A2-3蒸馏和吸收塔设备

(3) 液相负荷下限线 操作的液相负荷低于此线时，液体流量过低，板上液 流不能均匀分布，气液接触不良，易产生干吹、偏流等现象，导致塔板效率的 下降。塔板的适宜操作区应在该线以右。 (4) 液相负荷上限线 操作的液相负荷高于此线时，液体流量过大，此时液 体在降液管内停留时间过短，进入降液管内的气泡来不及与液相分离而被带入 下层塔板，造成气相返混，塔板效率下降。塔板的适宜操作区应在该线以左。 (5) 液泛线 操作的气液负荷超过此线时，塔内将发生液泛现象，使塔不能 正常操作。塔板的适宜操作区在该线以下。
丝网波纹填料
孔板波纹填料 金属环矩鞍填料 金属鞍形环 金属阶梯环 金属鲍尔环 瓷环矩鞍填料 瓷鞍形环 瓷拉西环
0.86
0.61 0.59 0.57 0.53 0.51 0.41 0.38 0.36
通常，为保证塔的正常操作，漏液量应不大于液体流量的10%。
漏液量达到10%的气体速度称为漏液速度，它是板式塔操作气速的下限。 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。
塔设备
(2) 液沫夹带
板式塔的流体力学性能
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。
(a) 鼓泡接触状态 气速较低时，气体鼓泡通过液层。形成的气液混合物以液体为主， 气液两相接触的表面积不大，传质效率低。 (b) 蜂窝状接触状态 气速增加，气泡数增加。气泡相互碰撞，形成各种多面体大气泡， 板上气液混合物以气体为主。此时气泡不易破裂，表面得不到更新，不利于传热和传质。 (c) 泡沫接触状态 板上液体大部分以液膜形式存在于气泡之间，形成动态泡沫。泡沫 接触状态的表面积大，并不断更新，为两相传热传质提供了良好条件。 (d) 喷射接触状态 板上液体被喷成大小不等的液滴，大的又落回到板上，小的被气体 带走（液沫夹带）。塔板上气体为连续相，传质面积是液滴的外表面，传质面积大增， 且表面不断更新，有利于传质传热。
二、填料的类型
填料
拉西环
Θ环
十字环
鲍尔环
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二、填料的类型
阶梯环
型
球形填料
网状填料
塔设备
2．规整填料
二、填料的类型
波纹填料
塔设备
二、填料的类型
脉冲规整填料 各种陶瓷规整填 料
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1．填料的几何特性
三、填料的性能评价
填料的流体力学和传质性能与填料的材质、大小和几何形状紧密相关，材质 一定时，表征填料特性的参数主要有： 比表面积 a：单位体积填料层所具有的表面积(m2/m3)。被液体润湿的填料表面就 是气液两相的接触面。大的 a 和良好的润湿性能有利于传质速率的提高。对同 种填料，填料尺寸越小，a 越大，但气体流动的阻力也要增加。 空隙率 ：单位体积填料所具有的空隙体积(m3/m3)。代表气液两相流动的通道， 大，气、液通过的能力大，气体流动的阻力小。 = 0.45~0.95。 填料因子f：填料比表面积与空隙率三次方的比值(1/m), 即f =a/3, 表示填料的流 体力学性能, f 值越小, 流动阻力越小。有干填料因子与湿填料因子之分。
液滴的生成虽然可增大气液两相的接触面积，有利于传质和传热，但过 量的液沫夹带常造成液相在塔板间的返混，进而导致板效率严重下降。 一般允许的液沫夹带量eV < 0.1 kg (液) / kg (气)。 影响液沫夹带量最主要的因素是空塔气速和塔板间距。
塔设备
(3) 液泛
板式塔的流体力学性能
如果由于某种原因，导致液体充满塔板之间的空间，这种现象称为液泛。 液泛可分为两类：夹带液泛和降液管液泛。 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，管内液体积累，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。
塔设备
板式塔的流体力学性能
(1) 漏液线 又称气相负荷下限线。当气相负荷低 于此线时，将发生严重的漏液现象。此时的漏液量 大于液体流量的10%。塔板的适宜操作区应在该线 以上。
(2) 液沫夹带线 又称气相负荷上限线。操作的气 液相负荷超过此线时，液沫夹带严重，此时液沫夹 带量eV >0.1kg(液)/ kg(气)。塔板的适宜操作区应在 该线以下。
堆积密度 p ：单位体积填料的质量(kg/m3)。在机械强度允许的条件下, 填料壁 要尽量薄, 以减小填料的堆积密度, 从而既降低成本又增加空隙率。 机械强度大，化学稳定性好及价格低廉等也是优良填料应兼有的特性。
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2．填料的性能评价
三、填料的性能评价
填料性能的优劣通常根据效率、通量及压降三要素衡量。在相同的操作 条件下, 填料的比表面积越大, 气液分布越均匀, 表面的润湿性能越好, 则传 质效率越高; 填料的空隙率越大, 结构越开敞, 则通量越大, 压降亦越低。 九种填料综合性能评价 填料名称 评估值 语言值 排序
A(2)-3 蒸馏和吸收塔设备
化工原理 A(2)
Principles of Chemical Engineering A(2)
塔设备
化工原理 A(2)
A(2)-1 A(2)-2 蒸馏* 吸收*
A(2)-3 蒸馏和吸收塔设备
A(2)-4 液-液萃取 A(2)-5 干燥
塔设备
A(2)-3 蒸馏和吸收塔设备
液泛的形成与气液两相的流量相关。对一定的液体流量，气速过大会形成液 泛；反之，对一定的气体流量，液量过大也可能发生液泛。
液泛时的气速称为泛点气速（操作气速上限），正常操作气速应控制在泛点 气速之下。 影响液泛的因素除气液流量外，还与塔板的结构，特别是板间距等有关。
塔设备
板式塔的流体力学性能
5．塔板的负荷性能图*
特点: 逐级接触式气液传质设备。 气液两相在塔板上密切接触，进行热 量和质量的交换。 液相为连续相，气相为分散相。 空塔速度较高，生产能力较大。
操作弹性大。 造价低，检修、清洗方便。
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二、塔板的类型
常见塔板类型 1. 泡罩塔板
§3–1 板式塔
单个泡罩
泡罩塔盘
塔设备
塔板的类型
结构： 主要由升气管及泡罩构成 泡罩的下部周边开有很多齿缝 工作原理： 操作时齿缝浸没在液层中形成液封 上升气体通过齿缝进入液层时，被 分散成细小气泡，在板上形成鼓泡层 优点： 操作弹性较大，塔板不易堵塞 缺点：
如上分析，塔内要维持正常操作，气体和液体的流量都必须控制在一定范 围之内，该范围即为塔板的负荷性能。
将此范围在直角坐标系中，以液相负荷L为横坐标，气相负荷V为纵坐标 进行绘制，所得图形称为塔板的负荷性能图。
负荷性能图由以下五条线组成： (1) 漏液线1 (2) 液沫夹带线2 (3) 液相负荷下限线3 (4) 液相负荷上限线4 (5) 液泛线5
板式塔的流体力学性能
4．塔板上的异常操作现象
塔板的异常操作现象包括漏液、液沫夹带和液泛。
(1) 漏液
在正常操作的塔板上，液体横向流过塔板，然后经降液管流下。 当气体通过塔板的速度较小时，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，就出现漏液现象。 漏液导致气液两相在塔板上的接触时间减少，塔板效率下降，严重时会使 塔板不能积液而无法正常操作。
塔设备
一、填料塔的结构
4
§3-2 填料塔
以塔内的填料作为气液接触构件的传质设备。 塔体：一般取为圆筒形，可由金属、塑料或陶瓷制成， 金属筒体内壁常衬以防腐材料。 填料：大致可分为散装填料和规整填料两大类，是传 热和传质的场所。
液 6 体 5
4 3
8
塔内件：填料支承与压紧装置、液体与气体分布器、 液体再分布器以及气体除沫器等。
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A(2)-3 蒸馏和吸收塔设备
§3–1 板式塔
一、板式塔的结构 二、塔板的类型 三、板式塔的流体力学性能
§3-2 填料塔
一、填料塔的结构特点 二、填料的类型 三、填料的性能评价 四、填料塔的流体力学性能 五、填料的选择 六、填料塔的内件
塔设备
塔设备 一、板式塔的结构
§3–1 板式塔
构成: 圆柱形壳体、塔板、溢流堰、降液管、 受液盘等。 板式塔内流体的流动 塔板操作示意
筛板
塔设备
塔板的类型
新型垂直筛板
塔设备
3. 浮阀塔板
塔板的类型
浮阀塔板的工作原理
缺点：气速高时，易造成液沫夹带，塔板效率下降，生产能力受限。
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4．喷射型塔板
(1) 舌型塔板
塔板的类型
工作原理 上升气流沿舌片喷出，使 流过舌孔的液体形成液沫， 斜向喷射到液层上方，冲至 降液管上方的塔壁后流入降 液管。
塔设备
板式塔的流体力学性能
6．板式塔的操作分析
在塔板的负荷性能图中，由五条线所包围 的区域称为塔板的适宜操作区。 操作时的气相负荷V与液相负荷L在负荷 性能图上的坐标点称为操作点。 在连续精馏塔中，回流比为定值，故操作 的气液比V/L也为定值。因此，每层塔板上 的操作点沿通过原点、斜率为V/L的直线而 变化，该直线称为操作线。 操作线与负荷性能图上曲线的两个交点分别表示塔的上下操作极限，两极 限的气体流量之比称为塔板的操作弹性。 设计时，应使操作点尽可能位于适宜操作区的中央。 设计塔板时，根据操作点在负荷性能图中的位置，适当调整塔板结构参数， 可改进负荷性能图。（如加大板间距可使液泛线上移，减小塔板开孔率可使漏 液线下移，增加降液管面积可使液相负荷上限线右移等）
板上开斜孔，斜孔方向与液流方向 垂直，同排孔向一致，邻排孔向相反。 相邻两排孔的气体方向相反，阻止了 液沫夹带，使板面上液层低而均匀，气 体和液体不断分散和聚集，其表面不断 更新，气液接触良好，传质效率提高。