塔板负荷性能图

对于每个塔板结构参数已设计好的塔，处理固定的物系时，要维持其正常操作，必须把气、液负荷限制在一定范围内。

通常在直角坐标系中，标绘各种极限条件下的V-L关系曲线，从而得到塔板适宜的气、液流量范围图形，该图形称为塔板的负荷性能图，如图1-23所示，一般由下列五条曲线组成。

⑴ 漏液线线1为漏液线，又称为气相负荷下限线。

气相负荷低于此线将发生严重的漏液现象，气、液不能充分接触，使塔板效率下降。

筛板塔的漏液线由式（1-47）或式（1-48）作出，浮阀塔的漏液线由式（1-49）作出。

⑵ 雾沫夹带线线2为雾沫夹带线。

当气相负荷超过此线时，雾沫夹带量过大，使塔板效率大为降低。

对于精馏，一般控制eV≤0.1kg液/kg气。

筛板的雾沫夹带线按式（1-50）作出。

浮阀塔的雾沫夹带线按式（1-51）或式（1-52）作出。

⑶ 液相负荷下限线线3为液相负荷下限线。

液相负荷低于此线，就不能保证塔板上液流的均匀分布，将导致塔板效率下降。

一般取how=6mm作为下限，按式（1-33）～式（1-37）中一式作出液相负荷下限线。

⑷ 液相负荷上限线线4为液相负荷上限线，该线又称降液管超负荷线。

液体流量超过此线，表明液体流量过大，液体在降液管内停留时间过短，进入降液管的气泡来不及与液相分离而被带入下层塔板，造成气相返混，降低塔板效率。

通常根据液相在降液管内的停留时间应大于3s，按式（1-24）作出此线。

⑸ 液泛线线5为液泛线。

操作线若在此线上方，将会引起液泛。

根据降液管内的液层高度，按式（1-46）作出此线。

由上述各条曲线所包围的区域，就是塔的稳定操作区。

操作点必须落在稳定操作区内，否则塔就无法正常操作。

必须指出，物系一定，塔板负荷性能图的形状因塔板结构尺寸的不同而异。

在设计塔板时，可根据操作点在负荷性能图中的位置，适当调整塔板结构参数来满足所需的弹性范围。

操作时的气相流量与液相流量在负荷性能图上的坐标点称为操作点。

在连续精馏塔中，回流比一定，板上的气液比V/L也为定值。

塔板负荷性能图精馏段塔板负荷性能图（一）雾沫夹带线（I ） 由e v =σ6107.5-⨯(fT ah H u -)2.3式中a u =f T s A A V -==-1677.00106.2sV 0.543 s V （a ）f h =2.5（h W ⨯h OW ）=2.5［h W +2.84310-⨯E(Ws l L 3600)3/2］ 近似取E=1.0 h W =0.044m W l =1.12m 故f h =2.5［0.044+2.84310-⨯(12.13600s L )3/2］=0.110+1.546sL 3/2 （b ）取雾沫夹带极限值e v 为0.1kg 液/kg 气，已知31062.20-⨯=σN/m T H =0.4m将（a ）、（b ）式代入式4-410.1=361062.20107.5--⨯⨯（)1.546L (0.110-0.4 0.543V 2/3ss +）2.3 整理得： s V =3.37-17.942/3sL （1）在操作范围内，任取几个s L 值，依（1）式算出相应得s V 值列于附表1中。

以表中数据作出雾沫夹带线（1），如附图2中线（1）所示。

附表1（二）液泛线（2）Φ（H T +h w ）=h p +h w +h ow +h d 取E=1.0 l w =1.12m h ow =3/2w s )l 3600L (E 100084.2= 3/2s )1.123600L (E 100084.2=0.6185L 3/2S (C)因为 h p =h c +h l +h σh c = 0.051（o O c u ）2（L V ρρ）= 0.051（0o S A c V ）2LV ρρ = 0.051（1445.00.84V S ⨯）276.80594.2=0.0126V 2Sh l =0ε(h w +h ow )=（0.044+0.6185L 3/2S ）×0.6=0.0264+0.3711L 3/2Sh σ =0.00209m所以 h p =h c +h l +h σ=0.0126V 2S +0.0264+0.3711L 3/2S +0.00209 =0.0285+0.0126V 2S +0.37L 3/2S （d ）h d =0.153(OW h l Ls ⋅)2=0.153(045.012.1L s ⨯)2=60.23L 2S (e)将H T =0.4m ，h w 为0.044，Φ=0.5及（c ）（d ）（e ）代入Φ（H T +h w ）=h p +h w +h ow +h d0.5（0.4+0.044）=0.0285+0.0126V 2S +0.37L 3/2S +0.044+0.6185L 3/2S +60.23L 2S 所以 V 2S =11.87-78.45L 3/2S -4780.2L 2S （2）在操作范围内取若干L S 值，以式（2）计算V S 值，列于附表2中，以表中数据作出液泛线（2），如附图2中线（2）所示。

实验八、板式塔流体力学性能测定一、实验目的1．观察塔板上气、液两相流动状况。

2．测定气体通过塔板的压力降与空塔气速的关系、雾沫夹带率与空塔气速的关系、泄漏率和空塔气速的关系。

3．研究板式塔负荷性能图的影响因素并做出筛板塔的负荷性能图。

二、实验原理板式塔为逐级接触的气～液传质设备，当液体从上层塔板经溢流管流经塔板与气体形成错流通过塔板，由于塔板上装有一定高度的堰，使塔板上保持一定的液层，然后越过堰从降液管流到下层塔板。

气体从下层塔板经筛孔或浮阀、泡罩齿缝等，上升穿过液层进行气液两相接触，然后与液体分开继续上升到上一层塔板。

塔板传质的好坏很大程度取决于塔板上的流体力学状况。

1．塔板上的气液两相接触状况及不正常的流动现象。

（1）气液两相在塔板上接触的三种状态：1）当气体的速度较低时，气液两相呈鼓泡接触状态。

塔板上存在明显的清液层，气体以气泡形态分散在清液层中间，气液两相在气泡表面进行传质。

2）当气体速度较高时，气液两相呈泡沫接触状态，此时塔板上清液层明显变薄，只有在塔板表面处才能看到清液，清液层随气速增加而减少，塔板上存在大量泡沫，液体主要以不断更新的液膜形态存在于十分密集的泡沫之间，气液两相以液膜表面进行传质。

3）当气体速度很高时，气液两相呈喷射接触状态，液体以不断更新的液滴形态分散在气相中间，气液两相以液滴表面进行传质。

（2）塔板上不正常的流动现象1）漏液当上升的气体速度很低时，气体通过塔板升气孔的动压不足阻止塔板上液层的重力，液体将从塔板的开孔处往下漏而出现漏液现象。

2）雾沫夹带当上升的气体穿过塔板液层时，将板上的液滴挟裹到上一层塔板引起浓度返混的现象称为雾沫夹带。

3）液泛当塔板上液体量很大，上升气体速度很高，塔板压降很大时，液体不能顺利地从降液管流下，于是液体在塔板上不断积累，液层不断上升，使塔内整个塔板间都充满积液的现象称为液泛。

2．流体力学性能测定（1）压降在塔板的上面和下面气液分离空间中各设置一个测压口，分别连在U型压差计的两端，可以测定气体通过塔板的压降。

1.1 稳定塔（T101）设计 1.1.1 流体力学数据由Aspen plus 模拟的T101塔的各塔板上的物性参数可知，选取塔板上气液相负荷最大的第28块塔板进行手工计算和校核；第28块板的流体力学数据如下：表4-3-1-1 稳定塔（T101）第10块塔板流体力学数据液相流量 m 3/s 气相流量 m 3/s 液相密度 kg/ m 3 气相密度 kg/ m 3 液相黏度 mPa•s 液相表面张力mN/m 0.1130.326593.99518.3060.1479.2281.1.2 塔体工艺尺寸设计塔径：根据流量公式可算塔径，即πu V 4S=D V V L C u ρρρ-=max，其中的C 由2.02020⎪⎪⎭⎫⎝⎛=σC C 计算，C 20可由史密斯关联图查得，图的横坐标为97.118.306593.995326.0113.02/12/1=⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛VLhhV Lρρ图1-1-2-1 史密斯关联图取板间距H T =0.8m ，取板上液层高度h L =0.1m ，则m h H L T 7.01.08.0=-=-查图得C 20=0.081，则066.020267.7081.0202.02.020=⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯=⎪⎪⎭⎫⎝⎛=L C C σs m U /348.0462.1919.462-561.758066.0max ==，取安全系数0.7，则空塔气速s m u u /2436.0348.07.07.0max =⨯==所以m D 21.32436.014.3965.14=⨯⨯=，按标准塔径圆整后m D 4.3=塔截面积为：2220746.94.3785.04m D A T =⨯==π实际空塔气速为s m u /217.00746.9965.1==1.1.3 塔板工艺尺寸设计 （1）溢流装置计算本设计采用双溢流弓形降液管，不设进口堰； ① 堰长l w取堰长m D l W 244.24.366.066.0=⨯== ② 溢流堰高度W h 由 W O L W h h h -=计算选用平直堰，堰上液层高度h ow 由下式计算，即 mm m l L E h Wh OW121121.0244.23600174.01100084.2100084.23/23/2==⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯=⎪⎪⎭⎫⎝⎛=由前面已知板上清液层高度 mm h L 100=，故：mm h h h OW L W 51051.0019.007.0==-=-=② 弓形降液管宽度d W 和截面积f A 由66.0=D l W ，查图得 072.0=Tf A A，124.0=D W d所以 20567.0785.0072.0m A f =⨯= mm m W d 124124.00.1124.0==⨯=根据hTf L H A 3600=θ验算降液管停留时间，即s s L H A hTf 523.836000031.045.00567.036003600>=⨯⨯⨯==θ，符合要求④ 降液管底隙高度h 0降液管底隙高度是指降液管下端与塔板间的距离，降液管高度应小于出口堰高度，才能保证降液管底端有良好的液封，一般按下式计算：OW hO u l L h '=3600，取s m u O/15.0='则 mm m u l L h O W h O 31031.015.066.0360036000031.03600==⨯⨯⨯='=m m h h O W 006.0020.0031.0051.0>=-=-故降液管底隙高度设计合理 （2）塔板布置① 塔板的分块因为D ≥800mm ，采用分块式塔板，查下表得，塔板分为3块表4-3-3-1 单溢流型塔板分块数塔径/mm 800～12001400～16001800～20002200～2400塔板分块3456② 边缘区宽度确定取破沫区宽度： m W W S S 065.0='=，取边缘区宽度： m W C 035.0= ③ 开孔区面积计算对于单溢流塔板，开孔区面积按下式计算，即⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=r x r x r x Aa arcsin 1802222π 其中：()()m W W Dx d S 311.0124.0065.02.12=+-=+-=m W Dr C 465.0035.02.12=-=-=代入数据，得2222532.0465.0311.0arcsin 465.0180311.0465.0311.02m Aa =⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯+-⨯=π④ 阀孔计算及其排列取阀孔动能因子100=F ，用下式求孔速s m F u V/97.3344.61000===ρ所以，塔板上浮阀数为6097.3039.0785.0284.04220=⨯⨯==u d V N S π浮阀排列方式采用等腰三角形叉排，取同一横排的孔心距m mm t 075.075==，则可按下式估算排间距t '，即mm m Nt Aa t 12012.0075.060532.0==⨯==' 考虑到塔的直径比较大，必须采用分块式塔板，而分块式板的支撑与衔接也要占去一部分鼓泡区面积，因此排间距不宜采用120mm ，因小于此值，取mm t 100='按mm t 75=，mm t 100='，等腰叉排重新排得阀数为64个。

全面讲解板式塔，不信你看不懂！板式塔为逐级接触式气液传质设备，它主要由圆柱形壳体、塔板、溢流堰、降液管及受液盘等部件构成。

操作时，塔内液体依靠重力作用，由上层塔板的降液管流到下层塔板的受液盘，然后横向流过塔板，从另一侧的降液管流至下一层塔板。

溢流堰的作用是使塔板上保持一定厚度的液层。

气体则在压力差的推动下，自下而上穿过各层塔板的气体通道(泡罩)、筛孔或浮阀等，分散成小股气流，鼓泡通过各层塔板的液层。

在塔板上，气液两相密切接触，进行热量和质量的交换。

在板式塔中，气液两相逐级接触，两相的组成沿塔高呈阶梯式变化，在正常操作下，液相为连续相，气相为分散相。

一般而论，板式塔的空塔速度较高，因而生产能力较大，塔板效率稳定，操作弹性大，且造价低，检修、清洗方便，故工业上应用较为广泛。

塔板可分为有降液管式塔板（也称溢流式塔板或错流式塔板）及无降液管式塔板（也称穿流式塔板或逆流式塔板）两类，在工业生产中，以有降液管式塔板应用最为广泛，在此只讨论有降液管式塔板。

泡罩塔板泡罩塔板是工业上应用最早的塔板，其结构如图所示，它主要由升气管及泡罩构成。

泡罩安装在升气管的顶部，分圆形和条形两种，以前者使用较广。

泡罩有f80、f100、f150mm三种尺寸，可根据塔径的大小选择。

泡罩的下部周边开有很多齿缝，齿缝一般为三角形、矩形或梯形。

泡罩在塔板上为正三角形排列。

泡罩塔板的单个泡罩大型泡罩塔盘操作时，液体横向流过塔板，靠溢流堰保持板上有一定厚度的液层，齿缝浸没于液层之中而形成液封。

升气管的顶部应高于泡罩齿缝的上沿，以防止液体从中漏下。

上升气体通过齿缝进入液层时，被分散成许多细小的气泡或流股，在板上形成鼓泡层，为气液两相的传热和传质提供大量的界面。

泡罩塔板的优点是操作弹性较大，塔板不易堵塞；缺点是结构复杂、造价高，板上液层厚，塔板压降大，生产能力及板效率较低。

泡罩塔板已逐渐被筛板、浮阀塔板所取代，在新建塔设备中已很少采用。

筛孔塔板筛孔塔板简称筛板，其结构如图片3-3所示。