板式塔综述与流体力学性能--课件

板式塔综述及流体力学性能板式塔综述及流体力学性能1ppt课件一、综述板式塔结构基本功能及性能评价板式塔分类二、常见错流板塔泡罩塔浮阀塔筛板塔喷射型板塔总结三、流体力学性能目录目录2ppt课件1.1板式塔总体结构主体部分：塔体、裙座附件：吊柱、保温圈、扶梯平台等设备接管口：人孔、手孔、物料进出接管、仪表用接管内件：塔盘、降液管、溢流堰、紧固件、支持件、除沫器等3ppt课件塔板塔板又称塔盘，是板式塔中气液两相接触传质的部位，决定塔的操作性能通常主要由气体通道、降液管、溢流堰三部分组成。塔板主视图塔板俯视图4ppt课件塔板的结构溢流堰气体通道降液管5ppt课件降液管定义：降液管是塔板间液体流动通道，也是溢流液体释放夹带气体的场所。降液管类型：降液管包括圆形和弓形。6ppt课件溢流堰定义：溢流堰为塔板上液体溢出的结构作用：保证气液两相在塔板上形成足够的相际传质表面，维持板上液层具有一定深度，使液体均匀溢出分类：出口堰，入口堰7ppt课件气体通道定义：气体通道是为保证气液两相充分接触，塔板上均匀地开有一定数量的通道供气体自下而上穿过板上的液层。气体通道的形式很多，对板式塔性能有决定性的影响，也是区别板塔类型的主要标志。8ppt课件板式塔内流体的流动9ppt课件1.2.1塔设备的基本功能使气液两相充分接触，适当湍动，以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。在塔内使气，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。10ppt课件1.2.2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分离效率单位压降时，塔的分离效果，对板式塔以板效率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其他要求在通量大，效率高，适应性强前提下，尽量满足流动阻力低，结构简单，金属耗量少，造价低，易于操作控制等。11ppt课件各种指标综合考虑一般来说，通量，效率和压强降是互相影响甚至是互相矛盾的。工业大规模生产：在保持高通量的前提下，争取效率不过于降低。精密分离：优先考虑高效率，其次是通量和压强降。12ppt课件错流塔板逆流塔板1.3塔板类型按照塔内气液流动的形式，分为错流塔板与逆流塔板塔内气液两相成错流流动：液体横向流过塔板；气体垂直穿过液层；对整个塔来说，两相基本上成逆流流动逆流塔板又称穿流板板上不设降液管，气液两相同时由板上孔道逆向穿流而过栅板，淋降筛板都属于逆流塔板错流塔板广泛用于蒸馏，吸收等传质操作中，而逆流塔板在工业上应用较少13ppt课件常见的错流塔板泡罩塔板筛板塔板浮阀塔板喷射型塔板14ppt课件二、常见错流板塔泡罩塔筛板塔筛板塔喷射型板塔浮阀塔浮阀塔15ppt课件2.1 2.1 泡罩塔泡罩塔板是工业上应用最早的塔板，主要由升气管及泡罩构成。泡罩安装在升气管的顶部，分圆形和条形两种，前者使用较广。泡罩有f80、f100、f150mm三种尺寸，可根据塔径的大小选择。泡罩的下部周边开有很多齿缝，齿缝一般为三角形、矩形或梯形。泡罩在塔板上为正三角形排列。升气管的顶部应高于泡罩齿缝的上沿，以防止液体从中漏下。16ppt课件操作时，液体横向流过塔板，靠溢流堰保持板上有一定厚度的液层，齿缝浸没于液层之中而形成液封。上升气体通过齿缝进入液层时，被分散成许多细小的气泡或流股，在板上形成鼓泡层和泡沫层，为气液两相的传热和传质提供大量的界面。泡罩塔板工作原理17ppt课件泡罩塔板的优缺点优点优点：塔板效率高操作弹性大，能在较大的负荷变化范围内保持高效率生产能力较大液气比范围大对物料适应性强，塔板不易堵塞缺点：缺点：结构复杂，金属耗量大，造价高，安装维修不方便板上液层厚，塔板压降大生产能力及板效率较低不易操作，液体或蒸汽流量很小时，会形成气液接触不良或蒸汽流动的脉动：反之，则会形成物沫夹带、液泛等。18ppt课件泡罩的应用与现状应用：应用：适用于反应精馏，某些有机产品分离：苯甲分离；硝基氯苯分离；乙烯氧化吸收。现状现状 泡罩塔板已逐渐被筛板、浮阀塔板所取代，在新建塔设备中已很少采用。19ppt课件2.2筛板塔筛板塔为逐级接触式气液传质设备，能实现蒸馏和吸收两种分离操作，广泛应用于化工、石油化工等行业。在筛板上开有许多均匀的小孔，板上的孔径一般为 38 mm，开孔面积 610%。（也有采用较大孔径（1025 mm）的情况，大孔径不易堵塞、通量大、压降低。）筛孔在塔板上为正三角形排列。穿孔的板式塔，带降液管的就叫“筛板塔”。筛板塔是所有板式塔中造价最便宜的一种塔型，它的制造较简单，操作稳定，可以适用于较污浊和有悬浮颗粒的物料。SST石墨筛板塔结构简图石墨筛板塔结构简图 20ppt课件含尘烟气由侧下部进入筒体，气流急剧向上拐弯，并降低沉速。较粗的粉尘在惯性力的作用下被甩出，并与多孔筛板上落下的水滴相碰撞，被水附带排走。较细的粉尘随气流上升，通过多孔筛板时，将筛板上的水层吹起成紊流剧烈、沸腾状的泡沫层，增加了气体与水滴的接触面积。因此，绝大部分粉尘被水洗下来。粉尘随污水从底部锥体经水封排至沉淀池。净化后的烟气经上部挡水板排出。筛板塔工作原理筛板塔工作原理21ppt课件筛板塔内流体流动在筛板塔内，气体保持一定速度上升，流体沿降液管流下后沿筛板水平流动，由于溢流堰作用使塔板上保持一定的液层高度，上升的气流通过筛孔分散成细小的流股，在板上液层中鼓泡而出，气、液间密切接触从而完成两相间的传质过程。在正常操作气速下，通过筛孔上升的气流可以阻止液体经筛孔向下泄露。22ppt课件优点：优点：结构简单便于维修制造容易、成本低，造价为浮阀塔的80%左右板上液面落差小，气体压降低生产能力大，传质效率高缺点：缺点：易堵塞，处理结垢物料的困难性比浮阀塔大不宜处理易结焦、筛孔易粘度大的物料操作弹性较小，需保持较稳定的气、液流速，否则会造成漏液或气液接触不良 筛板塔优缺点筛板塔的设计和操作精度要求较高，过去工业上应用较为谨慎。近年来，由于设计和控制水平的不断提高，可使筛板塔的操作非常精确，故应用日趋广泛。23ppt课件2.3 浮阀塔浮阀塔板是在塔盘上开有一定形状的阀孔（圆形或矩形），孔中安有可上下浮动的阀片，有圆形、矩形、盘形等，从而形成不同形式的浮阀塔板。浮阀塔板因其具有优异的综合性能（生产能力大、操作弹性大、塔板效率高、传质效果好等）已成为目前应用最广泛的一种塔板。24ppt课件结构简图浮阀塔结构简单，有两种结构型式，即条状浮阀和盘式浮阀。浮阀塔板具有泡罩塔板和筛孔塔板的优点，应用广泛。浮阀的类型很多，国内常用的有如F1型、V-4型及T型等。25ppt课件浮阀塔板的结构特点：在塔板上开有若干个阀孔，每个阀孔装有一个可上下浮动的阀片。阀片本身连有几个阀腿，插入阀孔后将阀腿底脚拨转90，以限制阀片升起的最大高度，并防止阀片被气体吹走。阀片周边冲出几个略向下弯的定距片，当气速很低时，由于定距片的作用，阀片与塔板呈点接触而坐落在阀孔上，在一定程度上可防止阀片与板面的粘结。双流喷射浮阀塔板导向浮阀塔盘26ppt课件JCV浮阀塔JCV浮阀塔板(双流喷射浮阀塔板）阀笼与塔板固定，阀片在阀笼内上下浮动。主要由塔体、降液管、受液盘、塔板与由阀体、阀片、阀盖组成。27ppt课件它从根本上改变了传统浮阀塔板的传质机理，将单一鼓泡传质，变为双流传质，一部分为鼓泡、另一部分为喷射湍动传质，使塔的分离效率和生产能力都大大提高。该塔板可作为化工过程中的气液传质、换热设备。JCV浮阀塔板具有结构简单、阀片开启灵活、高效、高通量、寿命长、耐堵塞的特点。28ppt课件塔内的溶液以两种物质状态运动着，气态穿过塔板升气孔上升，液态横过塔板进入降液管流至下层塔板上，气液两相在每层塔板上接触，进行传热传质。阀片使上升气体呈水平方向喷射而出，而且采用的汽速较泡罩塔高得多，使气体高度分散，气泡很小，因此气液接触面大。在气体负荷较大时产生雾沫夹带小，在液流量小时也不会发生不与液层接触而垂直上升的不良现象。随着气体上升量的变化，相应的变化浮阀的流量面积，维持着较高的速率，因此气-液始终接触良好。工作原理29ppt课件浮阀塔内流体流动30ppt课件31ppt课件优点：生产能力大生产能力大，由于塔板上浮阀安排比较紧凑，其开孔面积大于泡罩塔板，生产能力比泡罩塔板大 20%40%，与筛板塔接近。操作弹性大操作弹性大，由于阀片可以自由升降以适应气量的变化，因此维持正常操作而允许的负荷波动范围比筛板塔，泡罩塔都大。塔板效率高塔板效率高，由于上升气体从水平方向吹入液层，故气液接触时间较长，而雾沫夹带量小，塔板效率高。气体压降及液面落差小气体压降及液面落差小，因气液流过浮阀塔板时阻力较小，使气体压降及液面落差比泡罩塔小。塔的造价较低塔的造价较低，浮阀塔的造价是同等生产能力的泡罩塔的 50%80%，但是比筛板塔高 20%30。浮阀塔优缺点32ppt课件缺点：缺点：成本高，浮阀塔的抗腐蚀性较高，所以一般采用不锈钢作成，致使浮阀造价昂贵，推广受到一定限制。处理易结焦、高粘度的物料时，阀片易与塔板粘结。在操作过程中有时会发生阀片脱落或卡死等现象，使塔板效率和操作弹性下降。浮阀塔优缺点33ppt课件应用及展望应用及展望未来浮阀塔板的发展方向有以下几方面：针对F1 浮阀塔板形状为圆形，浮阀易磨损、脱落的缺点，未来浮阀塔板发展从塔板形状来看主要以条形为主，相比圆形浮阀，条形浮阀有很多优点，例如条形浮阀不易旋转、不易磨损及脱落、返混程度较小、处理能力较大等。随着现代化工生产装置的大型化，目前的塔板可能满足不了要求，因此未来浮阀塔板会向着高效率、大通量、高弹性方向发展。针对一些有特殊要求的化工装置开发一些有特殊功能的浮阀塔板，例如防堵抗脏型塔板、具有机械消泡功能的塔板、无返混塔板等。设计的新型浮阀塔板阀面上大部分都开有导向孔，从而可以更加充分地利用浮阀上方的传质空间，形成多层次三维空间传质模式。34ppt课件2.4喷射型塔板之前介绍的几种塔板，气体是以鼓泡或泡沫状态和液体接触，当气体垂直向上穿过液层时，使分散形成的液滴或泡沫具有一定向上的初速度。若气速过高，会造成较为严重的液沫夹带，使塔板效率下降，因而生产能力受到一定的限制。为克服这一缺点，近年来开发出喷射型塔板。35ppt课件喷射型塔板舌形塔板浮舌塔板斜孔塔板36ppt课件舌形塔板固定舌形塔板是一种定向喷对式的塔板塔板的液流部分与一般有降液管的板式塔相同。舌片与板面成一定的角度，按正三角形排列。塔板的液体流出口一侧不设溢流堰，只保留降液管，降液管截面积要比一般塔板设计得大些。37ppt课件浮舌塔板与舌型塔板相比，浮舌塔板的结构特点是其舌片可上下浮动。因此，浮舌塔板兼有浮阀塔板和固定舌型塔板的特点。优点：处理能力大、压降低、操作弹性大特别适宜于热敏性物系的减压分离过程。38ppt课件浮舌塔板内流体流动39ppt课件斜孔塔板在板上开有斜孔，孔口向上与板面成一定角度。斜孔的开口方向与液流方向垂直，同一排孔的孔口方向一致，相邻两排开孔方向相反，使相邻两排孔的气体向相反的方向喷出。优点：气流不会对喷，既可得到水平方向较大的气速，又阻止了液沫夹带，使板面上液层低而均匀；气体和液体不断分散和聚集，其表面不断更新，气液接触良好，传质效率提高。40ppt课件各种塔板优缺点及适用范围41ppt课件各种塔板的性能比较42ppt课件三、板式塔的流体力学性能板式塔能否正常操作，与气、液两相在塔板上的流动状况密切相关，塔内气、液两相的流动状况即为板式塔的流体力学性能板式塔上气液两相的接触状态塔板压降液面落差43ppt课件塔板上气、液两相的接触状态是决定两相流体力学、传热及传质性能的重要因素当液相流量一定时，随着气速的提高，塔板上可能出现4种不同的接触状态：鼓泡状、蜂窝状、泡沫状及喷射状 泡沫状和喷射状均是优良的塔板工作状态，以减小液沫夹带考虑，大多数塔都控制在泡沫接触状态下操作板式塔上气液两相的接触状态44ppt课件塔板压降（1）塔板总压降：（2）影响板效率：干板压降 气体流动不畅&气液接触时间 板效率 板上充气液层静压 气液传质时间板效率 在保证较高板效率的前提下，力求减小塔板压强，以降低能耗，改善塔的操作性能。塔板本身的干板阻力（由板上各部件所造成的局部阻力板上充气液层的静压强 板上液体的表面张力（摩擦阻力）45ppt课件液体横向流过塔板，为克服板面摩擦阻力和板上部件（泡 罩、浮阀）局部阻力，在板面上形成液面落差。影响液面落差的因素：塔板结构 塔径液体流量液面落差46ppt课件塔径：塔径：塔径过大液面落差 可采用双溢流、阶梯流等溢流形式来减小液面落差还可考虑采用将塔板向液体出口侧倾斜的方法来减小液面落差液体流量：液体流量：液体流量过大液面落差塔板结构：塔板结构：筛板塔：液面落差最小浮阀塔：液面落差较小筛板塔泡罩塔：塔板结构复杂液体在板面流动阻力大液面落差大47ppt课件任务分工负责部分负责部分负责人负责人板式塔结构19115116游攀板式塔性能评价及分类19115113曹明玉泡罩塔19115122李佳俊筛板塔19115170任雨浮阀塔19115107黄佳玮喷射型板塔及总结19115110李凯流体力学性能19115119袁路汇总展示19115101徐婉琳48ppt课件问题与总结49ppt课件重点与问题工业上逆流塔板有什么用处？逆流塔板亦称穿流板，板上不设降液管，气、液两相同时由板上孔道逆向穿流而过。栅板、淋降筛板等都属于逆流塔板。这种塔板结构虽简单，板面利用率也高，但需要较高的气速才能维持板上液层，操作范围较小，分离效率也低，工业上应用较少。穿流板塔：塔板间没有降液管。气、液相同时由塔板上的孔道或缝隙逆向穿流而过，塔板液层高度靠气体速度维持。优点：塔板结构简单，板上无液面差，板面充分利用，生产能力较大;缺点：板效率及操作弹性不及错流塔板50ppt课件结构：塔板上全部为开孔区。气液同时从孔中逆流穿越通过。开孔可为栅缝(称为穿流栅板)或筛孔(称为穿流筛板)。有时亦可用扁钢做成栅板，或将管子组成管栅板(必要时管子内可通入冷却介质)。用途：穿流板塔结构简单，生产能力大，可比泡罩塔提高50以上；压降小；不易堵阻及沉淀。用于一般的蒸馏及吸收外，还用于除尘、中和、洗涤、气液相直接传热等场合51ppt课件问题：影响筛板塔传质效率的因素有哪些？开孔率：开孔率是影响筛板塔性能的重要因素，因为它直接关系到筛孔的动能因素，在相同的空塔速度下，开孔率大的动能因素就小，筛孔动能因数过小时，塔盘出现鼓泡状态，泄露量大，板上液层高度较低，气液接触面积小，塔板传质效率低。动能因素过高时，则呈现喷雾状态，雾沫夹带量增加，因而降低了效率。开孔率较小时由于板上液层较高，液体在板上停留时间增加气液接触面积较大，传质速率明显上升。在化工生产中，泡沫工况操作时，要求按工作截面计算的5%10%，喷雾工况操作时，开孔率可提高到12%以上。孔径大小：孔径的大小直接影响塔盘的操作性能。在开孔率、空塔气速和持液量相同的条件下增大孔径，则漏液量增大，操作弹性降低，即大孔径时雾沫夹带上限低，漏液下限高，泡沫工况操作时，孔径小、分离效果高，孔径过大，不利于泡沫形成，导致处理能力及踏板效率降低。塔板边缘和塔板中心为应力较高部分，塔板在最优开孔直径时塔板的等效应力值最小。降液管长度：降液管长度越大，塔板上的液层高度也相应增加，而液层高度的增加意味着气液接触时间和传质面积的增加，气液接触状态良好，单板效率亦随之增加。52ppt课件重点：什么是塔板压降和液面落差塔板压降：是气体通过塔板时的阻力损失，包括干板阻力（由板上各部件所造成的局部阻力），板上充气液层的静压强，板上液体的表面张力（摩擦阻力）液面落差：液体横向流过塔板，为克服板面摩擦阻力和板上部件（泡罩、浮阀）局部阻力，在板面上形成液面落差53ppt课件塔板压降和液面落差是如何影响板式塔的流体力学性能的塔板压降：干板压降 气体流动不畅 气液接触时间 板效率 板上充气液层静压（即板上液层厚度）气液传质时间板效率 液面落差：塔板上液面落差气流分布不均易出现漏液气液不能充分接触板效率54ppt课件谢谢聆听！希望老师与同学批评指正！55ppt课件