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1、气液传质设备板式塔气液传质设备板式塔第1页，此课件共75页哦原油加工费原油加工费uu中国：中国：2626美元美元/t /t 保护、扶持为主的保护、扶持为主的产业政策产业政策uu中东：中东：1414美元美元/t/tuu东南亚：东南亚：1212美元美元/t/tuu关键设备大型化关键设备大型化 规模效应规模效应uu降低能耗、提高设备效率、减少废物排放降低能耗、提高设备效率、减少废物排放第2页，此课件共75页哦装置大型化装置大型化uu同等规模下，单套精馏装置同等规模下，单套精馏装置uu比双套装置、比双套装置、uu投资减少投资减少24%uu能耗减少能耗减少19%uu比三套装置比三套装置uu投资减少投资减
2、少55%uu能耗减少能耗减少29%第3页，此课件共75页哦塔器大型化塔器大型化uu我国节能降耗、提高分离过程水平的战略决策我国节能降耗、提高分离过程水平的战略决策uu年产年产1000万吨以上的炼油装置万吨以上的炼油装置uu年产年产100万吨的乙烯装置万吨的乙烯装置uu常压塔直径常压塔直径9muu减压塔直径减压塔直径13m第4页，此课件共75页哦塔器大型化存在的技术关键塔器大型化存在的技术关键uu（1）液体分布问题）液体分布问题uu填料塔的大型化填料塔的大型化uu 塔径与填料直径比增大塔径与填料直径比增大uu 填料层的径向分散系数减小填料层的径向分散系数减小uu 将初始不良分布转化为自然流将初始
3、不良分布转化为自然流分布更困难分布更困难第5页，此课件共75页哦液体分布器液体分布器uu液体初始分布液体初始分布uu影响因素：影响因素：uu分离程度、理论技术、分布质量、填料形式及尺寸、分离程度、理论技术、分布质量、填料形式及尺寸、液体流率、塔径、堵塞的可能性、加料状态及造价液体流率、塔径、堵塞的可能性、加料状态及造价等等等等uu措施：措施：措施：措施：uu通过流体力学实验及现代计算流体力学技术通过流体力学实验及现代计算流体力学技术uu优化设计高性能液体分布器优化设计高性能液体分布器优化设计高性能液体分布器优化设计高性能液体分布器第6页，此课件共75页哦（2）气体分布问题）气体分布问题uu填料
4、塔填料塔uu气流在填料床内自然可以达到均匀分布气流在填料床内自然可以达到均匀分布uu措施：措施：uu通通过计过计算流体力学算流体力学进进行模行模拟计拟计算、算、优优化化设计设计第7页，此课件共75页哦大型塔器对气体分布装置的要求大型塔器对气体分布装置的要求uu（1）均布性能好）均布性能好uu（2）流动阻力小）流动阻力小uu（3）占塔内空间小、高度低）占塔内空间小、高度低uu（4）能有效防止气液相互夹带）能有效防止气液相互夹带uu（5）不易持液、结焦、堵塞等）不易持液、结焦、堵塞等uu（6）结构简单，安装维修方便）结构简单，安装维修方便第8页，此课件共75页哦（3）液面梯度问题）液面梯度问题uu
5、液面梯度大液面梯度大uu严重影响气体的均匀流动严重影响气体的均匀流动uu气液接触不充分气液接触不充分uu塔板效率降低塔板效率降低uu措施：措施：uu通过气体的拖曳实现，利用计算流体力学技术通过气体的拖曳实现，利用计算流体力学技术uu对塔盘结构及浮阀的设计进行优化对塔盘结构及浮阀的设计进行优化uu低液面梯度塔盘低液面梯度塔盘第9页，此课件共75页哦（4）大型内构件的变形问题）大型内构件的变形问题uu塔内支撑的结构设计塔内支撑的结构设计uu对支撑梁的要求：矛盾对支撑梁的要求：矛盾uu足够的强度、刚度和抗变形要求足够的强度、刚度和抗变形要求uu附近气体横向和纵向的通透性、流体附近气体横向和纵向的通透
6、性、流体流动的均匀性流动的均匀性uu工字钢、槽钢工字钢、槽钢uu通透支撑装置通透支撑装置第10页，此课件共75页哦热变形问题热变形问题uu材质不同和传热的影响材质不同和传热的影响uu塔壳体和内部构件变形不一致塔壳体和内部构件变形不一致uu 集油箱开裂和泄露集油箱开裂和泄露uu措施：措施：uu现代力学分析技术现代力学分析技术第11页，此课件共75页哦（5）长周期运转问题）长周期运转问题uu要求稳定运行时间长、可靠性高要求稳定运行时间长、可靠性高uu塔器的特点：塔器的特点：uu不存在备用塔不存在备用塔uu操作周期中不允许检修操作周期中不允许检修uu液体分布器或填料的堵塞液体分布器或填料的堵塞uu原
7、因：固体物质、易聚合物料、腐蚀等原因：固体物质、易聚合物料、腐蚀等第12页，此课件共75页哦101 板式塔板式塔Plate Column第13页，此课件共75页哦一、概述：一、概述：uu 1813年已应用于工业生产年已应用于工业生产uu目前用量最大、应用范围最广的气液目前用量最大、应用范围最广的气液传质设备传质设备第14页，此课件共75页哦第15页，此课件共75页哦第16页，此课件共75页哦1、板式塔的设计意图：、板式塔的设计意图：uu功能：功能：uu（1 1）塔板提供气液两相充分接）塔板提供气液两相充分接触的场所（接触面积），减小触的场所（接触面积），减小传质阻力传质阻力uu（2 2）塔内整
8、体为逆流流动，）塔内整体为逆流流动，提供最大的传质推动力提供最大的传质推动力uu（3 3）提供足够大的气液两相通）提供足够大的气液两相通道，保证大通量、低压降、合道，保证大通量、低压降、合适的操作弹性适的操作弹性第17页，此课件共75页哦2、板式塔的特点：、板式塔的特点：uu（1）空塔气速较高，则生产能力大）空塔气速较高，则生产能力大 uu（2）塔板效率稳定，操作弹性大）塔板效率稳定，操作弹性大uu（3）造价低、检修、清洗方便）造价低、检修、清洗方便第18页，此课件共75页哦 3、塔板的构造：、塔板的构造：uu以筛孔塔板为例以筛孔塔板为例uu（1）筛孔）筛孔Sieveuu作用：提供气体上升的通
9、道作用：提供气体上升的通道uu各类塔板的主要区别在于气体通道的差别各类塔板的主要区别在于气体通道的差别第19页，此课件共75页哦uu（2）溢流堰）溢流堰weir：uu作用：使塔板上保持一定厚度的流动作用：使塔板上保持一定厚度的流动液层液层uu高：高：hw，长：，长：lw第20页，此课件共75页哦（3）降液管）降液管Downcomeruu作用：液体从上层塔板作用：液体从上层塔板流至下层塔板的通道流至下层塔板的通道uu降液管底部留有底降液管底部留有底隙隙houu液封：液封：ho hw第21页，此课件共75页哦uu形状：弓形：工业上使用最多，流量大形状：弓形：工业上使用最多，流量大形状：弓形：工业上
10、使用最多，流量大形状：弓形：工业上使用最多，流量大uu为提高塔板上开孔区面积，降液管底部适当收缩，以减为提高塔板上开孔区面积，降液管底部适当收缩，以减少受液盘面积少受液盘面积第22页，此课件共75页哦圆形和矩形等：圆形和矩形等：适于流量小，如实验装置适于流量小，如实验装置第23页，此课件共75页哦二、二、筛板上的气液接触状筛板上的气液接触状态态第24页，此课件共75页哦1、鼓泡接触状态：、鼓泡接触状态：uu气速较低时气速较低时uu液体：连续相，气体：分散相液体：连续相，气体：分散相uu两相接触面积：气泡表面，小两相接触面积：气泡表面，小uu以液体为主，气泡所占比例较小以液体为主，气泡所占比例较
11、小uu传质效率很低传质效率很低第25页，此课件共75页哦2、蜂窝状接触状态：、蜂窝状接触状态：uu当气泡形成速度大于气泡浮升速度时当气泡形成速度大于气泡浮升速度时uu气泡在液层内积累，继而形成多面体的大气泡，不气泡在液层内积累，继而形成多面体的大气泡，不易破裂，表面得不到更新易破裂，表面得不到更新uu不利于传热和传质不利于传热和传质第26页，此课件共75页哦 3、泡沫接触状态：、泡沫接触状态：uu气泡数量随气速增加而急剧增加气泡数量随气速增加而急剧增加uu直径较小、扰动十分剧烈的动态泡沫直径较小、扰动十分剧烈的动态泡沫uu不断发生碰撞和破裂，导致两相接触面积：不断发生碰撞和破裂，导致两相接触面
12、积：不不断更新的液膜表面断更新的液膜表面uu表面积大表面积大uu板上清液层基本消失板上清液层基本消失uu利于两相传热与传质利于两相传热与传质uu使用最多使用最多第27页，此课件共75页哦uu 前三种状态：前三种状态：液体：连续相液体：连续相 气体：分散相气体：分散相第28页，此课件共75页哦 4、喷射接触状态：、喷射接触状态：uu气速进一步提高气速进一步提高uu高速气体从孔中把板上液相分散高度湍动的液滴高速气体从孔中把板上液相分散高度湍动的液滴群群uu泡沫状泡沫状喷射状；液相：连续相喷射状；液相：连续相分散相分散相uu两相间传质面：液滴群表面两相间传质面：液滴群表面uu由于液体横向流经塔板时将
13、多次分散和凝聚，由于液体横向流经塔板时将多次分散和凝聚，表面不断更新表面不断更新uu工业塔板上另一重要的气、液接触状态工业塔板上另一重要的气、液接触状态第29页，此课件共75页哦uu优点：生产能力大优点：生产能力大uu缺点：缺点：液沫夹带液沫夹带uu较小的则被气体带至上层塔板较小的则被气体带至上层塔板（较大（较大的液滴受重力作用又落回板上）的液滴受重力作用又落回板上）uu液沫夹带较多，若控制不好，会破坏传液沫夹带较多，若控制不好，会破坏传质过程质过程第30页，此课件共75页哦5、乳化状态、乳化状态uu高压高液流量时高压高液流量时uu高速液流剪切力下使气相形成小气泡均匀分布在高速液流剪切力下使气
14、相形成小气泡均匀分布在液体中液体中uu形成均匀两相流体，即乳化态流体形成均匀两相流体，即乳化态流体uu不利于两相的分离不利于两相的分离第31页，此课件共75页哦三、气体通过塔板的三、气体通过塔板的阻力损失（或总压降阻力损失（或总压降 ）Drop in Pressure第32页，此课件共75页哦1、板压降、板压降hf：uu上升气流通过塔板时需克服一定的阻力上升气流通过塔板时需克服一定的阻力uu构成塔板的压降构成塔板的压降uu实为：实为：塔板阻力塔板阻力第33页，此课件共75页哦板压降的三个组成：板压降的三个组成：uu（1）板上充气液层的静压力）板上充气液层的静压力hluu（2）塔板本身的干板压降
15、）塔板本身的干板压降hd（即板上各部件（即板上各部件所造成的局部阻力）所造成的局部阻力）uu（3）液体的表面张力：很小）液体的表面张力：很小第34页，此课件共75页哦塔板压降增大对板式塔操作性能的影响塔板压降增大对板式塔操作性能的影响uu优点：优点：uu塔板上气液两相接触时间随之增长塔板上气液两相接触时间随之增长uu板效率增大板效率增大uu完成同样的分离任务所需实际塔板数减少完成同样的分离任务所需实际塔板数减少uu设备费用设备费用降低降低uu缺点：缺点：uu塔釜温度升高塔釜温度升高uu能耗增加，能耗增加，操作费用操作费用增大增大uu对热敏性物料的分离不利对热敏性物料的分离不利第35页，此课件共
16、75页哦uu故塔板压降在设计中应在保证塔板效故塔板压降在设计中应在保证塔板效率较高的前提下率较高的前提下uu原则：原则：力求减小力求减小第36页，此课件共75页哦数学表达式：数学表达式：可通过压差计测出可通过压差计测出第37页，此课件共75页哦2、干板压降、干板压降hd：uu与气体通过孔板十分相似与气体通过孔板十分相似uu高度湍流的情况：高度湍流的情况：C0为常数为常数第38页，此课件共75页哦3、液层阻力、液层阻力hl：uu由三部分组成：由三部分组成：uu克服板上泡沫层的静压克服板上泡沫层的静压uu形成气液界面的能量消耗形成气液界面的能量消耗uu通过液层的摩擦阻力损失通过液层的摩擦阻力损失第
17、39页，此课件共75页哦影响塔板总压降因素影响塔板总压降因素uu气量气量 hf uu液量液量 hf uu板结构：板结构：uu开孔率开孔率u0 hf 第40页，此课件共75页哦uu低气速：液层阻力占主要地位低气速：液层阻力占主要地位uu高气速：干板阻力占主要地位高气速：干板阻力占主要地位uu但气速增大，总阻力损失还是增大的但气速增大，总阻力损失还是增大的板压降的构成：板压降的构成：第41页，此课件共75页哦四、筛板塔内气液两相的非理四、筛板塔内气液两相的非理想流动想流动第42页，此课件共75页哦板式塔上的不利流动：板式塔上的不利流动：空间上的反向流动空间上的反向流动液沫夹带液沫夹带 气泡夹带气泡
18、夹带空间上的不均匀流动空间上的不均匀流动气体气体液体液体第43页，此课件共75页哦1、空间上的反向流动、空间上的反向流动与主体流动方向相反的流动与主体流动方向相反的流动包括液体（液沫）和气体（气泡）包括液体（液沫）和气体（气泡）属属返混返混现象现象第44页，此课件共75页哦（1）液沫夹带（或雾沫夹带）液沫夹带（或雾沫夹带）Entrainment现象现象：液滴被上升的气体夹带至上层塔板液滴被上升的气体夹带至上层塔板危害危害：将下层浓度低的液体带到上层板将下层浓度低的液体带到上层板使塔板的提浓作用变差使塔板的提浓作用变差第45页，此课件共75页哦产生液沫夹带的原因（机理）：产生液沫夹带的原因（机理
19、）：气速过大气速过大&板间距板间距HT过小过小小液滴：气流的裹挟，与小液滴：气流的裹挟，与HT无关无关大液滴大液滴：液滴形成的弹溅作用：液滴形成的弹溅作用 和和HT有关：？有关：？第46页，此课件共75页哦液沫夹带的表示方法：液沫夹带的表示方法：eV 1kmol1kmol或或或或kgkg干气体所夹带的液体量干气体所夹带的液体量干气体所夹带的液体量干气体所夹带的液体量 单位：单位：单位：单位：夹带液体夹带液体夹带液体夹带液体kmolkmol（或（或（或（或kgkg）/1kmol/1kmol（或（或（或（或kgkg）干气体）干气体）干气体）干气体e 每层塔板单位时间被气体夹带的液体量每层塔板单位时
20、间被气体夹带的液体量每层塔板单位时间被气体夹带的液体量每层塔板单位时间被气体夹带的液体量 kmolkmol（或（或（或（或kgkg）被夹带的液体量占流经塔板总液体量的分率被夹带的液体量占流经塔板总液体量的分率第47页，此课件共75页哦（2）气泡夹带）气泡夹带现象现象：液体在降液管中的停留时间太短液体在降液管中的停留时间太短气泡被卷入下层塔板气泡被卷入下层塔板第48页，此课件共75页哦危害危害：对传质危害不大：量小对传质危害不大：量小主要降低降液管的通过能力主要降低降液管的通过能力严重时，会破坏塔的正常操作？严重时，会破坏塔的正常操作？第49页，此课件共75页哦措施措施：设置设置出口安定区出口安
21、定区靠近溢流堰一狭长不开孔区域靠近溢流堰一狭长不开孔区域第50页，此课件共75页哦降液管面积降液管面积或或溢流堰长度溢流堰长度的确定的确定保证液体在降液管中有足够的停留时间保证液体在降液管中有足够的停留时间第51页，此课件共75页哦2、空间上的不均匀流动空间上的不均匀流动气、液气、液流速流速的不均匀性的不均匀性造成传质推动力下降造成传质推动力下降第52页，此课件共75页哦（1）气体气体通过塔板的不均匀性通过塔板的不均匀性塔板上的塔板上的液面落差液面落差：塔板进、出口侧的清液高度差塔板进、出口侧的清液高度差表示：表示：第53页，此课件共75页哦为克服板上摩擦阻力和板上部件（如泡为克服板上摩擦阻力
22、和板上部件（如泡罩、浮阀）的局部阻力罩、浮阀）的局部阻力需要一定的液位差需要一定的液位差第54页，此课件共75页哦塔板入口处：液层阻力？气速？气量？塔板入口处：液层阻力？气速？气量？塔板出口处：液层阻力？气速？气量塔板出口处：液层阻力？气速？气量?第55页，此课件共75页哦影响因素：影响因素：结构结构：泡罩泡罩较大，筛板较大，筛板较小较小D和和L愈大，愈大，也较大也较大措施措施：对对D大的塔，采用双溢流或阶梯溢流的形式来大的塔，采用双溢流或阶梯溢流的形式来减小减小第56页，此课件共75页哦第57页，此课件共75页哦值可忽略不计的情况：值可忽略不计的情况：筛板塔筛板塔因塔板上没有阻碍液流的阻碍物
23、因塔板上没有阻碍液流的阻碍物液面落差液面落差值很小值很小第58页，此课件共75页哦（2）液体沿塔板流动的不均匀性）液体沿塔板流动的不均匀性现象现象：液流在塔板上液流在塔板上流径分配流径分配的不均匀性的不均匀性塔板中央塔板中央：行程短而平直，流速大：行程短而平直，流速大塔板边缘塔板边缘：行程长而弯曲，又受塔壁：行程长而弯曲，又受塔壁的影响，流速低，阻力大的影响，流速低，阻力大使液体在塔板上停留时间分布不均匀使液体在塔板上停留时间分布不均匀第59页，此课件共75页哦第60页，此课件共75页哦原因：原因：液体流量液体流量液流量过低，使流速过低液流量过低，使流速过低措施：措施：可用可用齿形堰齿形堰或或
24、折流型折流型塔板塔板第61页，此课件共75页哦五、板式塔板式塔的不正常操作现象：第62页，此课件共75页哦包括：包括：夹带液泛、溢流液泛和严重漏液夹带液泛、溢流液泛和严重漏液可使塔板效率降低可使塔板效率降低甚至使操作无法进行甚至使操作无法进行第63页，此课件共75页哦1、液泛、液泛定义定义：液体进塔量大于出塔量液体进塔量大于出塔量结果使塔内不断结果使塔内不断积液积液直至塔内充满液体直至塔内充满液体破坏塔内正常操作破坏塔内正常操作包括包括夹带液泛、溢流液泛夹带液泛、溢流液泛第64页，此课件共75页哦（1）夹带液泛）夹带液泛由液沫夹带引起由液沫夹带引起气速过大气速过大第65页，此课件共75页哦液泛
25、气速液泛气速uF：影响因素影响因素板间距：板间距：HT uF液量：液量：VL uF物性：易发泡，物性：易发泡，uF 适宜气速：适宜气速：u=(0.7-0.8)uF液泛分率：液泛分率：u/uF第66页，此课件共75页哦（2）溢流液泛（降液管液泛）：）溢流液泛（降液管液泛）：由于降液管通过液体能力不够而引起由于降液管通过液体能力不够而引起液量过大液量过大当降液管内液体不能顺利下流当降液管内液体不能顺利下流管内液体必然积累管内液体必然积累当管内液位增高而越过溢流堰顶部时当管内液位增高而越过溢流堰顶部时两板间液体相连，塔板产生积液，并依两板间液体相连，塔板产生积液，并依次上升，最终导致塔内充满液体次上
26、升，最终导致塔内充满液体第67页，此课件共75页哦影响液泛的因素：影响液泛的因素：（1）气液两相的流量：）气液两相的流量：对一定的液体流量，气速过大会形成对一定的液体流量，气速过大会形成液泛液泛反之，对一定的气体流量，液量过大反之，对一定的气体流量，液量过大也可能发生液泛也可能发生液泛第68页，此课件共75页哦（2）塔板的结构：）塔板的结构：特别是塔板间距等参数特别是塔板间距等参数设计中采用较大的板间距设计中采用较大的板间距可提高液泛速度可提高液泛速度降液管堵塞降液管堵塞第69页，此课件共75页哦液泛发生的标志液泛发生的标志塔内积液塔内积液板压降持续增大板压降持续增大第70页，此课件共75页哦
27、3、严重严重漏液：漏液：当气体通过塔板的速度较小时当气体通过塔板的速度较小时气体通过升气孔道的动压不足以阻止板上液体气体通过升气孔道的动压不足以阻止板上液体经孔道流下时经孔道流下时液体短路，大量液体由筛孔或阀孔漏下液体短路，大量液体由筛孔或阀孔漏下第71页，此课件共75页哦气液两相在塔板上的接触时间减少气液两相在塔板上的接触时间减少塔板效率下降塔板效率下降严重的漏液会使塔板不能积液而无法正严重的漏液会使塔板不能积液而无法正常操作常操作漏液的结果漏液的结果第72页，此课件共75页哦漏液量应不大于液体流量的漏液量应不大于液体流量的10漏液点气速漏液点气速：漏液量达到漏液量达到10的气体速度的气体速
28、度即板式塔操作气速的下限即板式塔操作气速的下限第73页，此课件共75页哦造成漏液的主要原因：造成漏液的主要原因：气速太小和板面上液面落差所引起的气气速太小和板面上液面落差所引起的气流分布不均匀流分布不均匀在塔板液体入口处，液层较厚，往往出在塔板液体入口处，液层较厚，往往出现漏液现漏液塔板开孔率过高塔板开孔率过高第74页，此课件共75页哦措施措施随机性漏液随机性漏液可通过增加干板阻力来解决可通过增加干板阻力来解决倾向性漏液倾向性漏液可通过限制可通过限制Hd/2设置安定区设置安定区：塔板液体入口处不开孔：塔板液体入口处不开孔采用大直径、流道短的塔板，如双流采用大直径、流道短的塔板，如双流型、多流形或阶梯型型、多流形或阶梯型第75页，此课件共75页哦