产生原因： 产生原因： (1)气体流量过大，产生了过量的液沫夹带， 气体流量过大， 气体流量过大 产生了过量的液沫夹带， (2)液体负荷过大，降液管的截面积不够， 液体负荷过大， 液体负荷过大 降液管的截面积不够，
§11.1 板式塔 2. 过量的液沫夹带
不良后果： ） 降低板效； （ 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； 至塔顶造成产品污染 ； （ 3） 严重时造成液泛 。 ） 严重时造成液泛。 产生的原因： 产生的原因 ： 气体输送夹带 飞溅夹带
液体/kg 干气体 夹带量通常 eG<0.1kg 液体
§11.1 板式塔 1.严重漏液 1.严重漏液
不良后果：降低板效，严重时使板上不能积液， 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。 是塔不良的操作现象之一。 不良的操作现象之一 产生的原因：气速过小，或气体分布严重不均、 产生的原因：气速过小，或气体分布严重不均、 液体分布严重不均。 液体分布严重不均。 分布严重不均
有溢流塔板
7．液体在降液管内的停留时间 ．
3~5s
§11.1 板式塔 三、 塔径和塔高的估算
D=
4VG πu
u = ( 0. 6 ~ 0. 8 ) u F
气速上限为泛点气 表示， 速，用 uF 表示，由经 验式计算或图查取。 验式计算或图查取。
Z = N e ⋅ HT
′ 全塔效率估算用 O′connell 关联图
§11.1 板式塔
5、 上液体的返混 、
减少返混对传质是有利的
6、 气体通过塔板的压降-------单板压降 、
产生原因： 产生原因： 加和模型） h p = 干板压降 + 液层压降 = hc + hl （加和模型） 不良后果： 不良后果： （1）单板压降大，气体流动阻力大，对输送要求较高。 ）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 ）过高的单板压降会使塔顶与塔底的压差较大， 影响体系的相平衡关系以及气液流动情况， 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。 尤为重要。 一般，常压塔： 一般，常压塔：单板压降 40~65mmH2O 减压塔：单板压降 10~35mmH2O 减压塔：
§11.1 板式塔 四、塔板负荷性能图
操作弹性=气量上限 气量下限 操作弹性 气量上限/气量下限 气量上限
操作弹性要求大于 2～3 ～
VG
过量液沫夹带线
4
正常操作区
液泛线 5
1
液相下限线
2
——液相上限线
3
O
漏液线
VL
§11.1 板式塔
安定区
五、塔板设计要点
设计内容：板型：筛板、 设计内容：板型：筛板、浮阀等 受液盘 板上液流型式：单流、 板上液流型式：单流、双流等 板间距 HT 塔径 D 板上结构：开孔情况、 板上结构：开孔情况、溢流装置结构 单流型 设计方法： 设计方法： 根据经验选定一些结构参数→设计其他参数→校核各项流体力学性能→ 根据经验选定一些结构参数→设计其他参数→校核各项流体力学性能→画负荷性能 图
二、选择题（30分） 选择题（30分 气液在塔板上有四种接触状态，优良的接触状态是（）， （），操作 1．气液在塔板上有四种接触状态，优良的接触状态是（），操作 时一般控制在（）。 时一般控制在（）。 鼓泡接触状态②蜂窝接触状态③泡沫接触状态④ 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 板式塔塔板的漏液主要与（）有关，液沫夹带主要与（）有关， （）有关 （）有关 2．板式塔塔板的漏液主要与（）有关，液沫夹带主要与（）有关， 液泛主要与（）有关。 （）有关 液泛主要与（）有关。 空塔气速②液体流量③板上液面落差④ ①空塔气速②液体流量③板上液面落差④塔板间距 ．（）属于散装填料，（）属于规整填料 属于散装填料，（）属于规整填料。 3．（）属于散装填料，（）属于规整填料。 格栅填料② ①格栅填料②波纹填料 ③矩鞍填料 ④鲍尔环填料 ⑤脉冲填料 ⑥弧鞍填料 填料的静持液量与（）有关，动持液量与（）有关。 （）有关 （）有关 4．填料的静持液量与（）有关，动持液量与（）有关。 填料特性② ①填料特性②液体特性 ③气相负荷 ④液相负荷 ．（）越小 越小，（ 越大，越易发生液泛。 5．（）越小，（ ）越大，越易发生液泛。 ①填料因子f值②气体密度 ③液体密度 ④液体粘度 ⑤操作液气 比
一、填空题（40分） 填空题（40分 板式塔是____接触式气液传质设备，操作时为____ ____接触式气液传质设备 1．板式塔是____接触式气液传质设备，操作时为____ 连续相；填料塔是____接触式气液传质设备，操作时为 连续相；填料塔是____接触式气液传质设备， ____接触式气液传质设备 ____连续相 连续相。 ____连续相。 塔板的主要类型有____ ____、____、____等 ____、 2．塔板的主要类型有____、____、____、____等。 气体通过塔板的总压降包括____ ____和____。 ____、 3．气体通过塔板的总压降包括____、____和____。 塔板上的异常操作现象包括____ ____、____。 ____、 4．塔板上的异常操作现象包括____、____、____。 4． 塔板的负荷性能图由五条线构成，它们是____、 塔板的负荷性能图由五条线构成，它们是____、 ____ ____、____、____、____，塔板适宜的操作区是____ ____区 ____、____、____、____，塔板适宜的操作区是____区 而实际操作时应尽可能将操作点位于适宜操作区的。 域，而实际操作时应尽可能将操作点位于适宜操作区的。 塔板的操作弹性是指________ ________。 5．塔板的操作弹性是指________。 填料的几何特性参数主要包括____ ____、____等 ____、 6．填料的几何特性参数主要包括____、____、____等。
第11章 11章
§11.1 11.
气液传质设备
板式塔
板式塔类型、 一、板式塔类型、结构及特点 二、塔板的流体力学性能 三、 塔径和塔高的估算 四、塔板负荷性能图 五、塔板设计要点
第11章 气-液传质设备 章 Байду номын сангаас传质设备
§11.1 板式塔 一、板式塔类型、结构及特点： 板式塔类型、结构及特点：
板式塔 塔设备 填料塔
齿形堰
受液盘
有溢流塔板
§11.1 板式塔
单流型 多流型 液流形式 受液盘 U型流 阶梯型流
单流型
双流型
受液盘
受液盘
U 流型
阶梯型流
§11.1 板式塔 有溢流塔板又分为：
特点：弹性大、操作稳定可靠等优点。 泡罩型 特点：弹性大、操作稳定可靠等优点。但结构复 制造成本高，压降大，液泛气速低， 杂 ， 制造成本高 ， 压降大 ， 液泛气速低 ， 故生产 能力较小。 能力较小。 筛孔型 特点：结构简单、造价低、压降小、 特点：结构简单、造价低、压降小、生产 能力大、操作弹性可达2~3、 能力大、操作弹性可达 、 浮阀型 特点：结构上较泡罩简单，比筛板复杂， 特点：结构上较泡罩简单，比筛板复杂， 操作弹性大、生产能力大。 操作弹性大、生产能力大。 其它型： 其它型： 导向筛板 旋流塔板