化工设计课件板式塔设计

第六节板式塔6-6-1板式塔概述板式塔是重要的气-液传质设备汽、液两相接触方式：全塔：逆流接触塔板上：错流接触两相流动的推动力：液体：重力气体：塔压（塔底塔顶）设计意图：使气、液两相充分接触传质获得最大传质推动力充分接触：接触时间足够长接触面积足够大，且不断更新塔板结构：1、气体通道形式很多，如筛板、浮阀等。对塔板性能影响很大。2、降液管（液体通道）多为弓形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，均匀穿过液层气液接触方式：鼓泡，泡沫和喷射接触状态气液传质，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，需重新分离，板效率降低，能耗增加。2、不均匀流动液面落差（水力坡度）：塔壁作用（阻力）：6-6-2板式塔中气液相异常流动一、液泛(淹塔)液体充满塔板之间的空间，塔的正常操作，不能进行。传质的非理想流动，使实际塔板效率低于理论塔板引起塔板上气速不均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。原因：1、过量液沫夹带液泛气速过高——液泛气速二、严重漏液原因：1、气速过小漏液点气速2、液层厚度不均2、降液管液泛降液管阻力过大引起根源：再沸器、冷凝器热负荷过大或设计不合理特点：塔板阻力剧增6-6-3常用塔板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。塔板性能评价：生产能力大，塔板效率高，塔板阻力小，操作弹性大，结构简单，维修方便，成本低。常用塔板类型1、泡罩塔板组成：升气管和泡罩优点：塔板效率高，操作弹性大对物料适应性强，不易堵缺点：生产能力不大，阻力大结构复杂，成本高。2、筛孔塔板塔板上开圆孔孔径：3-8mm大孔径筛板：12-25mm优点：结构简单，造价低廉3、浮阀塔板组成：浮阀根据气体流量，自动调节开度优点：操作弹性大，阻力小；塔板效率高。缺点：用久后，操作易失常。4、喷射型塔板气流方向：垂直→小角度倾斜改善液沫夹带、液面落差ⅠⅡⅢ20°α=R2550Ⅰ三面切口舌片;Ⅱ拱形舌片;Ⅲ50×50mm定向舌片的尺寸和倾角图6-55舌形塔板气液接触状态：喷射状态连续相：气相，分散相：液相促进两相传质形式：舌形塔板、浮舌塔板、斜孔塔板、垂直筛板等5、多降液管塔板提高允许液体流量6、林德筛板用于减压塔的低阻力、高效率塔板。斜台：抵消液面落差导向孔：使气、液流向一致，减小液面落差7、无溢流塔板有溢流塔板：有降液管的塔板无溢流塔板：无降液管的塔板形式：无溢流栅板和无溢流筛板特点：生产能力大，塔板阻力小；但操作弹性小，塔板效率低。6-6-4板式塔的化工设计计算•塔板设计前要做的其它工作（1）物料衡算和热量衡算任务书给定条件：板型、板的位置、进料量、进料组成、进料状态、两端产品组成、回流比、总板效率要确定的量：L、V、L’、V’（质量单位、体积单位）、Q（2）板数计算：N、Nf、NP、NPf（3）物性参数确定：α、σ、λ、μ、ρ--------6-6-4板式塔的化工设计计算一、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：塔体高度：有效高+顶部+底部+其它安装高度pTNHZ选取塔板间距HT：考虑经济性HT↓，则塔高↓，液沫夹带量↑，液泛气速↓HT↑，则塔内气速↑，塔径可↓，但塔高↑塔径D，m0.3-0.50.5-0.80.8-1.61.6-2.02.0-2.42.4塔板间距HT，m0.2-0.30.3-0.350.35-0.450.45-0.60.5-0.8≥0.6塔板间距和塔径的经验关系二、塔径原则：防止过量液沫夹带液泛，先确定液泛气速uf(m/s)，然后选设计气速u，计算塔径D。1、液泛气速：VVLfCuLVVLvlssLVWWVLFC：气体负荷因子C=f(HT,液体表面张力，两相接触状况）两相流动参数FLV：式中，Vs、Ls：气、液相体积流率m3/sWL、WV：气、液相质量流率kg/s纵坐标：两相流动参数FLV横坐标：2.02020CC对于筛板塔(浮阀、泡罩塔)可查图，C20=(HT、FLV)VLVfuC20C20：σ=20mN/m时的气体负荷因子uVAs选定HT，计算出FLV及C，可计算液泛气速ufVVLfCu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设计气速u=泛点率×uf所需气体流通截面积选取Ad/AT，计算塔径DTAD4TdTAAAA1塔截面积AT=气体流通截面积A-降液管面积Ad即：A=AT-Ad塔截面积计算塔径需圆整，系列化标准：0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1.0,1.2,1.4,1.6,1.8,2.0m等选取Ad/AT原则单流型弓形降液管：0.06--0.12多流型：可适当增大U形流型：可适当减小•注意：必须用圆整后的D确定泛点率及实际气速等。液流型式选取参考表液体流量m3/h塔径mU型流型单流型双流型阶梯流型1.07451.49702.0119090-1603.011110110-200200-3004.011110110-230230-3505.011110110-250250-4006.011110110-250250-450三、溢流装置包括降液管、溢流堰、底隙1.降液管和底隙降液管：弓形、圆形底隙hb：30--40mm2.溢流堰维持塔板上一定液层使液体均匀横向流过堰长lW：影响液层高度或：单流型：双流型: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--80mm减压塔：25mmTdWAAfDlDbfDldW75.06.0DlW7.05.0DlW查书上图，求lW溢流强度Lh/lW100~130m3/mh3/231084.2WhowlLEh四、塔板及其分布受液区和降液区入口安定区和出口安定区边缘区：有效传质区：Aa其中，E：液流收缩系数一般，取E=1要求：mmhOW6mmbbss10050mmbc50堰上方液头高度hOW：)sin(21222rxrxrxAa)sin(2)sin(211221211222rxrxrxrxrxrxAa五、筛孔的尺寸和排列筛孔：有效传质区内，常按正三角形排列筛板开孔率ф：单流型弓形降液管塔板：双流型弓形降液管塔板：aoAA20220907.060sin21421tdtdo00AVuS20200785.04dAdAna选择孔径d0，确定开孔率фd0:3--8mm12--25mm(大筛孔)t:(2.5~5)d0——取整ф:0.06--0.14（大、小）板厚：碳钢、不锈钢筛孔气速：筛孔数：六、阀孔的尺寸及排列（p.212）•排列：一般为三角形•型式：F1、V-4、十字架型、A型、V-O型---F1型：d0=39mmt=75、100、125mm等腰三角形排列（p.215)•常压、减压塔：Ф=10%～14%加压塔：10%n和Ф的初步确定：选取阀孔动能因子F0=8—12用下式计算u0等参数22022044DdnDdn0205.0004)(udVnFuSV•注意：分块式塔板（0.8---0.9m整）先要d排阀，最后确定u0、Ф七、塔板的校核对初步设计的结果进行调整和修正VvLVvLWeWWeeWevsLsVLvVLWWe111、液沫夹带量校核•质量夹带率ev：单位量气体所夹带的液体量kg液体/kg气体，或kmol液体/kmol气体•夹带速率e：单位时间夹带到上层塔板的液体量，kg液体/h•液沫夹带分率ψ：每层板夹带的液体占进入该板的液体的分率。则：七、校核•筛板塔：方法一，查Fair图(教材72页)，可求Ψ方法二，用Hunt公式：2.33107.5fTvHHue式中Hf为板上泡沫层高度：Hf=2.5(hW+hoW)•要求：ev≤0.1kg液体/kg气体•浮阀塔：D0.9m：F10.65~0.75验证泛点率F1一般的大塔：F10.8~0.82负压塔：F10.75~0.77FTVLVSFbSVLVSKCAVFKCAZLVF78.036.111或Z——液体横过塔板流动的行程K—物性系数，查表5-11，对正常系统K=1CF—泛点负荷因子，查图（设217页）Ab—板上液流面积，Ab=AT-2Ad单流型:Z=D-2bd双流型:Z=(D-2bd-bd’)/2•取以上计算值的大者做判断•超过允许值，应调整塔板间距或塔径2、塔板阻力的计算和校核塔板阻力：清液柱高度m(液柱)gphLff塔板阻力hf:（1）干板阻力h0—气体通过板上孔的阻力（设无液体时）（2）液层阻力hl—气体通过液层阻力（3）克服液体表面张力阻力hσ—孔口处表面张力（1）干板阻力，m(液柱)筛板：200,021CuggphLVLofC0—孔流系数，查图6-72（教材）浮阀：先联立以下二式求临界阀孔气速u0,KLLvu：hgu：h/9.19234.5200200阀未全开时阀全开比较：若u0≥u0,K，用上式（全开）若u0≤u0,K，用下式（未全开）•若塔板阻力过大，可增加开孔率或降低堰高03104dghL（3）克服液体表面张力阻力：一般可不计，m(液柱)OWWlhhh（2）液层阻力，m(液柱)筛板：查图求β（教材73页）浮阀：β=0.53、降液管液泛校核降液管中清液柱高度(m)dLoWWdhgpphhH12)()()4(0476.032vLfsLfbHLZHbdfOWWhhhh①液面落差Δ，一般较小，可不计；当不可忽略时，要求：Δ0.5h0282211018.1153.02bWsbWsddhlLhlLguhdlLddHHH''②液体通过降液管阻力hd，hd=hd1+hd2，主要考虑底隙阻力hd1，无进口堰时hd2=0•泡沫层高度要求Hd’HT+hW•若泡沫高度过大，可减小塔板阻力或增大塔板间距泡沫层相对密度：对不易起泡物系，Φ=0.5-0.6易起泡物系，Φ=0.3-0.44、液体在降液管中停留时间校核目的：避免严重的气泡夹带sTdLHA停留时间要求s53停留时间过小，可增加降液管面积或增大塔板间距5、严重漏液校核漏液点气速u0´：发生严重漏液时筛孔气速稳定系数00uuK•筛板塔：1）计算严重漏液时干板阻力h0´hhhhOWW13.00056.002）计算漏液点气速u0´0002hgCuVL•如果稳定系数K过小，可减小开孔率或降低堰高•浮阀：取F0’=5VFu/00八、塔板的负荷性能图——确定塔板的操作弹性1.0107.52.33fTvHHue（1）过量液沫夹带线（气相负荷上限线）规定：ev=0.1（kg液体/kg气体）为限制条件•筛板塔：Hf=2.5(hW+hoW)3/231084.2WhowlLEhdThAAVu3600/3232.313)(101.75.21081.8WhWThlLhHAV•浮阀塔，取F1=0.8FTVLVSFbSVLVSKCAVFKCAZLVF78.036.111或估计：Ab0.78AT时用第二式Ab0.78AT时用第一式（多见）Ab=AT-2Ad塔板上液流面积(2)液相下限线规定006.01084.23/23WhowlLEh整理出：Lh=3.07lW——与y轴平行（3）严重漏液线（气相下