【正文】 公式計(jì)算： 220 oLws uhlLh =????????=?220 oLws uhlLh =????????=?塔板上不設(shè)進(jìn)口堰時(shí) 塔板上設(shè)有進(jìn)口堰時(shí) 式中： Ls —— 液體體積流量 ， m3/s； lw —— 堰長(zhǎng) ， 亦即降液管底隙長(zhǎng)度 ， m； h0—— 降液管底隙高度 ， m； uoL —— 液體通過降液管底隙時(shí)的流速 ， m/s。 溢流液泛的校核 為避免發(fā)生溢流液泛 ， 則應(yīng)保證降液管中泡沫液層的高度不能超過上層塔板的出口堰 ， 即必須滿足 wTdd hHHH ??=???hhhhH fowwd ?????=? ——泡沫層相對(duì)密度 。 泛點(diǎn)率 Fl ： 操作時(shí)的空塔氣速與發(fā)生液泛時(shí)的空塔氣速之比 D ： Fl 80%； D： Fl 70%； 減壓塔： Fl 75% %1 0 0???=bFLsVLVsl AKCZLVF???FTVLVsl KCAVF????=經(jīng)驗(yàn)公式： Ls , Vs —— 分別為塔內(nèi)液 、 氣相流量 ， m3/s； ?L , ?V —— 分別為塔內(nèi)液 、 氣相密度 ， kg/m3； ZL —— 板上液相流程長(zhǎng)度 ， m。 用于其它重量的浮閥時(shí)需進(jìn)行修正 。 原因： 在計(jì)算確定浮閥塔的塔高 Z、 塔徑 D 及塔板結(jié)構(gòu)尺寸時(shí) ， 有部分設(shè)計(jì)參數(shù)來源于一定范圍內(nèi)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù) ，如 HT、 lw /D、 hL 等 。 通常將同一橫排的閥孔中心距定為 75 mm， 而相鄰兩排間的距離可取 6 80、 100 mm 等幾種規(guī)格 。 根據(jù)工業(yè)設(shè)備數(shù)據(jù) ， 對(duì) F1重型浮閥 （ 約 33g） ， 當(dāng)塔板上的浮閥剛?cè)_時(shí) ， F0 在 8~12 之間 。 浮閥的數(shù)目與排列 閥孔直徑： 由浮閥的型號(hào)決定 。 降液管底隙高度及受液盤 受液盤： 承接來自降液管的液體 。 對(duì)于弓形降液管可按下式計(jì)算 oLwsulLh?=0式中： uoL —— 液體通過降液管底端出口處的流速 ， m/s。 一般僅在較大塔中設(shè)臵 。 單溢流 lw=(~)D， 雙溢流 lw=(~)D。 為降低氣泡夾帶 ， ? 一般不應(yīng)小于 3~5s， 對(duì)于高壓塔以及易起泡沫的物系 ， 停留時(shí)間應(yīng)更長(zhǎng)些 。 液體在塔板上的流徑越長(zhǎng) ， 氣液接觸時(shí)間就越長(zhǎng) ， 有利于提高塔板效率；但是液面落差也隨之加大 ， 不利于氣體均勻分布 ， 使板效率降低 。 溢流裝置 溢流裝臵： 由降液管 、 溢流堰和受液盤組成 。 Ws = 70~100 mm。 上兩區(qū)均需根據(jù)塔板上的流體力學(xué)狀況進(jìn)行專門計(jì)算 。 (2)由選定的 lw/D 值查圖得 Af /AT 。 史密斯 （ Smith, R. B） 關(guān)系曲線 HT?hL： 液滴沉降高度 ，HT 可根據(jù)塔徑選取 ， hL 為板上清液層高度 ， 若忽略板上液面落差 owwL hhh ?=常壓塔 hL=50~100 mm； 減壓塔 hL=25~30 mm。 對(duì)直徑為 dp 的液滴 —— 索德爾斯和布朗（ Souders and Brown） 公式 ?L 、 ?V —— 氣 、 液相的密度 ， kg/m3； ? —— 阻力系數(shù)； C —— 氣體負(fù)荷因子 ， m/s。 求 A’ 的關(guān)鍵在于確定流通截面積上的 適宜氣速 u’ 。 對(duì)多組分物系 ， 取關(guān)鍵組分的 ? 。 由于影響因素很多且關(guān)系復(fù)雜 ， 至今還難以正確可靠地對(duì)其進(jìn)行預(yù)測(cè) 。 ? 對(duì) D ， 為了安裝及檢修需要 ， 需開設(shè) 人孔 。 給定任務(wù)所需實(shí)際塔板數(shù)可通過平衡級(jí) (理論板 )假設(shè)求得所需的理論板數(shù) N， 然后由全塔效率 (總板效率 )修正 實(shí)際塔板數(shù)與全塔效率關(guān)聯(lián)式 TT ENN =實(shí)際塔板數(shù) 實(shí)際板數(shù)和板間距 ， 塔高 塔徑 D， m ~ ~ ~ ~ ~ 板距 HT ， mm 200~300 300~350 350~450 450~600 500~800 ≥600 ? ? 211 ZZHNZ TT ???=式中： Z1 —— 最上面一塊塔板距塔頂?shù)母叨?， m； Z2 —— 最下面一塊塔板距塔底的高度 ， m。 而溢流液泛發(fā)生時(shí) ， 塔板上鼓泡層增高 ， 分離空間降低 ， 夾帶液泛也將隨之發(fā)生 。 ? hf 過大必導(dǎo)致 Hd 大 ， 易發(fā)生液泛 。 液泛（ Dumping of liquid） ? 氣速一定 ， 液體流量 ?時(shí) ， ?、 how、 hf 及 h? ?， Hd ?， 即塔板具有自動(dòng)調(diào)節(jié)功能 。 夾帶液泛： 板間距過小，操作液量過大，上升氣速過高時(shí)，過量液沫夾帶量使板間充滿氣、液混合物而引發(fā)的液泛。 后果： 液沫夾帶是液體的返混 ， 氣泡夾帶是氣體的返混 ， 均對(duì)傳質(zhì)不利 。 漏液（ Weeping） 雙流型 多流型 液沫夾帶和氣泡夾帶（ Entrainment） 液沫夾帶： 氣體鼓泡通過板上液層時(shí) ， 將部分液體分散成液滴 ， 而部分液滴被上升氣流帶入上層塔板 。 可在設(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)增大干板阻力 。 當(dāng)板上結(jié)構(gòu)均勻 、 各處干板阻力相等時(shí) ， 板上液層阻力即液層厚度的均勻程度將直接影響氣體的分布 。 后果： 嚴(yán)重的漏液使塔板上不能形成液層 ， 氣液無法進(jìn)行傳熱 、 傳質(zhì) ， 塔板將失去其基本功能 。 hf 總是隨氣速的增加而增加 ， 但不同氣速下 ， 干板阻力和液層阻力所占的比例有所不同 。 如果忽略充氣液層中所含氣體造成的靜壓 ， 則可由清液層高度代表 hl。 區(qū)域 Ⅲ ： 氣體通過浮閥的流通面積固定不變 ， 閥孔氣速隨氣體流量增加而增加 ， 且壓降以閥孔氣速的平方快速增加 。 區(qū)域 Ⅰ ： 全部浮閥處于靜止?fàn)顟B(tài) ， 氣體由閥片與塔板之間由定距片隔開的縫隙通過 。塔板上氣液主體流向?yàn)殄e(cuò)流流動(dòng)。 浮閥塔板的流體力學(xué)性能 浮閥塔板上的氣 、 液流程 浮閥塔板的板面結(jié)構(gòu)： ? 鼓泡區(qū)（有效區(qū)、開孔區(qū)） ? 降液管區(qū) ? 受液盤區(qū) ? 液體安定區(qū) ? 邊緣區(qū) ? 溢流堰 塔身 溢流堰板 降液管 塔板 受液盤 安定區(qū) 降液管區(qū) 受液盤區(qū) 鼓 泡 區(qū) 液體從上一塔板的降液管流入板面上的受液盤區(qū) ， 經(jīng)進(jìn)口安定區(qū)進(jìn)入鼓泡區(qū)與浮閥吹出的氣體進(jìn)行質(zhì) 、 熱交換后 ， 再由溢流堰溢出進(jìn)入降液管流入下一塔板 。 擋沫板 塔板 A A 降 液 管 AA剖視圖 受 液 盤 垂直篩板（ Vertical Sieve Tray ） 在塔板上開按一定排列的若干大孔 (直徑 100~200mm)，孔上設(shè)臵側(cè)壁開有許多篩孔的泡罩 ， 泡罩底邊留有間隙供液體進(jìn)入罩內(nèi) 。 斜孔塔板 浮舌塔板 為使舌形塔板適應(yīng)低負(fù)荷生產(chǎn) ， 提高操作彈性 ， 研制出了可變氣道截面（ 類似于浮閥塔板 ） 的浮舌塔板 。 相同的液氣比下 ， 舌形塔板的液沫夾帶量較小 ， 故可達(dá)較高的生產(chǎn)能力 。 左右為宜 。氣體靠壓差繼續(xù)上升，進(jìn)入上一層塔板；液體基本以清液的形式回落到塔板上，沿流道進(jìn)入降液管，下降到下一層塔板。 將單一鼓泡傳質(zhì)，變?yōu)殡p流傳質(zhì)，一部分為鼓泡、另一部分為噴射湍動(dòng)傳質(zhì)，使塔的分離效率和生產(chǎn)能力都大大提高。 ， 用以限制操作時(shí)閥片在板上升起的最大高度；閥片周邊有三塊略向下彎的定距片 ， 以保證閥片的最小開啟高度 。 優(yōu)點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)能力和操作彈性大，板效率高。閥片可隨上升氣量的變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)開啟度。 1950 年后開始對(duì)篩孔塔板進(jìn)行較系統(tǒng)全面的研究 ， 從理論和實(shí)踐上較好地解決了有關(guān)篩板效率 ， 流體力學(xué)性能以及塔板漏液等問題 ， 獲得了成熟的使用經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)方法 ， 使之逐漸成為應(yīng)用最廣的塔板類型之一 。 優(yōu)點(diǎn)： 操作穩(wěn)定 ， 升氣管使泡罩塔板低氣速下也不致產(chǎn)生嚴(yán)重的漏液現(xiàn)象 ， 故彈性大 。 優(yōu)點(diǎn)： 塔板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ， 板上無液面差 ，板面充分利用 ， 生產(chǎn)能力較大； 缺點(diǎn)： 板效率及操作彈性不及溢流塔板 。 液 相 降液管 堰 氣相 溢流塔板 (錯(cuò)流式塔板 )： 塔板間有專供液體溢流的降液管 (溢流管 )，橫向流過塔板的流體與由下而上穿過塔板的氣體呈錯(cuò)流或并流流動(dòng) 。 塔型選擇 塔徑在 ~ ， 過去一般優(yōu)先選用板式塔 。 溶劑 填料塔 氣體 散裝填料 塑料鮑爾環(huán)填料 規(guī)整填料 塑料絲網(wǎng)波紋填料 板式塔 在圓柱形殼體內(nèi)按一定間距水平設(shè)臵若干層塔板 ， 液體靠重力作用自上而下流經(jīng)各層板后從塔底排出 ， 各層塔板上保持有一定厚度的流動(dòng)液層；氣體則在壓強(qiáng)差的推動(dòng)下 ， 自塔底向上依次穿過各塔板上的液層上升至塔頂排出 ?！痘ぴ怼? 任課教師：張洪流 Principles of Chemical Engineering 第八章 氣液傳質(zhì)設(shè)備 Chapter 8 Mass Transfer Equipments 概述 （ Introduction） 氣液傳質(zhì)設(shè)備的基本功能： 形成氣液兩相充分接觸的相界面 ， 使質(zhì) 、 熱的傳遞快速有效地進(jìn)行 ，接觸混合與傳質(zhì)后的氣 、 液兩相能及時(shí)分開 ， 互不夾帶等 。 氣液在填料表面接觸進(jìn)行質(zhì) 、 熱交換 ， 兩相的組成沿塔高連續(xù)變化 。 新型填料及規(guī)整填料塔競(jìng)爭(zhēng)力較強(qiáng) 。 板式塔 Plate (tray) tower 塔板類型 塔板是板式塔的基本構(gòu)件 ， 決定塔的性能 。 塔板類型 逆流塔板 （ 穿流式塔板 ） ： 塔板間沒有降液管 ， 氣 、 液兩相同時(shí)由塔板上的孔道或縫隙逆向穿流而過 ， 板上液層高度靠氣體速度維持 。 液體橫向通過塔板經(jīng)溢流堰流入降液管 ， 氣體沿升氣管上升折流經(jīng)泡罩齒縫分散進(jìn)入液層 ， 形成兩相混合的鼓泡區(qū) 。 但由于早期對(duì)其性能認(rèn)識(shí)不足 ， 為易漏液 、 操作彈性小 、 難以穩(wěn)定操作等問題所困 ， 使用受到極大限制 。有多種浮閥形式，但基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)相似，即在塔板上按一定的排列開若干孔，孔的上方安臵可以在孔軸線方向上下浮動(dòng)的閥片。同時(shí)，氣體水平進(jìn)入液層也強(qiáng)化了氣液接觸傳質(zhì)。閥片帶有三條腿 ， 插入閥孔后將各腿底腳外翻 90176。 JCV浮閥塔板（雙流噴射浮閥塔板 Jet Coflow Valve Tray） 結(jié)構(gòu)： 閥籠與塔板固定，閥片在閥籠內(nèi)上下浮動(dòng)。 JCV浮閥 （改進(jìn)型雙流噴射浮閥） 普通型 JCV浮閥 與塔板固定方法 JCV浮閥塔板（雙流噴射浮閥塔板 Jet Coflow Valve Tray） 低負(fù)荷下閥片工作狀態(tài) JCV浮閥塔板效率曲線 中負(fù)荷下閥片工作狀態(tài) 高負(fù)荷下閥片工作狀態(tài) JCV浮閥閥片 JCV浮閥塔板（雙流噴射浮閥塔板 Jet Coflow Valve Tray） ?2400 JCV浮閥塔板 ?1800 JCV浮閥塔板 JCPT塔板（并流噴射填料塔板 Jet Coflow Packing Tray） 塔板上的液體通過提液管與塔板之間的間隙被氣體提升，氣液并流通過提液管，在提液管內(nèi)高速湍動(dòng)混合、傳質(zhì)，然后氣液并流進(jìn)入填料中進(jìn)一步強(qiáng)化傳質(zhì)，并完成氣液分離。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ， 在塔板上沖出若干按一定排列的舌形孔 ， 舌片向上張角 ? 以 20176。 氣流方向近于水平 。 在舌形塔板上發(fā)展的斜孔塔板 ， 斜孔的開口方向與液流垂直且相鄰兩排開孔方向相反 ， 既保留了氣體水平噴出 、氣液高度湍動(dòng)的優(yōu)點(diǎn) ， 又避免了液體連續(xù)加速 ， 可維持板上均勻的低液面 ， 從而既能獲得大的生產(chǎn)能力 ， 又能達(dá)到好的傳質(zhì)效果 。 網(wǎng)孔塔板具有生產(chǎn)能力大 ， 壓降低 ，加工制造容易的特點(diǎn) 。 與普通篩板相比 ， 垂直篩板為氣液兩相提供了很大的不斷更新的相際接觸表面 ， 強(qiáng)化了傳質(zhì)過程；且氣液由水平方向噴出 ， 液滴在垂直方向的初速度為零 ， 降低了液沫夾帶量 ， 因此垂直篩板可獲得較高的塔板效率和較大的生產(chǎn)能力 。 氣體在板面上與液體相互混合接觸進(jìn)行傳熱傳質(zhì)，而后逸出液面上升到上一層塔板。 板壓降 hf 可視為由氣體通過干板的阻力損失 hd 和氣體穿過板上液層的阻力損失 hl 兩部分組成 ， 即 fLp ghp ?=?ldf hhh ?=有效長(zhǎng)度 泡沫 hl hf how H T h 0 干板阻力損失 hd 浮閥塔板的干板阻力損失壓降隨空塔氣速 u 的提高而增大 。 浮閥開啟的個(gè)數(shù)及開啟度隨氣體流量不斷增加 ， 直至所有浮閥全開 (B點(diǎn) )， 氣體通過閥孔的氣速變化很小 ， 故壓降上升緩慢 。 其中 (1)項(xiàng)遠(yuǎn)大于后兩項(xiàng)之和 。