1、化工原理电子教案 板式塔及其工艺设计计算 大连理工大学化工原理教研室 王瑶王瑶 韩志忠韩志忠6.10 板板 式式 塔塔6.10.1 板式塔结构及性能板式塔结构及性能（1）板式塔结构板式塔结构 进料回流液塔顶气相塔底液相塔板结构塔板结构 气体通道气体通道 形式很多，如筛板、浮阀、泡罩等，对塔板性能影响很大。降液管（液体通道）降液管（液体通道）液体流通通道，多为弓形。受液盘受液盘 塔板上接受液体的部分。溢流堰溢流堰 使塔板上维持一定高度的液层，保证两相充分接触。浮阀塔板结构（2）塔板上的气塔板上的气液两相流动液两相流动汽、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
2、流接触塔板上：错流接触液体：重力气体：压力差 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。塔板上的塔板上的非理想非理想流动情况流动情况：气相或液相返混气相或液相返混 液沫夹带、气泡夹带，即：返混现象返混现象 后果后果：板效率降低板效率降低。不均匀流动不均匀流动 液面落差液面落差（水力坡度）：引起塔板上气体分布气体分布不均匀；塔壁作用塔壁作用（阻力）：引起塔板上液体分布液体分布不均匀。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。液泛现象液泛现象6.10.2 塔内气、液两相异常流动
3、塔内气、液两相异常流动（1）液泛）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。1)过量雾沫夹带液泛过量雾沫夹带液泛原因：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；气相运动是喷射状，将液体分散并可携带一部分液沫流动。液泛气速：液泛气速：开始发生液泛时的气速。2）降液管液泛）降液管液泛 当塔内气、液两相流量较大，导致塔板阻力及降液管内阻力增大时，均会引起降液管液层升高，以致达到上一层塔板，破坏降液管的正常流动，直至液相逐渐充满塔板空间，发生液泛。说明：说明：两种液泛互相影响和关联，其最终现象相同。（2
4、）严重漏液严重漏液 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漏液点气速。6.10.3 常用塔板的类型常用塔板的类型（1）泡罩塔板）泡罩塔板优点优点：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。组成：组成：升气管和泡罩圆形泡罩条形泡罩泡罩塔（2）筛板塔板）筛板塔板优点优点：结构简单、造价低、塔板阻力小。目前，广泛应用的一种塔型。塔板上开圆孔，孔径：3-8 mm，大孔径筛板：12-25 mm。（3）浮阀塔板）浮阀塔板圆形浮阀条形浮阀浮阀塔盘方形浮阀优点：优点：浮阀根据气体流量，自动调节开度，
5、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（4）多降液管（）多降液管（MD）塔板）塔板 优点：优点：提高允许液体流量6.10.5 筛板塔化工设计计算筛板塔化工设计计算（1）塔的有效高度）塔的有效高度 Z 已知：已知：实际塔板数 NP ；塔板间距 HT；pTNHZ 选取塔板间距选取塔板间距 HT：理论塔板数计算软件塔径塔径D，m0.3-0.50.5-0.80.8-1.61.6-2.02.0-2.42.4塔板间距塔板间距HT，m0.2-0.30.3-0.35 0.35-0.45 0.45-0.6 0.5-0.
6、80.6塔板间距和塔径的经验关系塔板间距和塔径的经验关系塔体高度：有效高塔体高度：有效高+顶部顶部+底部底部+其它其它 有效塔高：有效塔高：VVLfCuLVmVmLvlVVVLLVqqqqFss 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。液泛气速液泛气速两相流动参数两相流动参数 FLV：（2）塔径）塔径 确定原则：确定原则：防止过量液沫夹带液泛 步骤：步骤：先确定液泛气速 uf(m/s)；然后选设计气速 u；最后计算塔径 D。2.02020CC对于筛板塔(浮阀、泡罩塔)，可查图，C20=(HT、FLV)0.2HT=0.60.450.30.150.40.30.21.00.
7、70.10.040.030.020.070.010.040.030.020.070.010.10.090.060.05vlVVVLLVssqqFVLVf20 uC筛板塔泛点关联图 选取设计气速选取设计气速 u 选取泛点率：泛点率：u/uf 一般液体，0.6 0.8 易起泡液体，0.5 0.6uVAs所需气体流通截面积所需气体流通截面积设计气速设计气速 u=泛点率泛点率 ufADAd 计算塔径计算塔径 DTdTAAAA1塔截面积：塔截面积：A=AT-AdTAD4塔径塔径说明：计算塔径需圆整，且重新计算实际气速及泛点率。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）溢流装置
8、设计 溢流型式的选择溢流型式的选择 依据：依据：塔径、流量；型式型式：单流型、U 形流型、双流型、阶梯流型等。降液管形式和底隙降液管形式和底隙 降液管：弓形弓形、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。溢流堰（出口堰）溢流堰（出口堰）作用作用：维持塔板上一定液层，使液体均匀横向流过。型式型式：平直堰、溢流辅堰、三角形齿堰及栅栏堰。堰长堰长 lW：影响液层高度。堰高堰高 hW：直接影响塔板上液层厚度 过小，过小，相际传质面积过小；过大过大，塔板阻力大，效率低。常、加压塔：40 80 mm；减压塔：25 mm 左右。TdWAAfDlDbfD
9、ldW75.06.0 DlW7.05.0 DlW说明：通常应使溢流强度说明：通常应使溢流强度qVLh/lW 不大于不大于100130 m3/（m h）。）。或：双流型:单流型：3/231084.2WVLowlqEhh(4)塔板及其布置塔板及其布置 受液区和降液区受液区和降液区 一般两区面积相等。入口安定区和出口安定区入口安定区和出口安定区 其中，E：液流收缩系数，：液流收缩系数，一般可近似取 E=1。mmhOW6mmbbss10050mmbc50堰上方液头高度堰上方液头高度 hOW：要求：要求：边缘区：边缘区：bcbdbslWrx)sin(21222rxrxrxAa)sin(2)sin(211
10、221211222rxrxrxrxrxrxAa（5）筛孔的尺寸和排列）筛孔的尺寸和排列 筛孔筛孔：有效传质区内，常按正三角形排列。筛板开孔率筛板开孔率：单流型弓形降液管塔板单流型弓形降液管塔板：有效传质区：有效传质区：双流型弓形降液管塔板双流型弓形降液管塔板：20220907.060sin21421tdtdAAoaobcbdbslWrxd0t00AquSVV20200785.04dAdAna筛孔直径筛孔直径 d0:3 8 mm(一般)。12 25 mm(大筛孔)孔中心距孔中心距 t:(2.55)d0 取整。开孔率开孔率:通常为 0.08 0.12。板厚：板厚：碳钢（3 4mm）、不锈钢。筛孔气
11、速：筛孔气速：筛孔数：筛孔数：d0t(6)塔板的校核塔板的校核 对初步设计的结果进行调整和修正。VmVmLVLmeqqeeqevVVLVLVmLmvssqqqqe11 液沫夹带量校核液沫夹带量校核单位质量（或摩尔）气体所夹带的液体质量（或摩尔）ev：kg 液体/kg气体，或 kmol液体/kmol气体单位时间夹带到上层塔板的液体质量（或摩尔）e：kg 液体/h 或 kmol液体/h 液沫夹带分率：夹带的液体流量占横过塔板液体流量的分数。故有：所以2.33107.5fTvHHue说明：说明：超过允许值，可调整塔板间距塔板间距或塔径塔径。ev的计算方法的计算方法：方法1：利用Fair关联图求，进而
12、求出ev。方法2：用Hunt经验公式计算ev。)(5.2OWWfhhH式中Hf 为板上泡沫层高度：要求要求：ev 0.1 kg 液体/kg气体。塔板阻力的计算和校核塔板阻力的计算和校核 塔板阻力：塔板阻力：液柱mgphLff 塔板阻力 hf包括 以下几部分:（a）干板阻力 h0气体通过板上孔的阻力（设无液体时）；（b）液层阻力 hl 气体通过液层阻力；（c）克服液体表面张力阻力 h孔口处表面张力。清液柱高度表示：（a）干板阻力）干板阻力h0200,021CuggphLVLofd0/C0塔板孔流系数C0 孔流系数孔流系数OWWlhhh（b）液层阻力）液层阻力 hl查图求充气系数查图求充气系数2/
13、1V32/1aamkgsmuF说明：说明：若塔板阻力过大，可增加开孔率增加开孔率或 降低堰高。降低堰高。03104dghL（c）克服液体表面张力阻力克服液体表面张力阻力（一般可不计）降液管液泛校核降液管液泛校核dLOWWdhgpphhH12dfOWWhhhh故塔板阻力：hhhhLf0降液管中清液柱高度降液管中清液柱高度(m)()()4(0476.032vLfsLfbHLZHb（a）液面落差液面落差一般较小，可不计。当一般较小，可不计。当不可忽略时不可忽略时，一般要求：一般要求：0.5h0282211018.1153.02bWsbWsddhlLhlLguh（b b）液体通过降液管阻力液体通过降液
14、管阻力 hd21dddhhh包括底隙阻力 hd1和进口堰阻力hd2。无进口堰时：无进口堰时：02dhdlLddHHHWTdhHH泡沫层高度泡沫层高度要求：要求：说明：说明：若泡沫高度过大，可减小塔板阻力减小塔板阻力或 增大塔板间距。增大塔板间距。泡沫层相对密度：对不易起泡物系，6.05.04.03.0易起泡物系，液体在降液管中停留时间校核液体在降液管中停留时间校核 目的：目的：避免严重的气泡夹带。sVLTdqHA停留时间：停留时间：要求：要求：s53说明：说明：停留时间过小，可增加降液管面积增加降液管面积 或 增大塔板间距。增大塔板间距。（a）计算严重漏液时干板阻力严重漏液时干板阻力 h0 h
15、hhhOWW13.00056.00（b）计算漏液点气速漏液点气速 u0 0002hgCuVL说明：说明：如果稳定系数k过小，可 减小开孔率减小开孔率 或 降低堰高。降低堰高。严重漏液校核严重漏液校核 漏液点气速漏液点气速 u0 ：发生严重漏液时筛孔气速。稳定系数：稳定系数：00uuk要求：要求：25.1k 过量液沫夹带线（气相负荷上限线）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。3232.313)(101.75.21081.8WVLWTVVlqhHAqhh（6）塔板的负荷性能图）塔板的负荷性能图确定塔板的操作弹性 液相下限线液相下限线006.01084.23/23WVLowlqEhh整理出：规定：WVLhlq07.3 严重漏液线（气相下限线）严重漏液线（气相下限线）hhhhOWW13.00056.00代入相关公式，如hOW、u0，整理出。液相上限线液相上限线sLHAsTd5dThAHV720 降液管液泛线降液管液泛线WTdhHHLvcugh2000)(21WTbWhWhhLVhHhlLlLndV)5.1(1018.11026.41041.3283232208规定：min,max,hhVVVVqqmin,max,hhVLVLqq塔板的操作弹性：塔板的操作弹性：或工艺设计计算示例
