化工原理第十章气液传质设备

•10.2.7筛板塔上流体力学计算 • 1． 塔板压降（流体阻力）
•塔板压降由如下三部分组成： •（１）干板压降；
•（２）通过液层的压降； • 通过液层得压降按有效液层阻力 计算 •（３）由表面张力引起的压降。 •由表面张力引起的压降值一般可忽略，故重要由前两项组成，即
• ２．筛板的几个操作极限 •（1）漏液点
（对常压及加
•泛点率由下列二式求之（采用计算结果中较大的数值）：
•
•及
•
•其中
•10.2.9 新型塔设备简介 •1．A.P.V．维斯脱泡罩—筛板塔
•2．多降液管筛板塔（又称MD筛板塔）
•（a）
•图10－31 多降液管筛板塔示意图
•3．网状筛板塔 •4．浮动舌形塔（简称浮舌塔）
化工原理第十章气液传质设 备
•10.1 填料塔
•10.1.1 填料塔和填料
•一、填料塔的结构 •填料塔是一种应用广泛的气液两相接触并进行 传热、传质的塔设备，可用于吸收（解吸）、 精馏和萃取等分离过程。填料塔不仅结构简单 ，而且具有阻力小和便于用耐腐蚀材料制造等 优点，尤其适用于塔直径较小地情形及处理有 腐蚀性的物料或要求压强较小的真空蒸馏系统 ，此外，对于某些液气比较大的蒸馏或吸收操 作，也宜采用填料塔。
•溢流堰设计按10.2.5节考虑，筛板塔的堰高可按以下要求设计：
•对一般的塔，应使塔上清夜层高度（堰高＋堰上液流高度）在 50～100mm之间，即
•对于真空度较高或要求压强很小的情况下，可使
时
。当液流量很大时，可以不设堰。
，此
•３．其他结构
• 降液管、内堰、受液盘及安定区、边缘区等要求按10.2.5节 设计。
• 3、 填料尺寸的选择
• 一般，填料尺寸（直径、波峰高）大，则比表面小，通量（容许 气速）大，压降低，但效率（每米填料的理论半数）也低，故多用于 生产能力（处理气量）大的塔。
•大型工业用规整填料塔常用波峰高12mm左右的板波填料（比表面约 为250m2/m3）。
• 对于理论板数很多或塔高受厂房限制的场合，一般用小尺寸、高 比表面填料。
• 二、填料
• 填料式填充于填料塔中的材料，它是填料塔的主要内构件，其作 用是增加气、液两相的接触面积，并提高液体的湍动程度以利于传质 、传热的进行。因此填料应能使气、液接触面积大、传质系数高，同 时通量大而阻力小。表征填料特性的主要参数有：
•1． 比表面积
•2． 空隙度
•3． 单位堆体积内的填料数目n
•10.2.8浮阀塔的设计 •1.浮阀塔型式
•2.阀的排列
•图10－26 F－1型浮阀
• 浮阀一般按正三角形排列，也
• 有采用等腰三角形排列的。
•浮阀中心距可取75、100 、
•125、150mm等几种。
•3.阀数确定
•4．溢流管及降液管 • 按10.2.5节及10.2.6节有关部分设计计算。 •5．塔板压降（液体阻力）
10.2 板式塔
•10.2.1板式塔的塔型简介
•右图中： •（a）为泡罩塔； •（b）为筛板塔； •（c）为浮阀塔； • (d ) 为固定舌型塔； •（e）为浮动喷射塔。
•10.2.2板式塔的操作原理
•通常在塔板以上形成三种 不同状态的区间：
•靠近塔板的液层底部属鼓 泡区，如图中（1）；
•在液层表面属泡沫区，如 图中（2）；
•
采用得气速。
•3．填料层高度
• 填料层高度由传质单元数或理论板数来推算。
•10.1.3填料塔得附属结构
•(c)
• 填料塔得附属结构包括填料支撑板，液体分布器，液体再分布器， 气、液体进口及出口装置等。
• 1、 支承板
•（c）条形升气管
•图10－5 填料的支撑
•2、 液体分布器 •（1）管式喷淋器
• 对于易结垢或易沉淀的物料通常用大尺寸的栅板（格栅）填料， 并在较高气速下操作。
•10.1.2填料塔的留题力学性能于传质性能 •一、填料塔内的流体流动 •1、填料层中的流动 •气体在填料层内的流动相当与气体在颗粒层内的流动。 • 2、 气液两相流动的交互影响和载点 •载干填料层内，气体流量的增大，将使压降按1.8~2.0次方增长。 • 3、 填料塔的液泛 • 当气液量达到某一定值时，两相交互作用恶性发展的结果会导致 •液泛现象的出现。此时上升气流对液流的曳力加大到足以阻止液体 •下流，于是液体充满填料层空隙，气体只能鼓泡上升。
•（2）降液管的形状
• 3． 溢流堰
•堰长 ：为使液流均匀通过塔板，一般对单溢流 •对双溢流 •一般堰上最大液流量，不宜超过100～130m3/(m h)。
•４．堰上液层高度
• ５．液体通过降液管得阻力
• ６．降液管到下板间距 •一般情况下， 值应使液体通过降液管得阻力不要超过25mm。此 外，应浸没在液层中以保持液封防止气体进入降液管，所以此值 应小于堰高 ，一般取
• 由于规则填料气、液分布较均匀，放大效应小，技术指标由于乱 堆填料，故近年来规则填料的应用日趋广泛，尤其是大型塔和要求压 降低的塔，但装卸清洗较为困难。
• 对于生产能力（塔径）大，或分离要求较高，压降有限制的塔 ，选用孔板波纹填料较宜，如苯乙烯—乙苯精馏塔、润滑油减压塔等 。
•对于一些要求持液量较高的吸收体系中，一般用乱堆填料。乱堆填 料中，综合技术性能较优越是金属鞍环、阶梯环、其次是鲍尔环，再 次是矩鞍填料。
•（2）陶瓷填料一般用于腐蚀性介质，尤其是高温时，但对HF和高 温下的H3PO4与碱不能使用。
•（3）金属材料一般耐高温，但不耐腐蚀。不锈钢可耐一般的酸碱 腐蚀（含C1－的酸除外），但价格较昂贵。
• 2、 填料类型的选择
• 首先取决于工艺要求，如所需理论级数，生产能力（气量）， 容许压降，物料特性（液体黏度、气相和液相中是否有悬浮物或生产 过程中的聚合等）等，然后结合填料特性来选择，要求所选填料能满 足工艺要求，技术经济指标先进，易安装和维修。
•（2）雾沫夹带
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•（３）液泛
•板式塔的设计中要求降液管中的液柱高 不超过板间距
的
倍，即
•
• ３．板塔的负荷性能图 •将塔板的操作上下限绘在图上， •称为负荷性能图。 •(1)图中线a为最小液体负荷线。 •(2)线b为漏液线。 •(3)线c为最大液体负荷线。 •(4)线d按液体在降液管中允许停 •留时间计算。 •(5)线e为降液管液泛线。 • (6)线 f为雾沫夹带线。
•（1）干板压降 •阀全开前
•阀全开后 •（2）通过液层的
•6．液面梯度
•建议2～3m直径的单溢流塔中，若溢流强度不大于50m3/(m h)时， 可使塔板倾斜度按每3m倾角10考虑，溢流强度较低时，倾角可小些。
•7．漏液点核雾沫夹带
•（1）漏液点 • 一般认为漏液点的阀孔动能因素为 • 压塔），故以此值作为操作下限。 •（2）雾沫夹带
•10.2.6筛板塔得结构设计 • 1． 筛板的开孔
•为了使筛板的利用率高，筛孔多取三 角形排列（见图１０－２１）。当孔 间距和孔径确定后，开孔面积与塔板 开孔区面积之比（ ），由下式计算 ：
•开孔区面积对于单溢流塔板可用下式计算：
•对于双溢流塔板
•塔板上的筛孔总数n可用下式计算：
• 2． 溢流堰
• 填料塔气体进口的构形应考虑液体倒灌，更重要的是要有利 于气体均匀地进入填料层，对于小塔常见地方式是使进气管伸至 塔截面的中心位置，管端作向下倾斜的切口或向下弯的喇叭口。 对于大塔，应采取其他更为有效的措施。
• 气体出口有时需设置除雾沫装置，常用的除沫装置有折流板 除雾器、丝网除雾器等。
• 液体的出口应保证形成塔的液封，并能放置气体的挟带。
•4． 堆积密度
•5． 干填料因子及填料因子
•6． 机械强度及化学稳定性
• 此外，性能优良的填料还必须满足制造容易、造价低廉等多方面 的要求。
• 常用的填料可分为两大类：个体填料与规整填料。个体填料由实心 的固体块、中空的环形填料、表面开口的鞍形填料等，其常用的构造 材料包括陶瓷、金属、塑料（聚丙烯、聚氯乙烯等）、玻璃、石墨。 陶瓷填料耐腐蚀，但易碎，空隙率小；金属填料比表面积及空隙率大 ，通量大，效率高，但不锈钢价贵，普通钢易腐蚀；塑料填料比表面 积大，空隙率较高，但不耐高温。工业上常用的一些个体填料如下。
• 三、填料的传质性能 •1.填料润湿表面的计算
•2.液相传质系数计算 •3.气相传质系数
• 四、一些设计指标
•1．填料尺寸
• 一般认为上述比值至少要等于8，对拉西环填料还须大一些。
•2．操作气速
• 操作气速可按下列两种方法之一决定：
• （1）取操作气速等于液泛气速得0.5~0.8倍；
• （2）根据生产条件，规定出可容许得压力降，由此压力将反算出可
• 二、填料塔的水力学性能
•1、压力降
• 反映填料层阻力的压降随填料的类型与尺寸不同而变化。
•2、 液泛 • 气速通常取泛点气速的50％～80％。填料塔的直径D：
•3、载液 • 从正常到载液的过渡往往是一段圆滑曲线。 •4、持液量 • 持液量指单位体积填料层载其空隙中所持有地液体量。 •5、润湿速率
•在液层上方空间属雾沫区 ，如图中（3）。
•10.2.3板式塔塔径的估算 •塔径可按流量方程求得，即 • 因此 •气速 的计算
• 值应按下式进行校正：
•10.2.4塔板流动形式
•有降液管得板式塔常用得塔板液流型式有以下几种：
•1．单溢流型 如图10—14（a）。 2．双溢流型 如图10—14（b） 。
•3．U形溢流型 如图10—14（c）。 4．四溢流型 如图10—14（d） 。
•10.2.5塔板的共同结构
•1．塔板的几个区域 • 各种塔板版面大致可分 为三个区域：降液管所占 的部分称为溢流区；塔板 开空部分称为鼓泡区；图 10—15中阴影部分称为无 效区。
•2．降液管 •（1）降液管的作用和液体在降液管的停留时间 • 一般要求停留时间大于3～5s,即按下式计算：
•图10－2 填料的形状
• 三、填料得选择
•1、填料用材的选择
•（1）当设备操作温度较低时，塑料能长期操作而不出现变形，在 此种情况下如果体系对塑料无溶胀时可考虑使用塑料，因其价格低 、性能良好。塑料填料的操作温度一般不超过1000C，玻璃纤维增强 的聚丙烯填料可达1200C左右。塑料除浓硫酸、浓硝酸等强酸外，有 较好的耐腐蚀性，但塑料表面对水溶液的润湿性差。
•图10－6 管式喷淋器
•（2）莲蓬式喷淋器 •（3）盘式喷淋器
•（4）齿槽式分布器
•图10－9 槽式喷淋器
• 4、 其他
• 为避免操作中因气速波动而使填料被冲动及损坏，常需在填 料层顶部设置填料压板或挡网，否则有可能使填料层结构及塔的 性能急剧恶化，破碎的填料也可能被代入气、液出口管路而造成 阻塞。