2009-8-20
第七章气液传质设备一、板式塔的构造二、板式塔的流体力学性质三、板式塔的操作特性四,塔板效率第一节板式塔
2009-8-20
气液传质设备逐级接触式微分接触式板式塔填料塔
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一、板式塔的构造
1,板式塔的结构
1） 塔板的构造
筛孔
降液管
溢流堰
（ 剖面图 ）
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降液管受液区溢流堰安定区 开孔区俯视图
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2） 塔板类型
a） 泡罩塔板
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b） 筛孔塔板
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c） 浮阀塔板
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d） 舌型塔板
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e） 斜孔塔板
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3） 塔板的比较塔板性能比较塔板类型 相对生产能力 相 对板效率 操作范围 压强 降 结构 成本泡罩板 1.0 1.0 10～ 100 高 复杂 1.0
筛板 1.2～ 1.4 1.1 35～ 100 低 简单 0.4～ 0.5
浮阀板 1.2～ 1.3 1.1～ 1.2 10～ 100 中 一般 0.7～ 0.8
舌型塔板 1.3～ 1.5 01.1 50～ 100 低 最简单 0.5~0.6
斜孔板 1.5～ 1.8 1.1 30～ 100 低 简单 0.5
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各种塔板的优点及适用范围优 点 缺 点 适用范围塔板类型泡罩板 较成熟,操作范围宽 结构复杂,阻力大,生产能力低 某些要求弹性好 的特殊塔浮阀板 效率高,操作范围宽采用不锈钢,
浮阀易脱落分离要求高,负荷变化大 ;原油常压分馏塔筛板 效率较高,成本低 安装要求水平,易堵,操作范围窄 分离要求高,塔板较多 ;化工中丙烯塔舌型板 结构简单,
生产能力大操作范围窄,
效率较低分离要求较低的闪蒸塔斜孔板 生产能力大,效率高操作范围比浮阀塔和泡罩塔窄分离要求高,生产能力大
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二、板式塔的流体力学性质
1,塔板上气液两相的接触状态两相接触面积为气泡表面
1） 鼓泡接触状态
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2） 泡沫接触状态传质表面面积很大的液膜
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3） 喷射接触状态两相传质面积是液滴的外表面
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2,气体通过塔板的压降塔板压降干板压降液层阻力压降增大接触时间 ↑ 板效率 ↑ 板数 ↓ 设备费 ↓
塔釜温度 ↑ 能耗 ↑ 操作费 ↑
保证较高效率的前提下,力求减小塔板压降,以降低能耗和改善塔的操作 。
克服板上泡沫层的静压形成气液界面的能量消耗通过液层的摩擦阻力损失
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3,塔板上的液面落差液面落差 △,塔板进,出口侧的清液高度差液面落差 气流的不均匀分布 严重 漏液 板效率下降与塔板结构,塔径,流量有关 。
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三、板式塔的操作特性
1,塔板上的异常操作现象
1） 漏液漏液 两相在塔板上的接触时间 ↓ 板效率 ↓
控制,漏液量不大于液体流量的 10%。
漏液气速,漏液量达到 10%的气体速度 。
——板式塔操作的气速下限原因,气速太小,板面上液面落差引起的气流分布不均匀安定区
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2） 液沫夹带影响因素
空塔气速,空塔气速减小,液沫夹带量减小
塔板间距,板间距增大,液沫夹带量减小现象,液滴随气体进入上层塔板 。
后果,过量液沫夹带,造成液相在板间的返混,板效率下降控制,液沫夹带量 eV＜ 0.1kg(液 )/kg(气 )。
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3） 液泛液泛夹带液泛降液管液泛原因,气液两相流速过大影响因素,流量,塔板结构板间距大 液泛速度高
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2,塔板的负荷性能图
V
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雾沫夹带线 （ 气体流量上限线 ） 线 1
液泛线 （ 线 2）
液相负荷上限线 （ 线 3）
漏液线 （ 气体流量下限线,线 4）
液相负荷下限线 （ 线 5）
1） 负荷性能图中各线的意 义
1,2,3,4,5五条线所包围的区域,既是一定物系在一定的结构尺寸塔板上正常操作区 。
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2） 负荷性能图的分析
V
C 操作点操作极限
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操作弹性,两极限的气体流量之比
操作点位于操作区内的适中位置,可获得稳定良好的操作效果
同一层塔板,操作情况不同,控制负荷上下限的因素也不同
物系一定时,负荷性能图中各线的相对位置随塔板尺寸而变例,加大板间距 或 增大塔径 可使 液泛线上移,
增加降液管截面积 可使 液相上限线右移,
减少塔板开孔率 可使 漏液线下移 。
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四、塔板效率
1,塔板效率的表示法
1） 总板效率 ET(全塔效率 ）
达到指定分离效果所需理论板层数与实际板层数的比值 。
p
T
T N
NE?
简单地反映了整个塔内的平均传质效果 。
2） 单板效率 EM(默弗里效率 )
直接反映该层塔板的传质效果
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1
*
1
nn
nn
MV yy
yyE
*
1
1
nn
nn
ML xx
xxE
分析：单板效率的数值有可能大于 100%吗？
3） 点效率 EO
1
*
1
n
n
OV yy
yyE
试比较点效率与单板效率,全塔效率
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2,塔板效率的估算
1） 影响塔板效率的因素
a） 物系性质,粘度,密度,表面张力及相对挥发度等 。
b） 塔板结构,塔径,板间距,堰高及开孔率等 。
c） 操作条件,温度,压强,气体上升速度及气液流量比
。 2） 板效率的估算
——注意公式适用条件
第七章气液传质设备一、板式塔的构造二、板式塔的流体力学性质三、板式塔的操作特性四,塔板效率第一节板式塔
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气液传质设备逐级接触式微分接触式板式塔填料塔
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一、板式塔的构造
1,板式塔的结构
1） 塔板的构造
筛孔
降液管
溢流堰
（ 剖面图 ）
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降液管受液区溢流堰安定区 开孔区俯视图
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2） 塔板类型
a） 泡罩塔板
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b） 筛孔塔板
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c） 浮阀塔板
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d） 舌型塔板
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e） 斜孔塔板
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3） 塔板的比较塔板性能比较塔板类型 相对生产能力 相 对板效率 操作范围 压强 降 结构 成本泡罩板 1.0 1.0 10～ 100 高 复杂 1.0
筛板 1.2～ 1.4 1.1 35～ 100 低 简单 0.4～ 0.5
浮阀板 1.2～ 1.3 1.1～ 1.2 10～ 100 中 一般 0.7～ 0.8
舌型塔板 1.3～ 1.5 01.1 50～ 100 低 最简单 0.5~0.6
斜孔板 1.5～ 1.8 1.1 30～ 100 低 简单 0.5
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各种塔板的优点及适用范围优 点 缺 点 适用范围塔板类型泡罩板 较成熟,操作范围宽 结构复杂,阻力大,生产能力低 某些要求弹性好 的特殊塔浮阀板 效率高,操作范围宽采用不锈钢,
浮阀易脱落分离要求高,负荷变化大 ;原油常压分馏塔筛板 效率较高,成本低 安装要求水平,易堵,操作范围窄 分离要求高,塔板较多 ;化工中丙烯塔舌型板 结构简单,
生产能力大操作范围窄,
效率较低分离要求较低的闪蒸塔斜孔板 生产能力大,效率高操作范围比浮阀塔和泡罩塔窄分离要求高,生产能力大
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二、板式塔的流体力学性质
1,塔板上气液两相的接触状态两相接触面积为气泡表面
1） 鼓泡接触状态
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2） 泡沫接触状态传质表面面积很大的液膜
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3） 喷射接触状态两相传质面积是液滴的外表面
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2,气体通过塔板的压降塔板压降干板压降液层阻力压降增大接触时间 ↑ 板效率 ↑ 板数 ↓ 设备费 ↓
塔釜温度 ↑ 能耗 ↑ 操作费 ↑
保证较高效率的前提下,力求减小塔板压降,以降低能耗和改善塔的操作 。
克服板上泡沫层的静压形成气液界面的能量消耗通过液层的摩擦阻力损失
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3,塔板上的液面落差液面落差 △,塔板进,出口侧的清液高度差液面落差 气流的不均匀分布 严重 漏液 板效率下降与塔板结构,塔径,流量有关 。
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三、板式塔的操作特性
1,塔板上的异常操作现象
1） 漏液漏液 两相在塔板上的接触时间 ↓ 板效率 ↓
控制,漏液量不大于液体流量的 10%。
漏液气速,漏液量达到 10%的气体速度 。
——板式塔操作的气速下限原因,气速太小,板面上液面落差引起的气流分布不均匀安定区
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2） 液沫夹带影响因素
空塔气速,空塔气速减小,液沫夹带量减小
塔板间距,板间距增大,液沫夹带量减小现象,液滴随气体进入上层塔板 。
后果,过量液沫夹带,造成液相在板间的返混,板效率下降控制,液沫夹带量 eV＜ 0.1kg(液 )/kg(气 )。
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3） 液泛液泛夹带液泛降液管液泛原因,气液两相流速过大影响因素,流量,塔板结构板间距大 液泛速度高
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2,塔板的负荷性能图
V
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雾沫夹带线 （ 气体流量上限线 ） 线 1
液泛线 （ 线 2）
液相负荷上限线 （ 线 3）
漏液线 （ 气体流量下限线,线 4）
液相负荷下限线 （ 线 5）
1） 负荷性能图中各线的意 义
1,2,3,4,5五条线所包围的区域,既是一定物系在一定的结构尺寸塔板上正常操作区 。
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2） 负荷性能图的分析
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C 操作点操作极限
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操作弹性,两极限的气体流量之比
操作点位于操作区内的适中位置,可获得稳定良好的操作效果
同一层塔板,操作情况不同,控制负荷上下限的因素也不同
物系一定时,负荷性能图中各线的相对位置随塔板尺寸而变例,加大板间距 或 增大塔径 可使 液泛线上移,
增加降液管截面积 可使 液相上限线右移,
减少塔板开孔率 可使 漏液线下移 。
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四、塔板效率
1,塔板效率的表示法
1） 总板效率 ET(全塔效率 ）
达到指定分离效果所需理论板层数与实际板层数的比值 。
p
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T N
NE?
简单地反映了整个塔内的平均传质效果 。
2） 单板效率 EM(默弗里效率 )
直接反映该层塔板的传质效果
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MV yy
yyE
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分析：单板效率的数值有可能大于 100%吗？
3） 点效率 EO
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OV yy
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试比较点效率与单板效率,全塔效率
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2,塔板效率的估算
1） 影响塔板效率的因素
a） 物系性质,粘度,密度,表面张力及相对挥发度等 。
b） 塔板结构,塔径,板间距,堰高及开孔率等 。
c） 操作条件,温度,压强,气体上升速度及气液流量比
。 2） 板效率的估算
——注意公式适用条件
