第八章 汽液传质设备(2)

2025-06-25

对于直径较大、板间距较大及加压或常压操作的塔以及不易起泡物系,安全系数可取较高的数值,而对直径较小及减压操作的塔以及严重起泡的物系,安全系数应取较低的数值。

7、液沫夹带

是指板上液体被上升气流带入上一层塔板的现象。

为了保证板式塔能维持正常的操作效果,应使每千克上升气体夹埃到上一层塔板的液体联不超过0.1kg,即控制雾沫夹带量eV<0.1kg(液)/kg(气)。 影响雾沫夹带的因素很多,最主要的是空塔气速和塔板间距。对于浮阀塔板上雾沫夹带量的计算,迄今尚无适用于一般工业塔的确切公式。通常是间接地用操作时的空塔气速与发展液泛时的空塔气速的比值作为估算雾沫夹带量大小的指标。此比值称为泛点百分数或称泛点率。

在下列泛点率数值范围内,一般可保证雾沫夹带量达到规定的指标,即eV<0.1kg(液)/kg(气)。

大塔 F1<80~82% 负压塔 F1<75~77% D<900mm的塔, F1<65~75%

式中,F1:泛点率,%。

CV:气相负荷系数,m3/s. VS,LS:气相及液负荷,m3/s.

ZL:板上液体流径长度,对单溢流塔板ZL=D-2Wd.。 Ab:板上也流面积,对单溢流塔板AB=AT-Af。

CF:泛点负荷系数,可根据气相密度ρV及板间距HT查得。 K:物系系数。

依上式算得的泛点率不在上述范围内,则应当调整有关参数,如板间距、塔径,重新计算,直至符合上述泛点率规定的范围为准。

8、泄漏

但气相符合减少,致使上升气体通过阀孔的动压不足以阻止流体经阀孔流下时,便会出现泄漏现象。

泄漏发生,塔板效率严重下降,正常操作时,泄漏应不大于液体流量的10%。经验证明,但阀孔动能因数F0=5~6时,泄漏量常接近10%。故取F0=5~6作为控制泄漏量的操作下限。

当浮阀在刚全开操作,气体通过阀孔处的动能因数F0=8~11。 9、降液管内液面高度与液体停留时间

为了防止液泛现象的发生,须控制降液管中的清液层和泡沫层高度不能高出上层塔板的出口堰顶,否则年内液体便会漫回本层塔板,令:

一般物系取 Φ= 0.5 发泡暗中物系 Φ=0.3~0.4 不发泡物系 Φ= 0.6~0.8 在降液观被1—1’和下一层板上 液面2—2’之间列柏努利方程,得:

要保证气相夹带不超过允许的程度,降液观内液体停留时间θ应不小于3—5S。

10、塔板的负荷性能图

确定了塔板的工艺尺寸,再按前述的各项进行流体力学验算,便可确认所设计的塔板能在的任务规定的气液负荷下正常操作,此时,还要进一步揭示该塔板的操作性能,即求出维持该塔板正常操作所允许的气液负荷波动,这个范围通常以塔板负荷性能图的形式表示,在以VS,LS分别为纵横轴的直角坐标系中,标绘出各种不正常流体力学条件下的VS—LS关系曲线,在以这些曲线为界的范围之内,才是塔的适宜操作区。

(1)、液沫夹带上限线AA’

液沫夹带上限线表示雾沫夹带量eV<0.1kg(液)/kg(气)时的VS—LS关系,塔板的适宜操作区应在此线以下,否则将因过多的液沫夹带而使效率下降。

此线可根据下式作出,即:

对于一定的物系及一定的塔板结构尺寸CV,ZL,Ab,CF,K均为已知值,相应于雾沫夹带量eV<0.1kg(液)/kg(气)时的泛点率F1值亦可确定,将已知值代入,便可得出一个

(2)液泛线BB’(淹塔线)

此线表示降液管内泡沫层高度超过最大允许值时的VS—LS关系,塔板的适

的关系的函数式,据以作出AA’线。

宜操作区应在此线以下,否则将可能发生液泛现象,破坏塔的正常操作。

将hc,hL,hl及hd的计算式代入上式,便可得出一个函数式,据以作出BB’线,据以作出BB’。

(3)液相负荷上限线CD

的关系的

亦称降液管超负荷线,此线表明液体流量大小应保证液体在降液管内停留时间的起码条件。

θ不应小于3~5S,而按θ=5S计算,则:

依上式求得液相负荷上限LS的数值(常数),据以作出液相负荷上限线。 (4)泄漏线

气相负荷上限线,此线表明不发生严重泄漏现象的最低气相负荷,再低将产生超过液体量的10%泄漏量。对于FI重阀,当阀孔动能因数F0=5~6时,泄漏量接近10%,即以此阀孔动能因数作为气相负荷下限的依据,按F0=5计算,则

式中ρV,N,d都为已知值,故可依上式求出气相负荷VS的下限值,据以作出一条水平的泄漏线DE。

(5)液相负荷下限线EE’

对于平堰,一般取堰上液层高度how=0.06mm作为液相符合下限条件,低于此限时,便不能保证板上恩流的均匀分布,见低气液接触效果。

式中:Lh—塔内液体流量,m3/h. Lw—堰长,m。

E—液流收缩稀疏,可从图6—57查得。 一般情况下可取E值为1。所引起的误差不大。

将已知的LW值及hOW的下限值,便可求得的下限值(常数),据以作出EE’。

在负荷性能图上有五条线所包围的阴影区域,应是塔四用于出力指定物系时的适宜操作区域。在此区域内,塔四上的流体力学状态是正常的,但区域内各点的板效率并不完全相同。如果塔的预定气液负荷的设计点P能落在该区域内的适中位置,则可望获得良好的操作效果,如果操作电紧靠某一条标界线,则当负荷稍有变动便会使效率急剧下降,甚至破坏塔的操作。

三、板式塔的设计原则

带有降液管的板式塔型虽多,但各种结构塔型的设计原则大致相同,下面一浮阀塔为例来说明。

1、板上液体的流动形式

板上液体流动形式,主要根据塔径与液体流量来确定,常用的形式有: U形流:流体流径最长,塔板面积利用率也最高,但液面落差大,仅用于小塔。

单溢流:又称直径流,液体流径长,塔板效率较高,塔板结构简单,广泛用于直径2.2 m以下的塔。

双溢流:又称半径流,可减小液面落差,但塔板结构复杂,一般用于直径2m以上的大塔。

阶梯式双溢流:结构最复杂,只宜于塔径很大,流量很大的特殊场合。 总之,液体在塔板上的流径愈长,气液接触时间就愈长,有利于提高分离效果;但是液面落差也随之增大,不利于气体均匀分布,使分离效果降低。

目前,凡直径在2.2m以下的浮阀塔,一般都采用单溢流。但在大塔中,由于液面落差大或造成浮阀开启不均,使气体分布不均匀及出现泄漏现象,应采用双遗留以及阶梯流。见表6—5。

2、降液管

确定降液管底隙高度的原则是:保证液体流经此处时的阻力不太大,同时要有良好的液封。


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