化工原理 下册 天津大学柴诚敬 33－34学时

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1、第九章蒸馏9.9板式塔9.9.1塔板的类型及性能评价9.9.2塔板的结构9.9.3板式塔的流体力学性能和操作特性一、板式塔的流体力学性能塔板上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。当液体流量一定时，随着气速的增加，可以出现四种不同的接触状态：鼓泡接触状态蜂窝接触状态泡沫接触状态喷射接触状态1.塔板上气液两相的接触状态（1）鼓泡接触状态鼓泡接触状态气速较低时，气体以鼓泡形式通过液层。由于气泡的数量不多，形成的气液混合物基本上以液体为主，气液两相接触的表面积不大，传质效率很低。一、板式塔的流体力学性能（2）

2、蜂窝状接触状态蜂窝状接触状态随着气速增加，气泡数量不断增加。当气泡形成速度大于气泡浮升速度时气泡在液层中累积。气泡间相互碰撞，形成各种多面体的大气泡。由于气泡不易破裂，表面得不到更新，所以此种状态不利于传热和传质。一、板式塔的流体力学性能（3）泡沫接触状态泡沫接触状态当气速继续增加，气泡数量急剧增加，气泡不断发生碰撞和破裂，此时板上液体大部分以液膜的形式存在于气泡之间，形成一些直径较小，扰动十分剧烈动态泡沫，由于泡沫接触状态表面积大，并不断更新，是一种较好的接触状态。一、板式塔的流体力学性能（4）喷射接触状态喷射接触状态当气速继续增加

3、，把板上液体向上喷成大小不等的液滴，直径较大的液滴受重力作用落回到塔板上，直径较小的液滴被气体带走，形成液沫夹带。液滴回到塔板上又被分散，这种液滴反复形成和聚集，使传质面积增加，表面不断更新，是一种较好的接触状态。一、板式塔的流体力学性能气体通过塔板需克服一定的阻力塔板压降。塔板阻力板上各部件所造成的局部阻力。板上充气液层的静压力形成的阻力。液体表面张力形成的阻力。塔板压降=干板压降+充气液层压降+表面张力压降干板阻力充气液层阻力表面张力阻力一、板式塔的流体力学性能2.塔板压降分析～～气液接触时间塔板效率塔釜温度气体阻力～塔板压降塔

4、板压降～能量消耗对热敏性物系的分离，应采用较低的塔板压降。一、板式塔的流体力学性能当液体横向流过塔板时，为克服板上的摩擦阻力和板上部件（如泡罩、浮阀等）的局部阻力，需要一定的液位差，则在板上形成由液体进入板面到离开板面的液面落差。塔板上的液面落差示意图液面落差一、板式塔的流体力学性能3.液面落差分析～～气液分布均匀程度塔板效率△△与塔板的结构有关泡罩塔板△大浮阀塔板△中筛孔塔板△小与塔径、液体流量有关塔径～△流量△～一、板式塔的流体力学性能（1）漏液在正常操作塔板上，液体横向流过塔板，然后经降液管流下。当气体速度较小时，气体通过升气孔

5、道的动压不足以阻止板上液体经孔道流下时，便会出现漏液现象。为保证塔正常操作，漏液量应不大于液体流量的10%。漏液量为10%的气体速度称为漏液速度，它是板式塔操作气速的下限。二、板式塔的操作特性1.塔板上的异常操作现象上升气流穿过塔板上液层时，必然将部分液体分散成微小液滴，气体夹带着这些液滴在板间的空间上升，如液滴来不及沉降分离，则将随气体进入上层塔板，这种现象称为雾沫夹带。为维持正常操作，需将雾沫夹带限制在一定范围，一般为eV<0.1kg(液)/kg(气)。（2）雾沫夹带雾沫夹带量二、板式塔的操作特性（3）液泛塔板正常操作时，在塔板上

6、应维持一定厚度的液层，以和气体进行接触传质。如果由于某种原因导致液体充满塔板之间的空间，使塔的正常操作受到破坏，这种现象称为液泛。液泛夹带液泛降液管液泛√由雾沫夹带限制二、板式塔的操作特性对一定分离物系，当设计选定塔板类型后，其操作状况和分离效果便只与气液负荷有关。要维持塔板正常操作和塔板效率的基本稳定，必须将塔内的气液负荷限制在一定的范围内，该范围即为塔板的负荷性能。塔板的负荷性能用负荷性能图表示2.塔板负荷性能图二、板式塔的操作特性塔板的负荷性能图液相负荷上限线漏液线雾沫夹带线液相负荷下限线液泛线操作点操作线(1)漏液线漏液线气

7、相负荷下限线漏液量≤10％液流量漏液气速umin(2)雾沫夹带线雾沫夹带线气相负荷上限线雾沫夹带量≤0.1kg液/kg气夹带气速umax二、板式塔的操作特性(3)液相负荷下限线液流量过低，板上液层不均匀，气体停留时间短，传质效率低。最小液流量Lmin(4)液相负荷上限线液流量过高，液体通过降液管内的停留时间较短，气泡来不及与液体分离气泡夹带。堰上液层高度≥0.006m最大液流量Lmax液体在降液管停留时间≥5s二、板式塔的操作特性(5)液泛线为防止液泛，降液管内的液层高度应不超过某一数值。液泛气速uF降液管内液层高度安全系数塔板间

8、距溢流堰高度二、板式塔的操作特性适宜操作区操作点操作线操作控制操作弹性操作线的调节3.板式塔的操作分析二、板式塔的操作特性第九章蒸馏9.9板式塔9.9.1塔板的类型及性能评价9.9.2塔板的结构9.9.3板式塔的流体力学