蒸馏和吸收塔设备知识

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• 结构:筛孔,直径3-8mm,正三角形排列 • 优点:结构简单,造价低;气体压降小,液面落差小;生产
能力大,板效率高; • 缺点:操作弹性小。
塔板类型:浮阀型
• 结构:浮阀,F1、V-4、T型 • 优点:结构上较泡罩简单,比筛板复杂,生产能力大,操作
弹性大,塔板效率高,气体压降小及液面落差小,造价低。
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。
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。
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:
全塔:逆流接触 两相接触方式
塔板上:错流接触
流动推动力
液体:重力 气体:压力差
受液区
开孔区
平顶型 溢流堰
因数F0作为衡量气相动压的指标
F0 u0 v
F1型重阀: F0 9 12
u0
F0
v
N


4
Vs d02u0
(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

等腰三角形
t

Aa Nt'
开孔区面积
0.907 Aa Aa
Aa

V 2.78kg / m3
3.3 填料塔
3.3.1 填料塔的结构与特点 3.3.2 填料 3.3.3 填料塔的流体力学性能 3.3.4 填料塔的计算 3.3.5 填料塔附件
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
不良后果:液面落差会导致气流分布不均
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
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。
Vs 1.61m3 / s Ls 0.0056 m3 / s
L 875 kg / m3 20.3mN / m
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
散堆填料
分类
环形 鞍形
拉西环 鲍尔环
阶梯环 弧鞍(贝鞍)
矩鞍(英特洛克斯)
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。
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)。
双溢流:lW 0.5 0.6 D
• 堰高:
hL hW hOW
• 堰上液层高度
2
平直堰:hOW
2.84 1000
E

Lh lW
3
2
齿形堰:hOW
0.0442

Lhhn lW
5
Lh

2646

lw hn

5
[hOW 2 (hOW

塔板类型:其它型
(1)舌形塔板
(2)斜孔塔板
3.2.2 板式塔的流体力学性能
1 塔板上气液两相的接触状态
鼓泡状
气液接触方式有四种:
蜂窝状 泡沫状
喷雾状
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
不太大)
h0

Lh 3600lW u
'0
u '0 0.07 ~ 0.25m / s
h0 hW 0.006
➢ 进口堰及受液盘
进口堰:降液管液封,保证液体分布均匀,一般不设 受液盘:平受液盘,凹受液盘
4 塔板布置
塔板:整块式,分块式 塔板分区 (1)鼓泡区:气液传质有效区 (2)溢流区:降液管,受液盘,液体通道 (3)破沫区:安定区,避免气体进入降液管
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。
经验值:常压、加压塔:265-530Pa 减压塔:200Pa
(2)液泛
Hd hp hL hd
无进口堰:
2
hd

0.153

Ls lW h0

0.153u '0 2

有进口堰:
hd

0.2

Ls lW h0
2

0.2u '0 2
Hd (HT hW )
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:
Z


NT ET
1 HT

• 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
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。

19.9
u 0.175 0
L
阀全开后 u0 u0c
hc

5.34
V u02 2Lg
19.9 u0c 0.175 5.34 V u0c 2
L
2L g
u0c
1.825
73.1
V
2)板上充气液层阻力
hl 0hL
3)液体表面张力造成的阻力
2 h hL g
说明:若塔板阻力过大,可 增加开孔率或 降低堰高。
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?
D 4Vs
u
umax C
L V V
C

C20


20
0.2

u 0.6 ~ 0.8umax
• 标准塔径(mm):600,700,800,1000,1200,1400, 1600,1800,2000,……4200
5
hn )2 ]
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)
3600Af HT
Lh
• 底隙高度(确保液封,且阻力
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。
塔板类型:泡罩型
优点:不易漏液,弹性大、操作稳定可靠。
缺点:结构复杂,造价高;压降大,雾沫夹带严重, 生产能力及板效率均较低。
塔板类型:筛板型
VS 泛点率=
V L V
1.36LS ZL 100%

VS 泛点率=
V L V 100%
KCF Ab
0.78KCF AT
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。
• 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
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
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
4.弧鞍与矩鞍:表面全部敞开,表面利用率高。 弧鞍: 易套叠 矩鞍: 不套叠、阻力小
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 管内液泛。
金属环矩鞍
球形
规整填料
波纹型
丝网波纹 孔板波纹
隔栅型 格利希隔栅
拉西环
鲍尔环
阶 梯 环
弧鞍环
金属环矩鞍
规整填料
填料类型
1.拉西环:外径与高度相等的圆环。 结构简单,研究充分 沟流、壁流严重、滞留液量大、气流阻力大
2.鲍尔环:在拉西环的侧壁上开出方孔。 结构复杂 效率高、阻力小
3.阶梯环:高度为直径的一半,环的一端制成喇叭口。 结构复杂 效率高、阻力小、气量大
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
2

x
R2

wenku.baidu.com
x2


180o
R2
arcsin
x R
x

D 2

(Wd
Ws
), m
R

D 2
Wc , m
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
pp pc pl p
hp hc hl h
1)干板阻力
阀全开前 u0 u0c
hp
有溢流塔板
降液管



置降溢液流管堰齿平
顶 形
堰 堰
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 雾沫夹带、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。
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