板式塔

吸收例题

由一直立小玻璃管，底端封死，内充丙酮，液面距 上端口11mm，上端有一股空气平缓地吹过。5小时 后，管内液面降到距管口20.5mm。管内液体温度保 持为293K，大气压为100KN/m2，丙酮的蒸汽压为24 KN/m2，求丙酮在空气中的扩散系数。
液体精馏例题

用一常压连续精馏塔分离苯和甲苯混合液。原料混 合物中含苯44%（摩尔百分率，以下同），要求塔 顶产品中含苯97.4%，塔釜产品中含苯不大于 2.35%，进料为饱和液体，塔顶采用全凝器。已知 操作条件下塔顶的相对挥发度为2.6，塔釜的相对 挥发度为2.34，进料的相对挥发度为2.44。取回流 比为最小回流比的2.45倍。试用捷算法确定完成该 分离任务所需的理论塔板数及加料板的位置。
升气管和 泡罩组成 复杂 高 不方便 很大
浮阀塔
板孔上安 装阀片 较简单 较高 方便 最大
压降
小
最大 小
较小 较大
生产能力 大
Ⅰ板式塔

三、塔板流体力学状况 气液接触状态 鼓泡状态：孔速较低，液体为连续相，气体为分散相，两相接触传质表面—— 泡沫状态：孔速增加，液体为高度活动的泡沫形式存在于气泡中，连续相——？ 分散相——？ 喷射状态：气流直接穿过液层，呈喷射状态，连续相——？分散相——？ 转相点 实际操作状态
气体出口
除沫器 液体分布器 液体入口
填料
液体再分布器
支撑板
气体入口
2013-7-5
液体出口 填料塔结构简图
44
二、 填料的种类与特性



填料在填料塔操作中起着重要作用。液体润湿填料表 面便增大了气液接触面积，填料层的多孔性不仅促使 气流均匀分布，而且促进了气相的湍动。 填料塔的发展史中最主要的是填料的发展史。早期以 碎石为填料，碎石比表面积小，空隙率低，堆积密度 大，造成塔体很重，逐渐暴露出其缺点。自二十世纪 初至廿世纪中叶，曾兴起了对填料开发、研制的热潮。 在这时期，先后出现了拉西环、Stedman金属纱网规 则填料、弧鞍形填料、鲍尔环及矩鞍形填料等。这些 新型填料的出现，使填料塔的操作性能得到显著改进。
Ⅱ填料塔




一、填料塔简介 填料塔最初出现在十九世纪中叶，在1881年用于精馏 操作。 填料塔的塔体横截面有圆形，矩形及多边形等，但绝 大部分是圆形。塔壳材料可以是碳钢，不锈钢，聚氯 乙烯，玻璃钢和砖等。 塔内放置填料（packings）。填料种类很多。用于制 造填料的材料有碳钢、不锈钢、陶瓷、聚丙烯、增强 聚丙烯等。由于填料与塔体取材面广，故易于解决物 料腐蚀问题。 填料塔装配图如下

三、塔板流体力学状况 过量液沫夹带
定义液泛气相负荷因子Cf
V 4d P g Cf uf 3 ( L V )
液泛气相负荷因子受表面张力、板间距及两相流动的影响，气相负 荷因子Cf可由经验关联图查到。图中横坐标为两相流动参数
FLV Ls Vs
L V
Ⅰ板式塔

四、塔板负荷性能图 1、过量液沫夹带线 规定液沫夹带量的最大值ev=0.1kg液 /kg 干气，以此为原则，便可作出过量 液沫夹带线。 2、漏液线 3、溢流液泛线

二、单元操作及其理论基础


1、单元操作 根据操作原理将各种各样的物理加工归纳为一 系列基本操作过程，即单元操作 流体输送，搅拌，沉降，过滤 热交换，蒸发 吸收，蒸馏，萃取，吸附，干燥 2、举例 3、理论基础 动量传递，热量传递，质量传递
三、化工原理课程内容及目标

三传基本原理 单元操作：设备计算，选型，实验研究 培养分析解决实际工程问题的能力
1

填料的种类
常见填料的形状可分为四种类型 。 ① 短管形填料：最早采用的拉西环是高度与外径之比为1的 短管。该填料易于制造，强度好，取材面广，但流体力学 及传质性能都不够理想。 1948年出现的鲍尔环是对拉西环作出重大改进的一种填料。 该填料是在拉西环的基础上，在填料壁面开两层矩形孔。 开矩形孔的部份只切开三条边，留下一边仍与填料壁相连， 并把切开的部份推到填料圈内侧。于是，不论填料在塔内 置于什么方位，流体均可通过填料，从而使填料内、外壁 面均成为有效传质区域。 短管形填料一般是乱堆填料，只有2英寸以上的大填料才可 能是整砌填料。

一、化工原理学科的发展历史
4、学术团体，刊物及专著 Handbook of Chemical Engineering Chemical Engineering(美国） Chemical Engineering Science(英国） The Chemical Engineer (英国） 化学工程 化工学报
化工原理
——朱康玲
绪论





一、化工原理学科的发展历史 二、单元操作及其理论基础 三、化工原理课程内容及目标 四、化工原理中常用的基本概念 五、单位与因次
一、化工原理学科的发展历史

1、学科归属 化工原理 化学反应工程 化学工程与工艺 化工热力学 （一级学科） （二级学科） 化工系统工程 化工控制工程等
2
3.2.4机械能守恒例题

3.2.4例题 如图示，槽内水位维持不变，其底部与内径为 100mm的钢管相连，管路上装有一个闸阀，阀 的上游距管路入口端15m处安有以汞为指示液的 U管压差计，其一臂与管道相连，另一臂通大气。 当阀门关闭时，测得R=600mm，h=1500mm。 当阀门部分开启时测得R=400mm，h=1400mm， 此时管路的摩擦阻力损失为hf=19.7J/kg。求在 管道中每小时的流出量m3? 已知H2O=1000kg/m3，Hg=13600kg/m3
2.3离心泵的组合操作例题

用两台相同的离心泵,从水池向密闭容器供水, 单台泵的特性曲线可近似表示为He=501.1×105qv2(m3/s),适当关闭或开启阀门,两泵 即可串联或并联工作,已知水池和容器内液面 间的高度差为10m,容器内压强为98.1KPa(表), 管路总长为20m(包括各种管件的当量长度,但 不包括阀A),管径为50mm,假设管内流动已进 入阻力平方区,其摩擦系数=0.025,若两支路 皆很短,其阻力损失可忽略,试求阀门A全开,哪 种组合方式的输送能力大?§阀A=0.17
L
Ⅰ板式塔

五、塔主要尺寸确定

板间距
由塔径、气液负荷及制造维修等因素决定 取值范围：0.3~0.8米

传质高度
H=HT(N实际-1)

筛板塔塔径
计算两相流动参数：FLV=LS/VS(ρL/ρV)1/2 确定泛点气速
设计气速/泛点气速=0.8~0.85
计算流通面积 计算塔板总面积（考虑降液管面积影响） 塔径 圆整


负荷性能图
V
1 A 4 2 B 3 5
Hfd=Hd/Φ= HT+hw

4、液量下限线 当溢流堰顶上的液层厚度how等于6mm 时，对应液体流量的下限
L how 2.84 103 E s lw
2 3

5、液量上限线


操作弹性：

由液体在降液管中的停留时间决定 τ= AfHd/Ls≧3~5s VA/ VB


Fluid flow in packed columns
Trough Distributor
Orifice Pan Distributor,
Collector/Redistributor
Gas Injection Support Plate
Packing Support Plate
Mist Eliminator
第十章 气液传质设备

气液传质设备用于处理气液传质过程，包括吸收 和精馏过程，要求设备提供充分的气液接触。 气液传质设备
板式塔
逐级接触式 填料塔
微分接触式
Ⅰ板式塔

一、性能要求
分离效率高 气、液负荷大 有一定的操作弹性 塔板压降小 结构简单，制造维修方便，造价低

Ⅰ板式塔

二、塔板结构
Ⅰ板式塔

二、塔板结构
板间距 相邻两层塔板间的距离为板间距HT。板间距的大小关系 到正常操作气液流量的高限值，也和塔高相关。若板间 距取得大，允许的气液流量也大，但对一定塔板数而言， 需要的塔体也高。板间距的确定还要考虑制造和维修方 便. 板间距参考值（单流型）


二、塔板结构
气液接触元件及塔板型式
降液管
how hw ho
lw
受 液 区
降液区 Af
HT HT/ 液相 Φ
塔板 溢流堰
Af
有效传质区
Aa
气相
筛板塔结构
Ⅰ板式塔

二、塔板结构

有溢流和无溢流塔板
• 有溢流 无溢流
受 液 区
鼓泡区
降 液 区
Ⅰ板式塔

ຫໍສະໝຸດ Baidu二、塔板结构

降液管 液流程数（有溢流塔板）
（a） (a)单流型 (b)双流型
(b)
鼓泡状态
泡沫状态 塔板上的汽液接触状态
喷射状态
Ⅰ板式塔

三、塔板流体力学状况

气体通过塔板的压降
hf=hd+hl
hd=ξu02/（2g）ρv/ρl 液层压降 hl=β(hw+how)
其中干板压降

液面落差
进出口液层高度之差Δ﹤hd/2

漏液
漏液点
Ⅰ板式塔

p2
三、塔板流体力学状况 液泛 降液管液泛（溢流液泛） 降液管液面 H H Hd=hw+how +Δ+hf+Σhf 泡沫层高度 Hfd=Hd/Φ 其中相对泡沫层密度Φ=ρf/ρl 溢流液泛发生：泡沫层高度达到溢流堰上缘时
一、化工原理学科的发展历史
2、化工原理学科的发展与化学工业发展的关系 人类文明的历史也是化学工业的历史 化学工业发展时期 十八世纪中期前 （技术特点，人才要求） 十八世纪中期后 化学工程与工艺学科的建立只有一百多年的历史 边缘学科 3、学科发展方向 与新技术学科交叉 生命化学工程，信息化学工程，新能源化学工程
ⅡPacked columns

General arrangement of packed column The construction of packed columns
Liquid distributor Packings Redistributor Packing support plate Mist eliminator
物质的量 发光强度 力
K
mol cd
℃
℃
kgf
五、单位与因次

因次分析 基本量：长度L，质量M，时间T，温度 原则：变数之间的任何一个方程或关系式 在因次上必须一致
p u H Z g 2g ML L2 2 2 2 T L L M L L TL L L L 2 L3 T T2
6.2管路计算例题



从自来水池引一支路AB向居民供水，在站点B分 成两路，分别通向一楼和二楼。已知管AB，BC 和BD的长度（包括管件的当量长度）分别为 100m，10m及20m，管内径均为30mm，直管段 =0.03，两支路出口各安装一球心阀，假设A点 处压力为 3.43 ×105Pa（表），试求： 1.当一楼阀全开(门§=6.4),高度为5米的二楼能 否供水?此时AB管内流量为多少? 2.若将一楼阀门关小使其流量减半,二楼最大流量 为多少?

二、塔板结构
气液接触元件及塔板型式
泡罩 降液管
升气管
溢液堰
泡罩及泡罩塔板

二、塔板结构
气液接触元件及塔板型式
B
液相
A
气相 （a） （b）
图7-31 浮阀塔板和浮阀
Ⅰ板式塔

二、塔板结构

气液接触元件及塔板型式
筛板塔
结构 制造 造价 安装检修 操作弹性 板上开孔 最简单 低 极方便 较小
泡罩塔
四、化工原理中常用的基本概念




物料衡算 能量衡算 平衡关系 过程速率 Euler法和Lagrange法


控制体及控制面 系统或物系
五、单位与因次

1、各单位制的基本单位
量的名称 长度 质量 时间 电流 国际单位制 m Kg s A 物理单位制 cm g s s 工程单位制 m
热力学温度
ow w
p1 HT Hd
Hd/Φ=HT+hW

三、塔板流体力学状况 过量液沫夹带
当气速增加到某一值时，塔板压降急剧上升，液体充满整个降液管， 直至全塔，发生过量液沫夹带液泛；对应的气速为液泛气速（或 泛点气速），是塔操作气速的最大极限。 液沫夹带量若以每公斤干气体所夹带的液沫量ev表示，则实际经验 表明，当ev≥0.1kg液/kg干气时，为过量液沫夹带，塔处于不正常 操作状况。