化工原理-板式塔及其设计计算

塔板间距 HT，m 0.2-0.3
0.3-0.35
0.35-0.45 0.45-0.6
0.5-0.8
≥0.6
（2）塔径 确定原则： 防止过量液沫夹带液泛 步骤： 先确定液泛气速 uf (m/s)；
然后选设计气速 u； 最后计算塔径 D。
① 液泛气速
uf C
L V V
C
C20
20
0.2
C：气体负荷因子，与 HT、 液体表面张力和两相接触状况有关。
化工原理-板式塔及其设计计 算
3.1概述
高径比很大的设备称为塔 1.塔设备的基本功能和性能评价指标 ①使汽液两相充分接触，适当湍动，提供尽
可能大的传质面积和传质系数，接触后两 相又能及时完善分离 ②在塔内使汽、液两相具有最大限度的接近 逆流，以提供最大的传质推动力
塔设备性能的评价指标
• 通量——单位塔截面的生产能力，表征塔 设备的处理能力和允许空塔气速
说明：两种液泛互相影响和关联，其最终现象相同。
（2） 严重漏液 漏液量增大，导致塔板上难以维持正常操作所需的液面，无
法操作。此漏液为严重漏液，称相应的孔流气速为漏液点气速 。
3.4 常用塔板的类型
塔板是气液两相接触传质的场所，为提高塔板性能， 采用各种形式塔板。 （1）泡罩塔
组成：升气管和泡罩
优点：塔板操作弹性大，塔效率也比较高，不易堵。 缺点：结构复杂，制造成本高，塔板阻力大但生产能力不大。
lWD fA d A T
或： lWD fbd D
单流型：lW D0.60.75
双流型: lWD0.50.7
说明：通常应使溢流强度qVLh/lW 不大于100~130 m3/（mh）。
堰上方液头高度 hOW ：
how2.84103EqlV WL h 2/3
其中， E：液流收缩系数，一般可近似取 E =1。
泡罩塔
圆形泡罩 条形泡罩
（2）筛板塔板 塔板上开圆孔，孔径：3 - 8 mm，大孔径筛板：12 - 25 mm。
优点：结构简单、造价低、塔板阻力小。 目前，广泛应用的一种塔型。
筛板
（3）浮阀塔板 浮阀塔盘
方形浮阀
圆形浮阀
条形浮阀
方形浮阀
F1型浮阀
优点：浮阀根据气体流量，自动调节开度，提高了塔板的操作弹 性、降低塔板的压降，同时具有较高塔板效率，在生产中得到广 泛的应用。
浮阀塔内部结构
③ 受液盘 塔板上接受液体的部分。
④ 溢流堰 使塔板上维持一定高度的液层，保证两相充分接触。
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 液沫夹带、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。
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。
3.3 塔内气、液两相异常流动
（1）液泛 如果由于某种原因，使得气、液两相流动不畅，使板上液
层迅速积累，以致充满整个空间，破坏塔的正常操作，称此现 象为液泛。
液 泛现象：
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。
说明：开始发生液泛时的气速称之为液泛气速 。
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 管液泛。
• 分离效率——单位压降塔的分离效果，对 板式塔以板效率表示，对填料塔以等板高 度表示
• 适应能力——操作弹性，表现为对物料的 适应性及对负荷波动的适应性
2.塔设备的类型
根据塔内气、液接触构件的结构形式，分为 板式塔和填料塔
按塔内汽液接触方式，分为逐级接触式（连 续）和微分（连续）接触式之分
板式塔：塔内设置一定数量的塔板，处理物 料量大时采用
填料塔：塔内装有一定高度的填料，塔径较 小时采用
3.2板式塔
按照塔内汽液流动的方式，可将塔板分为错 流塔板和逆流塔板
汽、液两相接触方式 全塔：逆流接触 塔板上：错流接触 液体：重力
两相流动的推动力 气体：压力差
塔板结构 ① 气体通道 形式很多，如筛板、浮阀、泡罩等，对塔板性能影响很大。
② 降液管（液体通道） 液体流通通道，多为弓形。
缺点：浮阀易脱落或损坏。
（4）多降液管（MD）塔板 优点：提高允许液体流量
3.5筛板塔化工设计计算
（1）塔的有效高度 Z 已知：实际塔板数 NP ； 选取塔板间距 HT；
有效塔高： ZHT Np
理论塔板数计算
塔体高度：有效高+顶部+底部+ 其它 选取塔板间距 HT ：
塔板间距和塔径的经验关系
塔径 D，m 0.3-0.5 0.5-0.8 0.8-1.6 1.6-2.0 2.0-2.4 >2.4
要求： hOW6mm
bc
(4) 塔板及其布置 ① 受液区和降液区 一般两区面积相等。
两相流动参数 FLV：
FLVq qV VsV sL
l v
qmL qmV
V L
② 选取设计气速 u 选取泛点率： u / uf 一般液体， 0.6 ~0.8 易起泡液体，0.5 ~ 0.6
A
D
Ad
设计气速 u = 泛点率 ×uf
③ 计算塔径 D
所需气体流通截面积 A V s u
A = AT - Ad
塔截面积：
AT源自文库
A 1 Ad
AT
塔径 D 4 AT
说明：计算塔径需圆整，且重新计算实际气速及泛点率。
（3）溢流装置设计 ① 溢流型式的选择 依据：塔径 、流量； 型式：单流型、U 形流型、双流型、阶梯流型等。
② 降液管形式和底隙 降液管：弓形、圆形。 降液管截面积：由Ad/AT = 0.06 ~ 0.12 确定； 底隙 hb ：通常在 30 ~ 40 mm。
③ 溢流堰（出口堰） 作用：维持塔板上一定液层，使液体均匀横向流过。 型式：平直堰、溢流辅堰、三角形齿堰及栅栏堰。
堰高 hW：直接影响塔板上液层厚度 过小，相际传质面积过小； 过大，塔板阻力大，效率低。 常、加压塔：40 ~ 80 mm ； 减压塔：25 mm 左右。
堰长 lW ：影响液层高度。