化工原理少课时版板式塔ppt课件

优点：结构简单、造价低、塔板阻力小优点：结构简单、造价低、塔板阻力小目前，广泛应用的一种塔型。目前，广泛应用的一种塔型。塔板上开圆孔，孔径：3-8 mm，大孔径筛板：12-25 mm。一、一、塔板结构（筛孔塔板为例）塔板结构（筛孔塔板为例）优点：结构简单、造价低、塔板阻力小塔板上开圆孔，孔径：3-1 筛筛 板板 筛 板2功能：为混合物的气、液两相提供多级的充分、有效的接触与及功能：为混合物的气、液两相提供多级的充分、有效的接触与及时、完全分离的条件。时、完全分离的条件。汽、液两相接触方式汽、液两相接触方式 两相流动的推动力两相流动的推动力 全塔：逆流接触全塔：逆流接触塔板上：错流接触塔板上：错流接触液体：重力液体：重力气体：压力差气体：压力差汽、液两相接触方式 两相流动的推动力 全塔：逆流接触3（一）汽液鼓泡区（一）汽液鼓泡区（一）汽液鼓泡区4（二）（二）溢流堰（出口堰）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。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。型式：平直堰、溢流辅堰、三角形齿堰及栅栏堰。（二）溢流堰（出口堰）5 平流堰溢流辅堰 平流堰溢流辅堰6三角形齿堰栅栏堰三角形齿堰栅栏堰7（三）（三）降液管降液管 降液管：弓形、圆形。降液管：弓形、圆形。塔板上塔板上理想流动理想流动情况情况：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，达相平衡相平衡，分离后，继续流动。（三）降液管塔板上理想流动情况：8 塔塔的的操操作作能能否否正正常常进进行行，与与塔塔内内气气液液两两相相的的流流体体力力学学状状况况有有关关。（一）气液接触状态（一）气液接触状态1.鼓泡接触状态鼓泡接触状态 当当操操作作气气速速很很低低时时，气气流流断断裂裂成成少少数数气气泡泡在在板板上上液液层层中中上上升升，板板上上存存在在有有大大量量清清液液层层，相相际际接接触触面面积积为为气气泡泡表表面面。由由于于气气泡泡数数量量较较少少，气气泡泡表表面面的的湍湍动动程程度度也也较较低低，所所以以鼓鼓泡泡接接触触状态的传质阻力较大状态的传质阻力较大,效率较低。效率较低。此此时时，气气相相为为分分散散相相而而液液相相为为连连续相。续相。二、二、塔板上气、液两相流动状态塔板上气、液两相流动状态 塔的操作能否正常进行，与塔内气液两相的流体力学状况92.泡沫接触状态泡沫接触状态 随随着着气气速速增增大大，气气泡泡数数量量急急剧剧增增加加，此此时时，塔塔板板上上液液体体大大部部分分是是以以液液膜膜形形式式存存在在于于气气泡泡之之间间，两两相相传传质质表表面面是是面面积积很很大大的的液液膜膜，它它高高度度湍湍动动且且不不断断合合并并与与破破裂裂，为为两两相相传传质质创创造造良良好好的的流流体体力力学学条条件件，因因此此传传质质阻阻力力变变小小，传传质质效效率率有有所所提提高。高。此此时时，气气相相仍仍为为分分散散相相而而液液相仍为连续相。相仍为连续相。2.泡沫接触状态 随着气速增大，气泡数量急103.喷射接触状态喷射接触状态 随着气速继续增大，气体射流随着气速继续增大，气体射流穿过液层，将板上的液体破碎成穿过液层，将板上的液体破碎成大小不等的液滴而被反复抛起，大小不等的液滴而被反复抛起，两相传质表面是众多液滴的外表两相传质表面是众多液滴的外表面。传质阻力很小，传质效率有面。传质阻力很小，传质效率有所提高但容易造成过量的雾沫夹所提高但容易造成过量的雾沫夹带。带。此时，液体为分散相而气体此时，液体为分散相而气体为连续相，这是喷射接触状态与为连续相，这是喷射接触状态与泡沫接触状态的根本区别。由泡泡沫接触状态的根本区别。由泡沫状态转为喷射状态的临界点称沫状态转为喷射状态的临界点称为转相点。为转相点。3.喷射接触状态11 （二）液面落差（二）液面落差 当当液液体体横横向向流流过过板板面面时时，为为克克服服板板面面的的摩摩擦擦阻阻力力和和板板上上部部件件（如如泡泡罩罩、浮浮阀阀）的的局局部部阻阻力力；或或当当塔塔径径或或液液体体流流量量很很大大时时。则则在在板板面面上上容易形成液面落差。容易形成液面落差。液液层层厚厚度度的的不不均均匀匀性性将将引引起起气气流流的的不不均均匀匀分分布布，从从而而造造成成漏漏液液，使塔板效率严重降低。使塔板效率严重降低。对对于于大大塔塔径径的的情情况况可可采采用用双双溢溢流流、阶阶梯梯流流等等溢溢流流型型式式来来减减少少液液面面落差。落差。12（三）（三）塔板筛孔漏液塔板筛孔漏液 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漏液点气速。（三）塔板筛孔漏液 漏液量增大，导致塔板上难以维持正常操作13（四）液泛（四）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。（四）液泛 14降液管液泛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。并称之为降液管内降液管内液泛液泛。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15（五）液沫夹带（五）液沫夹带原因：原因：气相在液层中鼓泡，气泡破裂，将雾沫弹溅至上一层塔板；气相在液层中鼓泡，气泡破裂，将雾沫弹溅至上一层塔板；气相运动是喷射状，将液体分散并可携带一部分液沫流动。气相运动是喷射状，将液体分散并可携带一部分液沫流动。（五）液沫夹带原因：16传质的非理想流动情况传质的非理想流动情况：反向流动反向流动 液沫夹带、气泡夹带，即：返混现象返混现象 后果后果：使已分离的两相又混合，板效率降低，能耗增加板效率降低，能耗增加。不均匀流动不均匀流动 液面落差液面落差（水力坡度）：引起塔板上气速气速不均；塔壁作用塔壁作用（阻力）：引起塔板上液速液速不均，中间 近壁；后果：后果：使塔板上气液接触不充分，板效率降低。板效率降低。传质的非理想流动情况：后果：使已分离的两相又混合，板效率降低17三、塔板效率三、塔板效率 塔塔板板效效率率反反映映了了实实际际塔塔板板上上气气液液两两相相间间传传质质的的完完善善程程度度。板板式式塔塔的的效效率有几种不同的表示法，如总板效率、单板效率及点效率等。率有几种不同的表示法，如总板效率、单板效率及点效率等。（一）全塔效率（或总塔板效率）（一）全塔效率（或总塔板效率）E0 总总板板效效率率又又称称全全塔塔效效率率，是是指指达达到到指指定定分分离离效效果果所所需需理理论论板数与实际板数的比值，即板数与实际板数的比值，即 E E0 0=N=NT T/N/NP P 式中式中 N NT T塔内所需理论板数，塔内所需理论板数，N NP P塔内实际板数。塔内实际板数。该该式式将将影影响响传传质质过过程程的的动动力力学学因因素素全全部部归归结结到到总总板板效效率率内内。板板式式塔塔内内各各层层塔塔板板的的传传质质效效率率并并不不相相同同，总总板板效效率率简简单单地反映了整个塔内的平均传质效果。地反映了整个塔内的平均传质效果。三、塔板效率 塔板效率反映了实际塔板上气液两相间传18 （二）（二）.单板效率（默弗里板效率）单板效率（默弗里板效率）单单板板效效率率又又称称为为默默弗弗里里（MurPhreeMurPhree）板板效效率率，是是指指气气相相或或液液相相经经过过一一层层塔塔板板前前后后的的实实际际组组成成变变化化与与经经过过该该层层塔塔板板前前后后的的理论组成变化的比值。第理论组成变化的比值。第n n层塔板的效率有如下两种表达方式：层塔板的效率有如下两种表达方式：（1 1）按气相组成变化表示的单板效率为：）按气相组成变化表示的单板效率为：E EMVMV=（y yn n-y-yn+1n+1）/（y yn n*-y-yn+1n+1 ）（6-686-68）（2 2）按液相组成变化表示的单板效率为：）按液相组成变化表示的单板效率为：E EMLML=（x xn-1n-1-x-xn n）/（x xn-1n-1-x-xn n*）（6-696-69）式中式中 y yn n*_ _与与x xn n成平衡的气相组成，成平衡的气相组成，x xn n*_ _与与y yn n成平衡的液相组成。成平衡的液相组成。一般说来，同一层塔板的一般说来，同一层塔板的EmvEmv与与EmlEml数值并不相同数值并不相同 （二）.单板效率（默弗里板效率）单板效率19四、塔高的确定四、塔高的确定 已知：已知：实际塔板数 N实实 ；选取塔板间距 HT；有效塔高：有效塔高：选取塔板间距选取塔板间距 HT：HT，则塔内气速，塔径，但塔高HT，则塔高，液沫夹带量，液泛气速 考虑经济性、经验选取说明：工业塔中，板间距范围说明：工业塔中，板间距范围200900 mm四、塔高的确定 选取塔板间距 HT：HT，则塔内气速20五、塔径的计算五、塔径的计算 确定原则：确定原则：防止过量液沫夹带液泛 步骤：步骤：先确定空塔气速 umax(m/s)；然后选设计气速 u；最后计算塔径 D。（6-72）五、塔径的计算（6-72）21 C：气体负荷因子，与 HT、液体表面张力和两相接触状况有关。有关。最大允许空塔气速（液泛气速）最大允许空塔气速（液泛气速）（6-72）C：气体负荷因子，与 HT、液体表面张力和两相接22对于筛板塔(浮阀、泡罩塔)，可查图，C20=(HT、L V)C20：=20mN/m 时的气 体负荷因子0.2HT=0.60.450.30.150.40.30.21.00.70.10.040.030.020.070.010.040.030.020.070.010.10.090.060.05筛板塔泛点关联图对于筛板塔(浮阀、泡罩塔)，可查图，C20=(HT、L 23所以：选取设计气速选取设计气速 u 选取适宜空塔气速：适宜空塔气速：u 一般液体，u=(0.6 0.8)umax 易起泡液体，u=(0.5 0.6)umax(6-74)(6-73)(6-75)所以：选取设计气速 u(6-74)(6-73)(6-75)24六、六、塔板类型塔板类型（一）泡罩塔（一）泡罩塔优点优点：塔板操作弹性大，塔效率也比较高，不易堵。缺点：缺点：结构复杂，制造成本高，塔板阻力大但生产能力不大。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。组成：组成：升气管和泡罩六、塔板类型（一）泡罩塔优点：塔板操作弹性大，塔效率也比25圆形泡罩条形泡罩泡罩塔圆形泡罩条形泡罩泡罩塔26（二）浮阀塔板（二）浮阀塔板圆形浮阀条形浮阀浮阀塔盘方形浮阀（二）浮阀塔板圆形浮阀条形浮阀浮阀塔盘方形浮阀27优点：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。缺点：缺点：浮阀易脱落或损坏。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、28（四）导向筛板（林德筛板）（四）导向筛板（林德筛板）应用应用：用于减压塔的低阻力、高效率塔板。斜台斜台：抵消液面落差的影响。导向孔导向孔：使气、液流向一致，减小液面落差。液流(a)(a)斜台装置斜台装置液流液流(b)b)导向孔导向孔 林德筛板林德筛板（四）导向筛板（林德筛板）液流(a)斜台装置液流液流(b)导29