第七章氣液傳質(zhì)設(shè)備7.1填料塔7.2板式塔7.3塔設(shè)備的比較和選型第七章氣液傳質(zhì)設(shè)備7.1填料塔7.1.1 填料塔和填料一、填料塔的結(jié)構(gòu)填料塔是一種應(yīng)用廣泛的氣液兩相接觸并進行傳熱、傳質(zhì)的塔設(shè)備，可用于吸收（解吸）、精餾和萃取等分離過程。填料塔不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且具有阻力小和便于用耐腐蝕材料制造等優(yōu)點，尤其適用于塔直徑較小地情形及處理有腐蝕性的物料或要求壓強較小的真空蒸餾系統(tǒng)，此外，對于某些液氣比較大的蒸餾或吸收操作，也宜采用填料塔。7.1.1 填料塔和填料一、填料塔的結(jié)構(gòu)填料塔和填料課件

二、填料填料式填充于填料塔中的材料，它是填料塔的主要內(nèi)構(gòu)件，其作用是增加氣、液兩相的接觸面積，并提高液體的湍動程度以利于傳質(zhì)、傳熱的進行。因此填料應(yīng)能使氣、液接觸面積大、傳質(zhì)系數(shù)高，同時通量大而阻力小。表征填料特性的主要參數(shù)有：1．

比表面積2.空隙度3.

堆積密度4．

干填料因子及填料因子5.

機械強度及化學(xué)穩(wěn)定性;此外，性能優(yōu)良的填料還必須滿足制造容易、造價低廉等多方面的要求二、填料

常用的填料可分為兩大類：個體填料與規(guī)整填料。常用的填料可分為兩大類：個體填料與規(guī)整填料。3.填料塔的附屬結(jié)構(gòu)填料塔得附屬結(jié)構(gòu)包括填料支撐板，液體分布器，液體再分布器，氣、液體進口及出口裝置等。（1）

支承板3.填料塔的附屬結(jié)構(gòu)（c）條形升氣管（c）條形升氣管

三、填料的選擇1、填料用材的選擇（1）當(dāng)設(shè)備操作溫度較低時，塑料能長期操作而不出現(xiàn)變形，在此種情況下如果體系對塑料無溶脹時可考慮使用塑料，因其價格低、性能良好。塑料填料的操作溫度一般不超過1000C，玻璃纖維增強的聚丙烯填料可達1200C左右。塑料除濃硫酸、濃硝酸等強酸外，有較好的耐腐蝕性，但塑料表面對水溶液的潤濕性差。（2）陶瓷填料一般用于腐蝕性介質(zhì)，尤其是高溫時，但對HF和高溫下的H3PO4與堿不能使用。（3）金屬材料一般耐高溫，但不耐腐蝕。不銹鋼可耐一般的酸堿腐蝕（含C1－的酸除外），但價格較昂貴。三、填料的選擇2、

填料類型的選擇首先取決于工藝要求，如所需理論級數(shù)，生產(chǎn)能力（氣量），容許壓降，物料特性（液體黏度、氣相和液相中是否有懸浮物或生產(chǎn)過程中的聚合等）等，然后結(jié)合填料特性來選擇，要求所選填料能滿足工藝要求，技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)先進，易安裝和維修。由于規(guī)則填料氣、液分布較均勻，放大效應(yīng)小，技術(shù)指標(biāo)由于亂堆填料，故近年來規(guī)則填料的應(yīng)用日趨廣泛，尤其是大型塔和要求壓降低的塔，但裝卸清洗較為困難。對于生產(chǎn)能力（塔徑）大，或分離要求較高，壓降有限制的塔，選用孔板波紋填料較宜，如苯乙烯—乙苯精餾塔、潤滑油減壓塔等。對于一些要求持液量較高的吸收體系中，一般用亂堆填料。亂堆填料中，綜合技術(shù)性能較優(yōu)越是金屬鞍環(huán)、階梯環(huán)、其次是鮑爾環(huán)，再次是矩鞍填料。2、

填料類型的選擇3、

填料尺寸的選擇一般，填料尺寸（直徑、波峰高）大，則比表面小，通量（容許氣速）大，壓降低，但效率（每米填料的理論半數(shù)）也低，故多用于生產(chǎn)能力（處理氣量）大的塔。大型工業(yè)用規(guī)整填料塔常用波峰高12mm左右的板波填料（比表面約為250m2/m3）。對于理論板數(shù)很多或塔高受廠房限制的場合，一般用小尺寸、高比表面填料。對于易結(jié)垢或易沉淀的物料通常用大尺寸的柵板（格柵）填料，并在較高氣速下操作。3、

填料尺寸的選擇7.1.2填料塔的流體力學(xué)性能與傳質(zhì)性能一、填料塔內(nèi)的流體流動1、填料層中的流動氣體在填料層內(nèi)的流動相當(dāng)與氣體在顆粒層內(nèi)的流動。2、

氣液兩相流動的交互影響和載點載干填料層內(nèi)，氣體流量的增大，將使壓降按1.8~2.0次方增長。3、

填料塔的液泛當(dāng)氣液量達到某一定值時，兩相交互作用惡性發(fā)展的結(jié)果會導(dǎo)致液泛現(xiàn)象的出現(xiàn)。此時上升氣流對液流的曳力加大到足以阻止液體下流，于是液體充滿填料層空隙，氣體只能鼓泡上升。7.1.2填料塔的流體力學(xué)性能與傳質(zhì)性能二、填料塔的水力學(xué)性能1、壓力降反映填料層阻力的壓降隨填料的類型與尺寸不同而變化。2、

液泛氣速通常取泛點氣速的50％～80％。填料塔的直徑D：3、載液從正常到載液的過渡往往是一段圓滑曲線。4、持液量持液量指單位體積填料層載其空隙中所持有地液體量。5、潤濕速率

二、填料塔的水力學(xué)性能三、填料的傳質(zhì)性能1.填料潤濕表面的計算2.液相傳質(zhì)系數(shù)計算3.氣相傳質(zhì)系數(shù)三、填料的傳質(zhì)性能1.填料潤濕表面的計算2.液相傳質(zhì)四、一些設(shè)計指標(biāo)1．填料尺寸一般認(rèn)為上述比值至少要等于8，對拉西環(huán)填料還須大一些。2．操作氣速操作氣速可按下列兩種方法之一決定：（1）取操作氣速等于液泛氣速得0.5~0.8倍；（2）根據(jù)生產(chǎn)條件，規(guī)定出可容許得壓力降，由此壓力將反算出可采用得氣速。3．填料層高度填料層高度由傳質(zhì)單元數(shù)或理論板數(shù)來推算。四、一些設(shè)計指標(biāo)7.1.3填料塔的附屬結(jié)構(gòu)填料塔得附屬結(jié)構(gòu)包括填料支撐板，液體分布器，液體再分布器，氣、液體進口及出口裝置等。1、

支承板(c)（c）條形升氣管圖10－5填料的支撐7.1.3填料塔的附屬結(jié)構(gòu)(c)（c）條形升氣管圖10－52、

液體分布器（1）管式噴淋器圖10－6管式噴淋器2、

液體分布器（1）管式噴淋器圖10－6管式噴淋器（2）蓮蓬式噴淋器（3）盤式噴淋器（4）齒槽式分布器圖10－9槽式噴淋器（2）蓮蓬式噴淋器（3）盤式噴淋器（4）齒槽式分布器圖10－4、

其他為避免操作中因氣速波動而使填料被沖動及損壞，常需在填料層頂部設(shè)置填料壓板或擋網(wǎng)，否則有可能使填料層結(jié)構(gòu)及塔的性能急劇惡化，破碎的填料也可能被代入氣、液出口管路而造成阻塞。填料塔氣體進口的構(gòu)形應(yīng)考慮液體倒灌，更重要的是要有利于氣體均勻地進入填料層，對于小塔常見地方式是使進氣管伸至塔截面的中心位置，管端作向下傾斜的切口或向下彎的喇叭口。對于大塔，應(yīng)采取其他更為有效的措施。氣體出口有時需設(shè)置除霧沫裝置，常用的除沫裝置有折流板除霧器、絲網(wǎng)除霧器等。液體的出口應(yīng)保證形成塔的液封，并能放置氣體的挾帶。4、

其他7.2板式塔7.2板式塔填料塔和填料課件7.2.1板式塔的塔型簡介（a）為泡罩塔；（b）為篩板塔；（c）為浮閥塔；(d)為固定舌型塔；（e）為浮動噴射塔。7.2.1板式塔的塔型簡介（a）為泡罩塔；1、泡罩塔板最早使用的氣液傳質(zhì)設(shè)備，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壓降大，造價高，板效率恒定。1、泡罩塔板浮閥塔板浮閥塔是在泡罩塔的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它主要的改進是取消了升氣管和泡罩，在塔板開孔上設(shè)有浮動的浮閥，浮閥可根據(jù)氣體流量上下浮動，自行調(diào)節(jié)，使氣縫速度穩(wěn)定在某一數(shù)值。這一改進使浮閥塔在操作彈性、塔板效率、壓降、生產(chǎn)能力以及設(shè)備造價等方面比泡罩塔優(yōu)越。但在處理粘稠度大的物料方面，又不及泡罩塔可靠。浮閥塔廣泛用于精餾、吸收以及脫吸等傳質(zhì)過程中。塔徑從200mm到6400mm，使用效果均較好。國外浮閥塔徑，大者可達10m，塔高可達80m，板數(shù)有的多達數(shù)百塊。浮閥塔板填料塔和填料課件浮閥塔之所以這樣廣泛地被采用，是因為它具有下列特點：(１)處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加20～40％，而接近于篩板塔。(２)操作彈性大，一般約為5～9，比篩板、泡罩、舌形塔板的操作彈性要大得多。(３)塔板效率高，比泡罩塔高15％左右。(４)壓強小，在常壓塔中每塊板的壓強降一般為400～660N/m2。(５)液面梯度小。(６)使用周期長。粘度稍大以及有一般聚合現(xiàn)象的系統(tǒng)也能正常操作。(７)結(jié)構(gòu)簡單，安裝容易，制造費為泡罩塔板的60～80％,為篩板塔的120～130％。浮閥塔之所以這樣廣泛地被采用，是因為它具有下列特點：篩板板上開篩孔：3-8mm,正三角形排列。結(jié)構(gòu)簡單，造價低，生產(chǎn)能力大，易漏液。篩板噴射塔：浮舌塔板、斜孔塔板噴射塔：浮舌塔板、斜孔塔板7-1-2板式塔的流體力學(xué)性能評價塔設(shè)備的指標(biāo)：生產(chǎn)能力、塔板效率、操作彈性、塔板壓強降。塔板上的氣液相流動情況影響塔的流體力學(xué)性能：塔板壓降、液泛、霧沫夾帶、漏液、液面落差等。

1．

塔板壓降（流體阻力）：塔板壓降由如下三部分組成：（１）干板壓降；（２）通過液層的靜壓強；（３）由表面張力引起的壓降。*

塔板壓降大，使塔釜壓強加大，再沸器、加熱蒸汽壓力相應(yīng)加大；對真空操作難以進行。7-1-2板式塔的流體力學(xué)性能1．

塔板壓降（流體阻力）2、液泛

氣量和液量較大時，造成塔內(nèi)液體不能順利下流而在塔內(nèi)積累，上下板液體相連，稱為淹塔（液泛）。液泛原因：氣量過大、液量過大、氣速過大、板間距小、流體的起泡性能等。3、霧沫夾帶氣體穿過塔板上的液體上升時，夾帶液體的現(xiàn)象,增加了氣液接觸面積，但嚴(yán)重時造成返混，不利于傳質(zhì)，規(guī)定霧沫夾帶ev<0.1kg液體/kg氣體。霧沫夾帶因素：空塔氣速大、板間距小，霧沫夾帶量加大。2、液泛4、漏液氣體量不足，液體通過孔下流稱漏液。規(guī)定漏液量<10%的液體量，氣速稱為漏液速度，是氣體的下限。漏液原因：氣體量太??；塔板液體入口出由于液體層較厚易漏液，所以塔板入口留有安定區(qū)不開孔。5、液面落差液體橫向流過板面時，存在液面落差⊿，液體層的不均勻性造成氣液接觸不均勻。液面落差原因：塔板結(jié)構(gòu)、液體流量、塔徑。大塔徑塔采用雙降液管。4、漏液

6．板塔的負荷性能圖影響塔操作狀況與分離效率的主要因素為：物性、塔板結(jié)構(gòu)、氣液負荷，對于一定的塔處理一定的物料，操作狀況僅僅與氣液負荷有關(guān)，將塔內(nèi)氣體和液體的負荷變化范圍繪圖----塔板負荷性能圖。(1)圖中線a為最小液體負荷線。(2)線b為漏液線。(3)線c為最大液體負荷線。按液體在降液管中允許停留時間計算(4)線d為降液管液泛線(5)線d為霧沫夾帶線。

6．板塔的負荷性能圖a----液體負荷下線b----漏液線c----液體負荷上線e-----液泛線。f----霧沫夾帶線。操作線：恒回流比下，每板氣、液流量為Vs、Ls，可見每板的操作點過原點、斜率為Vs/Ls的線變化，稱為操作線。操作彈性：操作線與負荷性能圖上邊界線交點氣體上限與下限的比值。a----液體負荷下線操作線：恒回流比下，每板氣、液流量為V板式塔的工藝設(shè)計設(shè)計步驟設(shè)計按以下幾個階段進行：(１)設(shè)計方案的確定。根據(jù)給定任務(wù)，對精餾裝置的流程、操作條件、主要設(shè)備型式及其材質(zhì)的選取等進行論述。（２）蒸餾塔的工藝計算，確定塔高和塔徑。（３）塔板結(jié)構(gòu)設(shè)計：計算塔板各主要工藝尺寸，進行流體力學(xué)校核計算。接管尺寸、泵等，并畫出塔的操作性能圖。（４）管路及附屬設(shè)備的計算與選型，如再沸器、冷凝器。(5)編寫說明書，繪制精餾裝置工藝流程圖和精餾塔的設(shè)備圖板式塔的工藝設(shè)計設(shè)計步驟一、確定工藝參數(shù)

1、用全塔物料衡算式確定產(chǎn)品流量；2、用圖解或公式法確定操作回流比；3、確定塔板數(shù)及加料板的位置；先用圖解法或逐板計算法確定所需的理論塔板數(shù)，然后查取工程手冊或借助奧－康耐爾關(guān)聯(lián)式確定塔效率，從而確定所需的實際塔板數(shù)及加料板位置。一、確定工藝參數(shù)1、用全塔物料衡算式確定產(chǎn)品流量；二、塔高H=有效高度+塔底+塔頂+裙座有效高度：板間距HT可取300、350、450、500、600mm等幾種。另外，人孔、加料板出板間距加大，人孔>=500mm二、塔高板間距HT可取300、350、450、500、60氣速u=0.6-0.8umax三、塔徑塔徑：C--負荷系數(shù)，有HT、氣液流量、密度數(shù)據(jù)查史密斯圖可得。計算出的D進行圓整，600，700，800，900，1000，1200，1400…..mm氣速u=0.6-0.8umax三、塔徑塔徑：C--負CC四、塔板結(jié)構(gòu)設(shè)計1、溢流形式有降液管得板式塔常用得塔板液流型式有以下幾種：(a)單溢流型（b）雙溢流型（c）U形溢流型四、塔板結(jié)構(gòu)設(shè)計2、降液管（弓型）液體在降液管的停留時間一般要求大于3～5s,即按下式計算：降液管的形狀一般為弓型2、降液管（弓型）降液管的形狀一般為弓型一般堰上最大液流量，不宜超過100～130m3/(mh)。

3、溢流堰堰長lw：為使液流均勻通過塔板，一般單溢流lw=(0.6-0.8)D雙溢流lw=(0.5-0.6)D一般堰上最大液流量，不宜超過100～130m3/(mh)。4.塔板布置塔板的幾個區(qū)域：溢流區(qū)、破沫區(qū)、鼓泡區(qū)、無效區(qū)Wc=30--75mmWs=60--100mm4.塔板布置塔板的幾個區(qū)域：Wc=30--75mm從裝配特點來分，塔板有整塊式和分塊式兩種。當(dāng)塔徑小于900mm時采用整塊式塔板；當(dāng)塔徑大于800mm時，為降低塔板造價，合理利用板材，便于人入塔拆裝檢修，可采用分塊式塔板；塔徑為800~900mm時，可根據(jù)制造和安裝的具體情況任意選用上述兩種結(jié)構(gòu)。從裝配特點來分，塔板有整塊式和分塊式兩種。當(dāng)塔徑小于9005、浮閥的數(shù)目和排列浮閥的開度可用閥孔的動能因數(shù)來衡量。根據(jù)經(jīng)驗，當(dāng)浮閥處于全開或剛剛到達全開時，設(shè)備的生產(chǎn)能力最大。根據(jù)實測的結(jié)果表明，此時閥孔的動能因數(shù)Fo為：F0=9—12較合適,選擇Fo,計算閥孔氣速閥孔數(shù)目N5、浮閥的數(shù)目和排列F0=9—12較合適,選擇Fo,計算閥孔浮閥在鼓泡區(qū)按三角形排列,t=75mm,t’=65,80,100mm,作圖排列浮閥,排列的N實際,若與計算相差不大,按N實際核算Fo(9—12),滿足要求,否則,調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù)重新計算.開孔率=閥孔面積/塔截面積=10%--14%浮閥在鼓泡區(qū)按三角形排列,t=75mm,t’=65,80填料塔和填料課件五、流體力學(xué)校核1、壓降2、液泛3、漏夜4、霧沫夾帶5、負荷性能圖（1）漏液線：塔板漏液量達到10％時（2）液相負荷下限線：（3）液相負荷下限線：塔板的堰上清液層高度how恰好等于6mm（即將發(fā)生“干堰”現(xiàn)象）時所對應(yīng)的液相體積流量。（4）氣相負荷上限線：液沫夾帶量<=10％（5）液泛線：發(fā)生液泛時，氣液兩相流量間的函數(shù)關(guān)系。

五、流體力學(xué)校核影響塔操作狀況與分離效率的主要因素為：物性、塔板結(jié)構(gòu)、氣液負荷，對于一定的塔處理一定的物料，操作狀況僅僅與氣液負荷有關(guān)，將塔內(nèi)氣體和液體的負荷變化范圍繪圖----塔板負荷性能圖。(1)圖中線a為最小液體負荷線。(2)線b為漏液線。(3)線c為最大液體負荷線。按液體在降液管中允許停留時間計算(4)線d為降液管液泛線(5)線d為霧沫夾帶線。影響塔操作狀況與分離效率的主要因素為：物性、塔板結(jié)構(gòu)、氣液負a----液體負荷下線b----漏液線c----液體負荷上線e-----液泛線。f----霧沫夾帶線。操作彈性：最高氣量與最低氣量的比值稱為。顯然，操作彈性越大，則塔的可調(diào)節(jié)范圍越寬，可操作性越強。一設(shè)計合理的浮閥塔，其操作彈性應(yīng)介于3～4之間a----液體負荷下線操作彈性：最高氣量與最低氣量的比值稱為六、輔助設(shè)備設(shè)計與選型：冷凝器、再沸器、接管七、畫圖八、說明書填料塔和填料課件填料塔和填料課件填料塔和填料課件7.2.6篩板塔得結(jié)構(gòu)設(shè)計1．

篩板的開孔為了使篩板的利用率高，篩孔多取三角形排列（見圖１０－２１）。當(dāng)孔間距和孔徑確定后，開孔面積與塔板開孔區(qū)面積之比（），由下式計算：開孔區(qū)面積對于單溢流塔板可用下式計算：對于雙溢流塔板塔板上的篩孔總數(shù)n可用下式計算：7.2.6篩板塔得結(jié)構(gòu)設(shè)計為了使篩板的利用率高，篩孔多取三角2．

溢流堰溢流堰設(shè)計按10.2.5節(jié)考慮，篩板塔的堰高可按以下要求設(shè)計：對一般的塔，應(yīng)使塔上清夜層高度（堰高＋堰上液流高度）在50～100mm之間，即對于真空度較高或要求壓強很小的情況下，可使，此時。當(dāng)液流量很大時，可以不設(shè)堰。３．其他結(jié)構(gòu)降液管、內(nèi)堰、受液盤及安定區(qū)、邊緣區(qū)等要求按10.2.5節(jié)設(shè)計。2．

溢流堰7.2.8浮閥塔的設(shè)計1.浮閥塔型式圖10－26F－1型浮閥2.閥的排列浮閥一般按正三角形排列，也有采用等腰三角形排列的。浮閥中心距可取75、100、125、150mm等幾種。7.2.8浮閥塔的設(shè)計圖10－26F－1型浮閥2.閥的排3.閥數(shù)確定4．溢流管及降液管按10.2.5節(jié)及10.2.6節(jié)有關(guān)部分設(shè)計計算。5．塔板壓降（液體阻力）（1）干板壓降閥全開前

閥全開后（2）通過液層的3.閥數(shù)確定4．溢流管及降液管5．塔板壓降（液體阻力）（1）泛點率由下列二式求之（采用計算結(jié)果中較大的數(shù)值）：

及

其中建議2～3m直徑的單溢流塔中，若溢流強度不大于50m3/(mh)時，可使塔板傾斜度按每3m傾角10考慮，溢流強度較低時，傾角可小些。6．液面梯度7．漏液點核霧沫夾帶（1）漏液點一般認(rèn)為漏液點的閥孔動能因素為（對常壓及加壓塔），故以此值作為操作下限。（2）霧沫夾帶泛點率由下列二式求之（采用計算結(jié)果中較大的數(shù)值）：建議2～37.2.9新型塔設(shè)備簡介1．A.P.V．維斯脫泡罩—篩板塔2．多降液管篩板塔（又稱MD篩板塔）（a）圖10－31多降液管篩板塔示意圖7.2.9新型塔設(shè)備簡介1．A.P.V．維斯脫泡罩—篩板3．網(wǎng)狀篩板塔4．浮動舌形塔（簡稱浮舌塔）3．網(wǎng)狀篩板塔4．浮動舌形塔（簡稱浮舌塔）一、板式塔的比較塔型總板效率/％處理能力操作彈性Δp板間距/mm成本泡罩篩板浮閥舌型60～8070～9070～9070～9011.41.5～1.5539310.50.60.8400～800200～400300～600300～60012/32/32/3表10－8板式塔的比較

二、填料塔和板式塔的對比與選用1．傳質(zhì)效率2．液體阻力3．液體負荷量4．設(shè)備結(jié)構(gòu)其他如處理有腐蝕性的物料可用填料塔，而處理有固體戲出的物料可選用難以堵塞的板式塔（浮閥、泡罩塔）?？傊?，塔型的選用應(yīng)根據(jù)具體情況確定。7.3塔設(shè)備的比較和選型一、板式塔的比較塔型總板效率/％處理能力操作彈性Δp板間距/填料塔和填料課件填料塔和填料課件填料塔和填料課件填料塔和填料課件第七章氣液傳質(zhì)設(shè)備7.1填料塔7.2板式塔7.3塔設(shè)備的比較和選型第七章氣液傳質(zhì)設(shè)備7.1填料塔7.1.1 填料塔和填料一、填料塔的結(jié)構(gòu)填料塔是一種應(yīng)用廣泛的氣液兩相接觸并進行傳熱、傳質(zhì)的塔設(shè)備，可用于吸收（解吸）、精餾和萃取等分離過程。填料塔不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且具有阻力小和便于用耐腐蝕材料制造等優(yōu)點，尤其適用于塔直徑較小地情形及處理有腐蝕性的物料或要求壓強較小的真空蒸餾系統(tǒng)，此外，對于某些液氣比較大的蒸餾或吸收操作，也宜采用填料塔。7.1.1 填料塔和填料一、填料塔的結(jié)構(gòu)填料塔和填料課件

二、填料填料式填充于填料塔中的材料，它是填料塔的主要內(nèi)構(gòu)件，其作用是增加氣、液兩相的接觸面積，并提高液體的湍動程度以利于傳質(zhì)、傳熱的進行。因此填料應(yīng)能使氣、液接觸面積大、傳質(zhì)系數(shù)高，同時通量大而阻力小。表征填料特性的主要參數(shù)有：1．

比表面積2.空隙度3.

堆積密度4．

干填料因子及填料因子5.

機械強度及化學(xué)穩(wěn)定性;此外，性能優(yōu)良的填料還必須滿足制造容易、造價低廉等多方面的要求二、填料

常用的填料可分為兩大類：個體填料與規(guī)整填料。常用的填料可分為兩大類：個體填料與規(guī)整填料。3.填料塔的附屬結(jié)構(gòu)填料塔得附屬結(jié)構(gòu)包括填料支撐板，液體分布器，液體再分布器，氣、液體進口及出口裝置等。（1）

支承板3.填料塔的附屬結(jié)構(gòu)（c）條形升氣管（c）條形升氣管

三、填料的選擇1、填料用材的選擇（1）當(dāng)設(shè)備操作溫度較低時，塑料能長期操作而不出現(xiàn)變形，在此種情況下如果體系對塑料無溶脹時可考慮使用塑料，因其價格低、性能良好。塑料填料的操作溫度一般不超過1000C，玻璃纖維增強的聚丙烯填料可達1200C左右。塑料除濃硫酸、濃硝酸等強酸外，有較好的耐腐蝕性，但塑料表面對水溶液的潤濕性差。（2）陶瓷填料一般用于腐蝕性介質(zhì)，尤其是高溫時，但對HF和高溫下的H3PO4與堿不能使用。（3）金屬材料一般耐高溫，但不耐腐蝕。不銹鋼可耐一般的酸堿腐蝕（含C1－的酸除外），但價格較昂貴。三、填料的選擇2、

填料類型的選擇首先取決于工藝要求，如所需理論級數(shù)，生產(chǎn)能力（氣量），容許壓降，物料特性（液體黏度、氣相和液相中是否有懸浮物或生產(chǎn)過程中的聚合等）等，然后結(jié)合填料特性來選擇，要求所選填料能滿足工藝要求，技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)先進，易安裝和維修。由于規(guī)則填料氣、液分布較均勻，放大效應(yīng)小，技術(shù)指標(biāo)由于亂堆填料，故近年來規(guī)則填料的應(yīng)用日趨廣泛，尤其是大型塔和要求壓降低的塔，但裝卸清洗較為困難。對于生產(chǎn)能力（塔徑）大，或分離要求較高，壓降有限制的塔，選用孔板波紋填料較宜，如苯乙烯—乙苯精餾塔、潤滑油減壓塔等。對于一些要求持液量較高的吸收體系中，一般用亂堆填料。亂堆填料中，綜合技術(shù)性能較優(yōu)越是金屬鞍環(huán)、階梯環(huán)、其次是鮑爾環(huán)，再次是矩鞍填料。2、

填料類型的選擇3、

填料尺寸的選擇一般，填料尺寸（直徑、波峰高）大，則比表面小，通量（容許氣速）大，壓降低，但效率（每米填料的理論半數(shù)）也低，故多用于生產(chǎn)能力（處理氣量）大的塔。大型工業(yè)用規(guī)整填料塔常用波峰高12mm左右的板波填料（比表面約為250m2/m3）。對于理論板數(shù)很多或塔高受廠房限制的場合，一般用小尺寸、高比表面填料。對于易結(jié)垢或易沉淀的物料通常用大尺寸的柵板（格柵）填料，并在較高氣速下操作。3、

填料尺寸的選擇7.1.2填料塔的流體力學(xué)性能與傳質(zhì)性能一、填料塔內(nèi)的流體流動1、填料層中的流動氣體在填料層內(nèi)的流動相當(dāng)與氣體在顆粒層內(nèi)的流動。2、

氣液兩相流動的交互影響和載點載干填料層內(nèi)，氣體流量的增大，將使壓降按1.8~2.0次方增長。3、

填料塔的液泛當(dāng)氣液量達到某一定值時，兩相交互作用惡性發(fā)展的結(jié)果會導(dǎo)致液泛現(xiàn)象的出現(xiàn)。此時上升氣流對液流的曳力加大到足以阻止液體下流，于是液體充滿填料層空隙，氣體只能鼓泡上升。7.1.2填料塔的流體力學(xué)性能與傳質(zhì)性能二、填料塔的水力學(xué)性能1、壓力降反映填料層阻力的壓降隨填料的類型與尺寸不同而變化。2、

液泛氣速通常取泛點氣速的50％～80％。填料塔的直徑D：3、載液從正常到載液的過渡往往是一段圓滑曲線。4、持液量持液量指單位體積填料層載其空隙中所持有地液體量。5、潤濕速率

二、填料塔的水力學(xué)性能三、填料的傳質(zhì)性能1.填料潤濕表面的計算2.液相傳質(zhì)系數(shù)計算3.氣相傳質(zhì)系數(shù)三、填料的傳質(zhì)性能1.填料潤濕表面的計算2.液相傳質(zhì)四、一些設(shè)計指標(biāo)1．填料尺寸一般認(rèn)為上述比值至少要等于8，對拉西環(huán)填料還須大一些。2．操作氣速操作氣速可按下列兩種方法之一決定：（1）取操作氣速等于液泛氣速得0.5~0.8倍；（2）根據(jù)生產(chǎn)條件，規(guī)定出可容許得壓力降，由此壓力將反算出可采用得氣速。3．填料層高度填料層高度由傳質(zhì)單元數(shù)或理論板數(shù)來推算。四、一些設(shè)計指標(biāo)7.1.3填料塔的附屬結(jié)構(gòu)填料塔得附屬結(jié)構(gòu)包括填料支撐板，液體分布器，液體再分布器，氣、液體進口及出口裝置等。1、

支承板(c)（c）條形升氣管圖10－5填料的支撐7.1.3填料塔的附屬結(jié)構(gòu)(c)（c）條形升氣管圖10－52、

液體分布器（1）管式噴淋器圖10－6管式噴淋器2、

液體分布器（1）管式噴淋器圖10－6管式噴淋器（2）蓮蓬式噴淋器（3）盤式噴淋器（4）齒槽式分布器圖10－9槽式噴淋器（2）蓮蓬式噴淋器（3）盤式噴淋器（4）齒槽式分布器圖10－4、

其他為避免操作中因氣速波動而使填料被沖動及損壞，常需在填料層頂部設(shè)置填料壓板或擋網(wǎng)，否則有可能使填料層結(jié)構(gòu)及塔的性能急劇惡化，破碎的填料也可能被代入氣、液出口管路而造成阻塞。填料塔氣體進口的構(gòu)形應(yīng)考慮液體倒灌，更重要的是要有利于氣體均勻地進入填料層，對于小塔常見地方式是使進氣管伸至塔截面的中心位置，管端作向下傾斜的切口或向下彎的喇叭口。對于大塔，應(yīng)采取其他更為有效的措施。氣體出口有時需設(shè)置除霧沫裝置，常用的除沫裝置有折流板除霧器、絲網(wǎng)除霧器等。液體的出口應(yīng)保證形成塔的液封，并能放置氣體的挾帶。4、

其他7.2板式塔7.2板式塔填料塔和填料課件7.2.1板式塔的塔型簡介（a）為泡罩塔；（b）為篩板塔；（c）為浮閥塔；(d)為固定舌型塔；（e）為浮動噴射塔。7.2.1板式塔的塔型簡介（a）為泡罩塔；1、泡罩塔板最早使用的氣液傳質(zhì)設(shè)備，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壓降大，造價高，板效率恒定。1、泡罩塔板浮閥塔板浮閥塔是在泡罩塔的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它主要的改進是取消了升氣管和泡罩，在塔板開孔上設(shè)有浮動的浮閥，浮閥可根據(jù)氣體流量上下浮動，自行調(diào)節(jié)，使氣縫速度穩(wěn)定在某一數(shù)值。這一改進使浮閥塔在操作彈性、塔板效率、壓降、生產(chǎn)能力以及設(shè)備造價等方面比泡罩塔優(yōu)越。但在處理粘稠度大的物料方面，又不及泡罩塔可靠。浮閥塔廣泛用于精餾、吸收以及脫吸等傳質(zhì)過程中。塔徑從200mm到6400mm，使用效果均較好。國外浮閥塔徑，大者可達10m，塔高可達80m，板數(shù)有的多達數(shù)百塊。浮閥塔板填料塔和填料課件浮閥塔之所以這樣廣泛地被采用，是因為它具有下列特點：(１)處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加20～40％，而接近于篩板塔。(２)操作彈性大，一般約為5～9，比篩板、泡罩、舌形塔板的操作彈性要大得多。(３)塔板效率高，比泡罩塔高15％左右。(４)壓強小，在常壓塔中每塊板的壓強降一般為400～660N/m2。(５)液面梯度小。(６)使用周期長。粘度稍大以及有一般聚合現(xiàn)象的系統(tǒng)也能正常操作。(７)結(jié)構(gòu)簡單，安裝容易，制造費為泡罩塔板的60～80％,為篩板塔的120～130％。浮閥塔之所以這樣廣泛地被采用，是因為它具有下列特點：篩板板上開篩孔：3-8mm,正三角形排列。結(jié)構(gòu)簡單，造價低，生產(chǎn)能力大，易漏液。篩板噴射塔：浮舌塔板、斜孔塔板噴射塔：浮舌塔板、斜孔塔板7-1-2板式塔的流體力學(xué)性能評價塔設(shè)備的指標(biāo)：生產(chǎn)能力、塔板效率、操作彈性、塔板壓強降。塔板上的氣液相流動情況影響塔的流體力學(xué)性能：塔板壓降、液泛、霧沫夾帶、漏液、液面落差等。

1．

塔板壓降（流體阻力）：塔板壓降由如下三部分組成：（１）干板壓降；（２）通過液層的靜壓強；（３）由表面張力引起的壓降。*

塔板壓降大，使塔釜壓強加大，再沸器、加熱蒸汽壓力相應(yīng)加大；對真空操作難以進行。7-1-2板式塔的流體力學(xué)性能1．

塔板壓降（流體阻力）2、液泛

氣量和液量較大時，造成塔內(nèi)液體不能順利下流而在塔內(nèi)積累，上下板液體相連，稱為淹塔（液泛）。液泛原因：氣量過大、液量過大、氣速過大、板間距小、流體的起泡性能等。3、霧沫夾帶氣體穿過塔板上的液體上升時，夾帶液體的現(xiàn)象,增加了氣液接觸面積，但嚴(yán)重時造成返混，不利于傳質(zhì)，規(guī)定霧沫夾帶ev<0.1kg液體/kg氣體。霧沫夾帶因素：空塔氣速大、板間距小，霧沫夾帶量加大。2、液泛4、漏液氣體量不足，液體通過孔下流稱漏液。規(guī)定漏液量<10%的液體量，氣速稱為漏液速度，是氣體的下限。漏液原因：氣體量太??；塔板液體入口出由于液體層較厚易漏液，所以塔板入口留有安定區(qū)不開孔。5、液面落差液體橫向流過板面時，存在液面落差⊿，液體層的不均勻性造成氣液接觸不均勻。液面落差原因：塔板結(jié)構(gòu)、液體流量、塔徑。大塔徑塔采用雙降液管。4、漏液

6．板塔的負荷性能圖影響塔操作狀況與分離效率的主要因素為：物性、塔板結(jié)構(gòu)、氣液負荷，對于一定的塔處理一定的物料，操作狀況僅僅與氣液負荷有關(guān)，將塔內(nèi)氣體和液體的負荷變化范圍繪圖----塔板負荷性能圖。(1)圖中線a為最小液體負荷線。(2)線b為漏液線。(3)線c為最大液體負荷線。按液體在降液管中允許停留時間計算(4)線d為降液管液泛線(5)線d為霧沫夾帶線。

6．板塔的負荷性能圖a----液體負荷下線b----漏液線c----液體負荷上線e-----液泛線。f----霧沫夾帶線。操作線：恒回流比下，每板氣、液流量為Vs、Ls，可見每板的操作點過原點、斜率為Vs/Ls的線變化，稱為操作線。操作彈性：操作線與負荷性能圖上邊界線交點氣體上限與下限的比值。a----液體負荷下線操作線：恒回流比下，每板氣、液流量為V板式塔的工藝設(shè)計設(shè)計步驟設(shè)計按以下幾個階段進行：(１)設(shè)計方案的確定。根據(jù)給定任務(wù)，對精餾裝置的流程、操作條件、主要設(shè)備型式及其材質(zhì)的選取等進行論述。（２）蒸餾塔的工藝計算，確定塔高和塔徑。（３）塔板結(jié)構(gòu)設(shè)計：計算塔板各主要工藝尺寸，進行流體力學(xué)校核計算。接管尺寸、泵等，并畫出塔的操作性能圖。（４）管路及附屬設(shè)備的計算與選型，如再沸器、冷凝器。(5)編寫說明書，繪制精餾裝置工藝流程圖和精餾塔的設(shè)備圖板式塔的工藝設(shè)計設(shè)計步驟一、確定工藝參數(shù)

1、用全塔物料衡算式確定產(chǎn)品流量；2、用圖解或公式法確定操作回流比；3、確定塔板數(shù)及加料板的位置；先用圖解法或逐板計算法確定所需的理論塔板數(shù)，然后查取工程手冊或借助奧－康耐爾關(guān)聯(lián)式確定塔效率，從而確定所需的實際塔板數(shù)及加料板位置。一、確定工藝參數(shù)1、用全塔物料衡算式確定產(chǎn)品流量；二、塔高H=有效高度+塔底+塔頂+裙座有效高度：板間距HT可取300、350、450、500、600mm等幾種。另外，人孔、加料板出板間距加大，人孔>=500mm二、塔高板間距HT可取300、350、450、500、60氣速u=0.6-0.8umax三、塔徑塔徑：C--負荷系數(shù)，有HT、氣液流量、密度數(shù)據(jù)查史密斯圖可得。計算出的D進行圓整，600，700，800，900，1000，1200，1400…..mm氣速u=0.6-0.8umax三、塔徑塔徑：C--負CC四、塔板結(jié)構(gòu)設(shè)計1、溢流形式有降液管得板式塔常用得塔板液流型式有以下幾種：(a)單溢流型（b）雙溢流型（c）U形溢流型四、塔板結(jié)構(gòu)設(shè)計2、降液管（弓型）液體在降液管的停留時間一般要求大于3～5s,即按下式計算：降液管的形狀一般為弓型2、降液管（弓型）降液管的形狀一般為弓型一般堰上最大液流量，不宜超過100～130m3/(mh)。

3、溢流堰堰長lw：為使液流均勻通過塔板，一般單溢流lw=(0.6-0.8)D雙溢流lw=(0.5-0.6)D一般堰上最大液流量，不宜超過100～130m3/(mh)。4.塔板布置塔板的幾個區(qū)域：溢流區(qū)、破沫區(qū)、鼓泡區(qū)、無效區(qū)Wc=30--75mmWs=60--100mm4.塔板布置塔板的幾個區(qū)域：Wc=30--75mm從裝配特點來分，塔板有整塊式和分塊式兩種。當(dāng)塔徑小于900mm時采用整塊式塔板；當(dāng)塔徑大于800mm時，為降低塔板造價，合理利用板材，便于人入塔拆裝檢修，可采用分塊式塔板；塔徑為800~900mm時，可根據(jù)制造和安裝的具體情況任意選用上述兩種結(jié)構(gòu)。從裝配特點來分，塔板有整塊式和分塊式兩種。當(dāng)塔徑小于9005、浮閥的數(shù)目和排列浮閥的開度可用閥孔的動能因數(shù)來衡量。根據(jù)經(jīng)驗，當(dāng)浮閥處于全開或剛剛到達全開時，設(shè)備的生產(chǎn)能力最大。根據(jù)實測的結(jié)果表明，此時閥孔的動能因數(shù)Fo為：F0=9—12較合適,選擇Fo,計算閥孔氣速閥孔數(shù)目N5、浮閥的數(shù)目和排列F0=9—12較合適,選擇Fo,計算閥孔浮閥在鼓泡區(qū)按三角形排列,t=75mm,t’=65,80,100mm,作圖排列浮閥,排列的N實際,若與計算相差不大,按N實際核算Fo(9—12),滿足要求,否則,調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù)重新計算.開孔率=閥孔面積/塔截面積=10%--14%浮閥在鼓泡區(qū)按三角形排列,t=75mm,t’=65,80填料塔和填料課件五、流體力學(xué)校核1、壓降2、液泛3、漏夜4、霧沫夾帶5、負荷性能圖（1）漏液線：塔板漏液量達到10％時（2）液相負荷下限線：（3）液相負荷下限線：塔板的堰上清液層高度how恰好等于6mm（即將發(fā)生“干堰”現(xiàn)象）時所對應(yīng)的液相體積流量。（4）氣相負荷上限線：液沫夾帶量<=10％（5）液泛線：發(fā)生液泛時，氣液兩相流量間的函數(shù)關(guān)系。

五、流體力學(xué)校核影響塔操作狀況與分離效率的主要因素為：物性、塔板結(jié)構(gòu)、氣液負荷，對于一定的塔處理一定的物料，操作狀況僅僅與氣液負荷有關(guān)，將塔內(nèi)氣體和液體的負荷變化范圍繪圖----塔板負荷性能圖。(1)圖中線a為最小液體負荷線。(2)線b為漏液線。(3)線c為最大液體負荷線。按液體在降液管中允許停留時間計算(4)線d為降液管液泛線(5)線d為霧沫夾帶線。影響塔操作狀況與分離效率的主要因素為：物性、塔板結(jié)構(gòu)、氣液負a----液體負荷下線b----漏液線c----液體負荷上線e-----液泛線。f----霧沫夾帶線。操作彈性：最高氣