大学化工原理第七章蒸馏与吸收塔设备课件.pptx
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- 大学 化工 原理 第七 蒸馏 吸收塔 设备 课件
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1、大学化工原理第七章蒸馏与大学化工原理第七章蒸馏与吸收塔设备吸收塔设备教学要求教学要求重重 点点:板式塔与填料塔的特点,板式塔与填料塔:板式塔与填料塔的特点,板式塔与填料塔的设计原则。的设计原则。覆盖内容覆盖内容:塔设备的:塔设备的性能参数性能参数;典型塔板的;典型塔板的结构特点结构特点及分类及分类,塔板上的,塔板上的流体力学特性流体力学特性,正常与非正常操作正常与非正常操作情况及调节情况及调节;板式塔的设计原则及步骤;填料及填料;板式塔的设计原则及步骤;填料及填料塔的结构特点,塔的结构特点,填料塔的流体力学特性,填料塔的设填料塔的流体力学特性,填料塔的设计原则及步骤计原则及步骤;板式塔与填料塔
2、的比较,塔的选用原;板式塔与填料塔的比较,塔的选用原则。则。材料与化学工程学院材料与化学工程学院化化工工原原理理6-0 6-0 概述概述 气液传质设备的基本功能气液传质设备的基本功能 提供气液传质场所提供气液传质场所 有效分离气液两相有效分离气液两相 气液传质设备的分类气液传质设备的分类 连续(微分)接触式(填料塔)连续(微分)接触式(填料塔)、逐级接触式(板式塔)逐级接触式(板式塔)性能评价指标性能评价指标 通量通量生产能力生产能力 分离效率分离效率 适应能力适应能力操作弹性操作弹性材料与化学工程学院材料与化学工程学院化化工工原原理理7-1 7-1 一一 板式塔的结构板式塔的结构 按按塔内气
3、、液流动的方式分类塔内气、液流动的方式分类泡罩塔泡罩塔 筛板塔筛板塔 浮阀塔浮阀塔 喷射塔喷射塔二二 性能评价性能评价错流塔板、错流塔板、逆流塔板逆流塔板三三 按塔板类型分类按塔板类型分类处理能力处理能力 板效率板效率 塔板压降塔板压降材料与化学工程学院材料与化学工程学院化化工工原原理理7-1 7-1 液相降液管堰气相液相气相 逆流塔板逆流塔板优点:结构简单,无液面差,充分利用板面,生产能力较大;优点:结构简单,无液面差,充分利用板面,生产能力较大;缺点:板效率及操作弹性不及溢流塔板。应用范围小,常见的缺点:板效率及操作弹性不及溢流塔板。应用范围小,常见的板型有筛孔式、栅板式、波纹板式等。板型
4、有筛孔式、栅板式、波纹板式等。错流式塔板错流式塔板(溢流塔板溢流塔板)液体流动液体流动 板间板间 板上板上气体流动气体流动溢流堰溢流堰 进口堰进口堰特点:获得较高的板效率,但降液管特点:获得较高的板效率,但降液管将占去塔板的传质有效面积,影响塔将占去塔板的传质有效面积,影响塔的生产能力。的生产能力。材料与化学工程学院材料与化学工程学院化化工工原原理理7-1 7-1 泡罩塔泡罩塔的的结构结构 主要元件:升气管、泡罩,泡罩安装在升气管顶部,泡罩主要元件:升气管、泡罩,泡罩安装在升气管顶部,泡罩底缘开有若干齿缝浸入在板上液层中,升气管顶部应高于泡底缘开有若干齿缝浸入在板上液层中,升气管顶部应高于泡罩
5、齿缝的上沿,以防止液体从中漏下。罩齿缝的上沿,以防止液体从中漏下。特点:特点:优点:操作稳定,不会产生严优点:操作稳定,不会产生严重的漏液现象,故弹性大。重的漏液现象,故弹性大。缺点:结构复杂,造价高,塔缺点:结构复杂,造价高,塔板压降大,生产强度低板压降大,生产强度低。泡罩塔泡罩塔材料与化学工程学院材料与化学工程学院化化工工原原理理7-1 7-1 浮阀塔浮阀塔 浮阀的结构形式:圆形、方形、条形及伞形浮阀的结构形式:圆形、方形、条形及伞形F-1型 V-4型 A型 方形浮阀十字架型 安装特点:阀孔安装特点:阀孔 浮阀浮阀 最小开度最小开度 最大开度最大开度 阀片开启高度与操作气速的关系阀片开启高
6、度与操作气速的关系材料与化学工程学院材料与化学工程学院化化工工原原理理7-1 7-1 优点:结构简单、造价低,生产能力大,操作弹性大,塔板优点:结构简单、造价低,生产能力大,操作弹性大,塔板效率较高。效率较高。缺点:处理易结焦、高粘度的物料时,阀片易与塔板粘结;缺点: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和操作弹性下降。几种新型浮阀塔板几种新型浮阀塔板双流喷射浮阀塔板 导向浮阀塔盘 材料与化学工程学院材料与化学工程学院化化工工原原理理7-1 7-1 筛板塔筛板塔 结
7、构结构 特点:结构简单,造价低廉,塔特点:结构简单,造价低廉,塔板阻力小。板阻力小。垂直筛板垂直筛板 结构结构 两相流动两相流动特点:提供更大的不断更新的接触表面,强化传质过程;气液特点:提供更大的不断更新的接触表面,强化传质过程;气液由水平方向喷出,液滴在垂直方向的初速度为零,降低了液沫由水平方向喷出,液滴在垂直方向的初速度为零,降低了液沫夹带量,垂直筛板可获得较高的塔板效率和较大的生产能力。夹带量,垂直筛板可获得较高的塔板效率和较大的生产能力。材料与化学工程学院材料与化学工程学院化化工工原原理理7-1 7-1 结构结构喷射型塔板喷射型塔板舌形塔板舌形塔板 优点:避免返混、液面落差小,塔板压
8、降优点:避免返混、液面落差小,塔板压降较小;气流方向近于水平;液沫夹带量较较小;气流方向近于水平;液沫夹带量较小,可达较高的生产能力。小,可达较高的生产能力。缺点:张角固定,可导致缺点:张角固定,可导致塔板漏液严重;塔板漏液严重;操作弹性小;板效率较低。操作弹性小;板效率较低。喷射型塔板喷射型塔板浮舌塔板浮舌塔板 结构结构 特点:处理能力大、压降低、操作弹性大等优点,特别适特点:处理能力大、压降低、操作弹性大等优点,特别适宜于热敏性物系的减压分离过程。宜于热敏性物系的减压分离过程。材料与化学工程学院材料与化学工程学院化化工工原原理理7-1 7-1 一一 塔板上气液两相的接触状态塔板上气液两相的
9、接触状态 气液两相的接触状态是决定板上两相流流体力学及传质气液两相的接触状态是决定板上两相流流体力学及传质和传热规律的重要因素。和传热规律的重要因素。蜂窝状态蜂窝状态 气泡的形成速度大于气泡的浮升速度,气泡气泡的形成速度大于气泡的浮升速度,气泡在液层中累积。气泡之间相互碰撞,形成各种在液层中累积。气泡之间相互碰撞,形成各种多面体的大气泡,板上是以气体为主的气液混多面体的大气泡,板上是以气体为主的气液混合物。气泡不易破裂,表面得不到更新,此种合物。气泡不易破裂,表面得不到更新,此种状态不利于传热和传质。状态不利于传热和传质。鼓泡状态鼓泡状态 气液两相接触的表面积不大,传质效率很低。气液两相接触的
10、表面积不大,传质效率很低。材料与化学工程学院材料与化学工程学院化化工工原原理理7-1 7-1 泡沫状态泡沫状态 泡沫接触状态的表面积大,不断更新,泡沫接触状态的表面积大,不断更新,为两相传热与传质提供了良好的条件,是为两相传热与传质提供了良好的条件,是一种较好的接触状态。一种较好的接触状态。喷射状态喷射状态 气体为连续相,液体为分散相,两相传质的面气体为连续相,液体为分散相,两相传质的面积是液滴的外表面。积是液滴的外表面。液滴的反复形成和聚集,液滴的反复形成和聚集,使传质面积增加,表面不断更新,有利于传质使传质面积增加,表面不断更新,有利于传质与传热进行,是一种较好的接触状态。与传热进行,是一
11、种较好的接触状态。二二 气体通过塔板的压降气体通过塔板的压降总压降总压降包括包括干板压降干板压降、静压强静压强及液体表面张力引起的压降及液体表面张力引起的压降影响因素影响因素 压降与效率压降与效率材料与化学工程学院材料与化学工程学院化化工工原原理理7-1 7-1 三三 塔板上的液面落差塔板上的液面落差 流体阻力与液面落差流体阻力与液面落差 塔板结构与液面落差塔板结构与液面落差改善措施:单溢改善措施:单溢双溢流或阶梯溢流双溢流或阶梯溢流四四 塔板上的异常操作现象塔板上的异常操作现象 漏液漏液、液泛液泛和和液沫夹带液沫夹带等,应尽等,应尽量避免异常操作现象的出现。量避免异常操作现象的出现。五五 塔
12、板的负荷性能图塔板的负荷性能图通常由五条线组成:通常由五条线组成:漏液线(漏液线(1 1)液沫夹带线(液沫夹带线(2)液相负荷下限线(液相负荷下限线(3)液相负荷上限线(液相负荷上限线(4)液泛线(液泛线(5)材料与化学工程学院材料与化学工程学院化化工工原原理理7-1 7-1 六板式塔的操作分析六板式塔的操作分析五条线所包围的区域称为五条线所包围的区域称为塔板的适宜操作区。塔板的适宜操作区。操作点操作点AA操作线操作线OAOA操作弹性操作弹性Vmax/VminVmax/Vmin设计时,应使操作点尽可能位于适宜操作区的中央,若操作点紧设计时,应使操作点尽可能位于适宜操作区的中央,若操作点紧靠某一
13、条边界线,则负荷稍有波动,塔的正常操作即被破坏。靠某一条边界线,则负荷稍有波动,塔的正常操作即被破坏。材料与化学工程学院材料与化学工程学院化化工工原原理理7-1 7-1 设计分析设计分析根据设计任务和工艺要求,确定设计方案根据设计任务和工艺要求,确定设计方案根据设计任务和工艺要求,选择塔板类型根据设计任务和工艺要求,选择塔板类型确定塔高和塔径确定塔高和塔径塔板的结构设计:溢流装置、塔板布置、升气道设计及排列塔板的结构设计:溢流装置、塔板布置、升气道设计及排列流体力学验算流体力学验算负荷性能图负荷性能图材料与化学工程学院材料与化学工程学院化化工工原原理理7-2 7-2 填料塔填料塔塔体塔体 填料
14、填料 塔内件塔内件填料支承与压紧装置、液体与气体填料支承与压紧装置、液体与气体分布器、液体再分布器以及气体除沫器分布器、液体再分布器以及气体除沫器操作原理操作原理7-2-1 填料塔的结构与特点填料塔的结构与特点7-2-2 填料填料一一 填料特性:填料特性:比表面积比表面积 空隙率空隙率 填料因子填料因子 (/3)表示填料的流体的流体力学性能。表示填料的流体的流体力学性能。二二 填料类型填料类型散装填料和规整填料散装填料和规整填料材料与化学工程学院材料与化学工程学院化化工工原原理理7-2 7-2 1 1 散装填料散装填料 拉西环填料拉西环填料优点优点:易于制造,价格低廉,研究较为充分。易于制造,
15、价格低廉,研究较为充分。缺点缺点:高径比大,易形成线接触,存在严重的沟流和壁流高径比大,易形成线接触,存在严重的沟流和壁流 现象。且拉西环填料的内表面润湿率较低,现象。且拉西环填料的内表面润湿率较低,改进改进:衍生的衍生的环、十字环及螺旋环等环、十字环及螺旋环等。鲍尔环鲍尔环(Pall ring)填料填料金属鲍尔环填料金属鲍尔环填料 塑料鲍尔环填料塑料鲍尔环填料 改型鲍尔环填料改型鲍尔环填料 材料与化学工程学院材料与化学工程学院化化工工原原理理7-2 7-2 阶梯环填料阶梯环填料金属阶梯环填料金属阶梯环填料塑料阶梯环塑料阶梯环 鞍形鞍形(Berl saddle)填料填料矩鞍矩鞍、弧鞍、弧鞍、金
16、属鞍换金属鞍换优点优点:空隙率高,气体阻力小,液体分布性能较好。:空隙率高,气体阻力小,液体分布性能较好。缺点缺点:相邻填料易套叠。:相邻填料易套叠。材料与化学工程学院材料与化学工程学院化化工工原原理理7-2 7-2 2 2 规整填料规整填料格栅填料格栅填料 格栅填料格栅填料优点:格栅填料层整体性好,空隙率高。优点:格栅填料层整体性好,空隙率高。缺点:但比表面积较低。缺点:但比表面积较低。波纹填料波纹填料 金属丝网波纹填料金属丝网波纹填料按结构按结构网波纹填料和板波纹填料网波纹填料和板波纹填料按材质按材质金属、塑料、陶瓷等金属、塑料、陶瓷等材料与化学工程学院材料与化学工程学院化化工工原原理理7
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