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化工原理 第十章 气液传质设备
对于一些要求持液量较高的吸收体系中,一般用乱堆填料。乱堆填料 中,综合技术性能较优越是金属鞍环、阶梯环、其次是鲍尔环,再次 是矩鞍填料。
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3、 填料尺寸的选择 一般,填料尺寸(直径、波峰高)大,则比表面小,通量(容许 气速)大,压降低,但效率(每米填料的理论半数)也低,故多用于 生产能力(处理气量)大的塔。 大型工业用规整填料塔常用波峰高12mm左右的板波填料(比表面约 为250m2/m3)。
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10.1.3填料塔得附属结构
(c)
填料塔得附属结构包括填料支撑板,液体分布器,液体再分布器, 气、液体进口及出口装置等。
1、 支承板
(c)条形升气管
(a)栅 板
(b)升 气 管 式
图10-5 填料的支撑
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2、 液体分布器 (1)管式喷淋器
B A B A (a) A- A
(c)
B- B
(d) (b)
2 2 2 1x A 2 [ xr x r s i n ] a r
图 10- 21 筛 孔 排 列 示 意 图
塔板上的筛孔总数n可用下式计算:
x x 2 2 2 1 2 2 2 1 Ax 2 [ rx r s i n ] 2 [ x rxr s i n ] a 1 1 r r
lw
w 图 10- 15
w s' 塔 板 共 同 结 构 示 意 图
s
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2.降液管 (1)降液管的作用和液体在降液管的停留时间
一般要求停留时间大于3~5s,即按下式计算:
3 A 降 液 管 容 积 m fH T 3 液 体 体 积 流 量 ms / L s
(2)降液管的形状
Af
Af (a)圆 形 ( b)弓 形 图 10- 16 降 液 管 示 意 图
2 D u 4
因此
L G G
C
值应按下式进行校正:
C20 20 ( )0.2 C
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10.2.4塔板流动形式 有降液管得板式塔常用得塔板液流型式有以下几种: 1.单溢流型 如图10—14(a)。 2.双溢流型 如图10—14(b)。
3.U形溢流型 如图10—14(c)。 4.四溢流型 如图10—14(d)。
(a )
(b ) 图 1 0 - 1 4塔 板 流 动 型 式
(c )
(d )
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10.2.5塔板的共同结构
wc
无 效 区
1.塔板的几个区域
各种塔板版面大致可分 为三个区域:降液管所占 的部分称为溢流区;塔板 开空部分称为鼓泡区;图 10—15中阴影部分称为无 效区。
溢 流 区 Af 鼓 泡 区 Aa 溢 流 区
5 m m,此 对于真空度较高或要求压强很小的情况下,可使 h L 2 6 ~ 1 5 m m 。当液流量很大时,可以不设堰。 时h o w
3.其他结构
降液管、内堰、受液盘及安定区、边缘区等要求按10.2.5节 设计。
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10.2.7筛板塔上流体力学计算 1. 塔板压降(流体阻力)
塔板压降由如下三部分组成:
w 0
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10.2.6筛板塔得结构设计 1. 筛板的开孔
t
为了使筛板的利用率高,筛孔多取三 角形排列(见图10-21)。当孔 间距和孔径确定后,开孔面积与塔板 开孔区面积之比( ),由下式计算:
A d 0 0 .9 0 7 ( 0 )2 A t a
d0
开孔区面积对于单溢流塔板可用下式计算: 对于双溢流塔板
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二、填料 填料式填充于填料塔中的材料,它是填料塔的主要内构件,其作用 是增加气、液两相的接触面积,并提高液体的湍动程度以利于传质、 传热的进行。因此填料应能使气、液接触面积大、传质系数高,同时 通量大而阻力小。表征填料特性的主要参数有: 1. 比表面积 2. 空隙度 3. 单位堆体积内的填料数目n 4. 堆积密度 5. 干填料因子及填料因子 6. 机械强度及化学稳定性 此外,性能优良的填料还必须满足制造容易、造价低廉等多方面的 要求。
气 流 (e)
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10.2.2板式塔的操作原理 通常在塔板以上形成三种 不同状态的区间: 靠近塔板的液层底部属鼓 泡区,如图中(1); 在液层表面属泡沫区,如 图中(2); 在液层上方空间属雾沫区, 如图中(3)。
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10.2.3板式塔塔径的估算 塔径可按流量方程求得,即
D 4V s u
Vs
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4.堰上液层高度
h ow 2.84( L h 23 ) lw
5.液体通过降液管得阻力
L hc 0.153( s )2 lwh0
6.降液管到下板间距 h0
h 0 值应使液体通过降液管得阻力不要超过25mm。此 一般情况下, 外,应浸没在液层中以保持液封防止气体进入降液管,所以此值 h 6 ~ 1 3 m m 应小于堰高h w ,一般取h
图10-2 填料的形状 4
三、填料得选择 1、填料用材的选择 (1)当设备操作温度较低时,塑料能长期操作而不出现变形,在此 种情况下如果体系对塑料无溶胀时可考虑使用塑料,因其价格低、 性能良好。塑料填料的操作温度一般不超过1000C,玻璃纤维增强的 聚丙烯填料可达1200C左右。塑料除浓硫酸、浓硝酸等强酸外,有较 好的耐腐蚀性,但塑料表面对水溶液的润湿性差。 (2)陶瓷填料一般用于腐蚀性介质,尤其是高温时,但对HF和高 温下的H3PO4与碱不能使用。 (3)金属材料一般耐高温,但不耐腐蚀。不锈钢可耐一般的酸碱腐 蚀(含C1-的酸除外),但价格较昂贵。
F = - 4 . 5 1 = 0 . 0 0 8 4 8 ( d 1 . 2 7 ) ( h 2 7 . 9 ) 0 L 0 漏
(2)雾沫夹带
u u 7 3 . 0 0 5 7 3 . 2 0 G G e 0 . 2 2 ( ) [ ] v 1 2 ( H h H h T f) T f
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10.2 板式塔
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液 体
液 体
液 体 浮 阀
10.2.1板式塔的塔型简介
升 气 管
右图中: (a)为泡罩塔; (b)为筛板塔; (c)为浮阀塔; (d ) 为固定舌型塔; (e)为浮动喷射塔。
气 流 ( a)
气 流 ( b)
气 流 (c )
液 体
液 体 浮 板
气 流 (d ) 图 10- 11 常 用 板 式 塔 的 简 图
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常用的填料可分为两大类:个体填料与规整填料。个体填料由实心 的固体块、中空的环形填料、表面开口的鞍形填料等,其常用的构造 材料包括陶瓷、金属、塑料(聚丙烯、聚氯乙烯等)、玻璃、石墨。 陶瓷填料耐腐蚀,但易碎,空隙率小;金属填料比表面积及空隙率大, 通量大,效率高,但不锈钢价贵,普通钢易腐蚀;塑料填料比表面积 大,空隙率较高,但不耐高温。工业上常用的一些个体填料如下。
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四、一些设计指标 1.填料尺寸
一般认为上述比值至少要等于8,对拉西环填料还须大一些。
2.操作气速 操作气速可按下列两种方法之一决定:
(1)取操作气速等于液泛气速得0.5~0.8倍;
(2)根据生产条件,规定出可容许得压力降,由此压力将反算出可 采用得气速。
3.填料层高度
填料层高度由传质单元数或理论板数来推算。
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2、 填料类型的选择 首先取决于工艺要求,如所需理论级数,生产能力(气量),容 许压降,物料特性(液体黏度、气相和液相中是否有悬浮物或生产过 程中的聚合等)等,然后结合填料特性来选择,要求所选填料能满足 工艺要求,技术经济指标先进,易安装和维修。 由于规则填料气、液分布较均匀,放大效应小,技术指标由于乱 堆填料,故近年来规则填料的应用日趋广泛,尤其是大型塔和要求压 降低的塔,但装卸清洗较为困难。 对于生产能力(塔径)大,或分离要求较高,压降有限制的塔, 选用孔板波纹填料较宜,如苯乙烯—乙苯精馏塔、润滑油减压塔等。
2、 液泛 气速通常取泛点气速的50%~80%。填料塔的直径D: 3、载液 从正常到载液的过渡往往是一段圆滑曲线。 4、持液量 持液量指单位体积填料层载其空隙中所持有地液体量。 5、润湿速率
喷 淋 密 度 液 体 体 积 流 量 / 填 料 层 截 面 积 润 湿 速 率 = = 填 料 比 表 面 填 料 层 表 面 积 / 填 料 层 体 积
D
4V s u
液 体 体 积 流 量 液 体 体 积 流 量 = = 填 料 层 表 面 积 / 填 料 层 高 度 填 料 层 得 周 边 长
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三、填料的传质性能 1.填料润湿表面的计算
2 2 a G G 0 . 7 5 0 . 1 0 . 0 5G . 2 W c L L L 0 1 e x p [ 1 . 4 5 ( ) ( )( 2) ( )] a a g L L L
(1)干板压降;
2 2 F 1 ) 0 ( p = 0 . 0 5 1 干 2 C L 0
(2)通过液层的压降;
通过液层得压降按有效液层阻力 h e 计算 (3)由表面张力引起的压降。
由表面张力引起的压降值一般可忽略,故重要由前两项组成,即
p p + p 干 液
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2.筛板的几个操作极限 (1)漏液点
对于理论板数很多或塔高受厂房限制的场合,一般用小尺寸、高 比表面填料。
对于易结垢或易沉淀的物料通常用大尺寸的栅板(格栅)填料, 并在较高气速下操作。
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10.1.2填料塔的留题力学性能于传质性能 一、填料塔内的流体流动
1、填料层中的流动
气体在填料层内的流动相当与气体在颗粒层内的流动。 2、 气液两相流动的交互影响和载点
5 1 1 8 5 1 0 ' n A nA a a 2 t
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2. 溢流堰 溢流堰设计按10.2.5节考虑,筛板塔的堰高可按以下要求设计: 对一般的塔,应使塔上清夜层高度(堰高+堰上液流高度)在50 ~100mm之间,即