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板式塔的流体力学性能与操作特性


板式塔的流体力学性 能与操作特性

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? 一,板式塔的流体力学性能

? 1. 塔板上气液两相的接触状态 ? 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 现以下三种典型的接触状态。

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(1)鼓泡接触状态 ? 当气速较低时,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。 ? 特点: ? 液体为连续相,气体为分散相; ? 传质在气泡表面进行; ? 湍动程度低,传质阻力大。

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? (2)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, 扰动十分剧烈的动态泡沫,在板上 只能看到较薄的一层液体。由于泡 沫接触状态的表面积大,并不断更 新,为两相传热与传质提供了良好 的条件,是一种较好的接触状态。 ? 特点: ? 液体为连续相,气体为分散相; ? 传质在不断更新的液膜表面进行; ? 湍动程度高,接触面积大,传质阻 力小。
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? (3)喷射接触状态 ? 当气速继续增加,由于气体动能很大, 把板上的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又落 回到板上,直径较小的液滴被气体带 走,形成雾沫夹带。 ? 特点: ? 气体为连续相,液体为分散相; ? 传质在不断更新的液滴表面进行; ? 因液滴不断形成和聚集,因此传质面 积大大增加。
? 如上所述,泡沫接触状态和喷射状态均是优良的塔板接触状 态。因喷射接触状态的气速高于泡沫接触状态,故喷射接触状 态有较大的生产能力,但喷射状态雾沫夹带较多,若控制不好, 会破坏传质过程,所以多数塔均控制在泡沫接触状态下工作。
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2、气体通过塔板的压降
干板压降 (板上部件造成的局部阻力)
塔板压降 液层阻力 液体的表面张力 接触时间↑ 压降增大 塔釜温度↑ 能耗↑ 操作费↑ 板效率↑ 板数↓ 设备费↓ 板上充气液层的静压力

y ? y x n ?1 ? x n n n?1 和改善塔的操作。 E MV ? * E ML ? * yn ? yn ?1 x n ?1 ? x n

气相组成变化表示版效率 液相组成变化表示版效率 保证较高效率的前提下,力求减小塔板压降,以降低能耗

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影响塔板压降Δp的因素:
? ? ? ? ? ? 气相流量↑→ Δp ↑ 液相流量↑→ Δp ↑ 开孔率↑→气相流速↓ → Δp ↓ 孔径↓→气相流速↑ → Δp ↑ 板上清液层高度↑→ Δp ↑ 液体表面张力↑→ Δp ↑

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? 3.塔板上的液面落差 ? 产生原因:液体在塔板上横向流 动时要克服流动阻力。 ? 不良后果:液面落差会导致气流 分布不均,从而造成漏液现象, 使板效率下降。 ? 影响因素:塔板结构、塔径↑、液 体流量↑→液面落差↑

有溢流塔板

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二,板式塔的操作特性
1、塔板上的异常操作现象
1)漏液 原因: 气体通过升气孔的动压不足以阻止板上液体经孔道流下 控制:漏液量不大于液体流量的10%,并且为防止因液层在 塔板入口处因厚度过大出现漏液,在塔板入口处设置 不开孔的安定区。 漏液气速: 漏液量达到10%的气体速度。 漏液 两相在塔板上的接触时间↓ 板效率↓
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2)雾沫夹带 原因: 由于气体流速过快或板间距不足,使下层液体被气流夹 带回上层塔板。

后果:过量液沫夹带,造成液相在板间的返混,板效率下降。
控制: 1Kg上升气体夹带到上层的液体量不超过0.1Kg。 影响因素 ?空塔气速:空塔气速减小,液沫夹带量减小 ?塔板间距:板间距增大,液沫夹带量减小

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3)液泛

原因: 气液两相之一的流量增大,使降液管内液体不能下流 而积累,亦称淹塔。

夹带液泛:气体流量过大,气体穿过板上液层使两
液泛

板间压降增大,降液管内液体不能下降。 降液管液泛:液体流量过大,降液管截面不足使降下 的液体通过。

影响因素: 气液流量、塔板结构等因素。

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2、塔板的负荷性能图
V 雾沫夹带线
流体流量超过此限, 会使液体在降液管 液泛线 中停留时间过短, 导致降液管中气体 来不及与液体分离 而被带到下层塔板

液相负 荷下限
液相负荷低于此线 使塔板上液流不能 均匀分布,导致板 效率下降

漏液线

液相负 荷上限

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3、负荷性能图的分析 V ?操作弹性:两极 限的气体流量之 比称为塔板的操 操作极限 作弹性,操作弹 性越大的塔越好, 一般要求大于2~ 3。 ?过原点,斜率 为V/L的直线称 操作线

?设计时,应使操作点尽量位 于操作区的中央,若操作点 紧靠某一条边界线,则负荷 稍有变动,塔的正常操作即 被破坏。

C 操作点

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