第二讲-第1章化工设备结构认识_.ppt

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第第1章章化工设备结构认识化工设备结构认识换热器换热器n管壳式换热器按结构特点分为：

管壳式换热器按结构特点分为：

n固定管板式换热器固定管板式换热器n浮头式换热器浮头式换热器n型管式换热器型管式换热器n双重管式换热器双重管式换热器n填函式换热器和双管板换热器填函式换热器和双管板换热器固定管板式换热器固定管板式换热器浮头式换热器浮头式换热器U型管式换热器型管式换热器1.2.4塔设备塔设备n塔设备塔设备有许多种类型，塔设备是化工、石油有许多种类型，塔设备是化工、石油化工和炼油生产中最重要的设备之一。

它可化工和炼油生产中最重要的设备之一。

它可使气液或液液两相之间进行紧密接触，达到使气液或液液两相之间进行紧密接触，达到相际传质及传热的目的。

相际传质及传热的目的。

n可在塔设备中完成常见的可在塔设备中完成常见的单元操作单元操作有：

精馏、有：

精馏、吸收、解吸和萃取等。

吸收、解吸和萃取等。

n此外，此外，工业气体工业气体的冷却与回收、气体的湿法的冷却与回收、气体的湿法净制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热。

净制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热。

精馏原理精馏原理（PrincipleofRectify）（PrincipleofRectify）n蒸气由塔底进入，与下降液进行逆流接蒸气由塔底进入，与下降液进行逆流接触，两相接触中，下降液中的易挥发触，两相接触中，下降液中的易挥发（低低沸点沸点）组分不断地向蒸气中转移，蒸气中组分不断地向蒸气中转移，蒸气中的难挥发的难挥发（高沸点高沸点）组分不断地向下降液组分不断地向下降液中转移。

中转移。

n蒸气愈接近塔顶，其易挥发组分浓度愈蒸气愈接近塔顶，其易挥发组分浓度愈高，而下降液愈接近塔底，其难挥发组高，而下降液愈接近塔底，其难挥发组分则愈富集，达到组分分离的目的。

分则愈富集，达到组分分离的目的。

n由塔顶上升的蒸气进入冷凝器，冷凝的由塔顶上升的蒸气进入冷凝器，冷凝的液体的一部分作为回流液返回塔顶进入液体的一部分作为回流液返回塔顶进入精馏塔中，其余的部分则作为馏出液取精馏塔中，其余的部分则作为馏出液取出。

出。

n塔底流出的液体，其中的一部分送入再塔底流出的液体，其中的一部分送入再沸器，热蒸发后，蒸气返回塔中，另一沸器，热蒸发后，蒸气返回塔中，另一部分液体作为釜残液取出部分液体作为釜残液取出。

1.2.4塔设备塔设备一般可将塔分成填料塔和板式塔两大类。

一般可将塔分成填料塔和板式塔两大类。

1.填料塔填料塔以塔内的填料作为气液两相间接触构件以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备。

的传质设备。

（1）填料填料填料塔气液接触的元件，填料分成乱堆填料塔气液接触的元件，填料分成乱堆填料填料（颗粒填料颗粒填料）和规整填料两大类。

和规整填料两大类。

1）拉西环拉西环拉西环是工业上最早拉西环是工业上最早使用的一种填料，为外径与高使用的一种填料，为外径与高度相等的圆环，通常由陶瓷或度相等的圆环，通常由陶瓷或金属材料制成。

金属材料制成。

拉西环拉西环环环拉西环拉西环2）鲍尔环）鲍尔环鲍尔环是在拉西环的鲍尔环是在拉西环的壁上开一层或两层长方形窗口，壁上开一层或两层长方形窗口，窗孔的母材两层交错地弯向环窗孔的母材两层交错地弯向环中心对接。

这种结构使填料层中心对接。

这种结构使填料层内气、液分布性能大为改善，内气、液分布性能大为改善，尤其是环的内表面得到充分利尤其是环的内表面得到充分利用。

用。

3）阶梯环阶梯环鲍尔环基础上改造得出鲍尔环基础上改造得出的。

环壁上开有窗孔，其高度为直的。

环壁上开有窗孔，其高度为直径的一半。

由于高径比的减少，使径的一半。

由于高径比的减少，使得气体绕填料外壁的平均路径大为得气体绕填料外壁的平均路径大为缩短，减少了阻力。

缩短，减少了阻力。

4）弧鞍型弧鞍型表面全部敞口，表面全部敞口，不分内外，液体在表面两侧不分内外，液体在表面两侧均匀流动，表面利用率高，均匀流动，表面利用率高，流动呈弧形，气体阻力小。

流动呈弧形，气体阻力小。

但两面对称有重叠现象，容但两面对称有重叠现象，容易产生沟流。

易产生沟流。

强度差，易强度差，易破碎。

应用较少。

破碎。

应用较少。

5）矩鞍型矩鞍型矩鞍形填料结构矩鞍形填料结构不对称，堆积时不重叠，均不对称，堆积时不重叠，均匀性更高。

该填料气流阻力匀性更高。

该填料气流阻力小，处理能力大，性能虽不小，处理能力大，性能虽不如鲍尔环好，但构造简单，如鲍尔环好，但构造简单，是一种性能优良的填料。

是一种性能优良的填料。

6）环矩鞍）环矩鞍兼具环型、鞍型兼具环型、鞍型填料的优点。

敞开的侧壁有填料的优点。

敞开的侧壁有利于气体和液体通过，减少利于气体和液体通过，减少了填料层内滞液死区。

填料了填料层内滞液死区。

填料层内流体孔道增多，使气液层内流体孔道增多，使气液分布更加均匀，传质效率得分布更加均匀，传质效率得以提高。

以提高。

n一般采用金属材质，机械强一般采用金属材质，机械强度高度高。

7）球型）球型球体为空心，气体和液体从其内部经过。

球体为空心，气体和液体从其内部经过。

由于球体结构的对称性，填料装填密度均匀，不由于球体结构的对称性，填料装填密度均匀，不易产生空穴和架桥，故气液分散性能好。

易产生空穴和架桥，故气液分散性能好。

n常采用塑料材质。

一般用于特定场合，工程上应常采用塑料材质。

一般用于特定场合，工程上应用较少。

用较少。

8）格栅填料）格栅填料以条状单元体以条状单元体经一定规则组合而成，其结经一定规则组合而成，其结构随条状单元体的形式和组构随条状单元体的形式和组合规则而变，具有多种结构合规则而变，具有多种结构形式。

特点是比表面积较低，形式。

特点是比表面积较低，主要用于低压降、大负荷、主要用于低压降、大负荷、防堵的场合。

防堵的场合。

木格栅木格栅填料填料格里奇格格里奇格栅栅填料填料9）波纹填料）波纹填料波纹填料是由许波纹填料是由许多层波纹薄片组成，各片高多层波纹薄片组成，各片高度相同但长短不等，搭配组度相同但长短不等，搭配组合成圆盘状，填料波纹与水合成圆盘状，填料波纹与水平方向成平方向成45倾角，相邻两片倾角，相邻两片反向重叠使其波纹互相垂直。

反向重叠使其波纹互相垂直。

圆盘填料块水平放入塔内，圆盘填料块水平放入塔内，相邻两圆盘的波纹薄片方向相邻两圆盘的波纹薄片方向互成互成90角。

角。

金属丝网波纹填料金属丝网波纹填料金属孔板波纹填料金属孔板波纹填料10）脉冲填料：

）脉冲填料：

是由带缩颈的中空是由带缩颈的中空棱柱形单体，按一定方式拼装而成的棱柱形单体，按一定方式拼装而成的一种规则填料。

脉冲填料组装后，会一种规则填料。

脉冲填料组装后，会形成带锁颈的多孔棱形通道，其纵面形成带锁颈的多孔棱形通道，其纵面流道交替收缩和扩大，气液两相通过流道交替收缩和扩大，气液两相通过时产生强烈的湍动，在缩颈处，气速时产生强烈的湍动，在缩颈处，气速最高，湍动剧烈，从而强化传质，在最高，湍动剧烈，从而强化传质，在扩大段，气速减到最小，实现两相的扩大段，气速减到最小，实现两相的分离。

分离。

（2）填料支承）填料支承填料的支承结构不仅要支承全部湿填料的重量，填料的支承结构不仅要支承全部湿填料的重量，还必须使上升的气体能够顺利通过。

因此填料支承除还必须使上升的气体能够顺利通过。

因此填料支承除应有足够的强度和刚度外，还应有足够的截面积，以应有足够的强度和刚度外，还应有足够的截面积，以免在支承处发生液泛。

最常用的填料支承有栅板式和免在支承处发生液泛。

最常用的填料支承有栅板式和升气管式。

升气管式。

（3）液体喷淋装置）液体喷淋装置填料塔操作时，在任一横截面上保证气液的均匀分填料塔操作时，在任一横截面上保证气液的均匀分布十分重要。

因此，对液体分布装置的基本要求是：

能均布十分重要。

因此，对液体分布装置的基本要求是：

能均匀分布液体；不易堵塞；气体通过时阻力小，喷淋时液滴匀分布液体；不易堵塞；气体通过时阻力小，喷淋时液滴飞溅小；不需要很大的液体压力。

飞溅小；不需要很大的液体压力。

n经验表明，对塔径为经验表明，对塔径为0.75m以上的塔，每平方米以上的塔，每平方米塔横截面上应有塔横截面上应有4050个喷淋点；对塔径在个喷淋点；对塔径在0.75m以下的塔，喷淋点至少应为以下的塔，喷淋点至少应为160个个/m2。

（4）液体再分布装置）液体再分布装置为了使液体沿塔截面均匀分布，不论颗粒型或规整为了使液体沿塔截面均匀分布，不论颗粒型或规整型填料，堆积高度若超过塔径的型填料，堆积高度若超过塔径的26倍，则应设置液体倍，则应设置液体再分布装置，使向塔壁弥散的液体重新集中于塔截面中再分布装置，使向塔壁弥散的液体重新集中于塔截面中部。

部。

n作用是减小壁流现象。

作用是减小壁流现象。

n在填料在填料层内每隔一定高度内每隔一定高度设置液体再分布装置置液体再分布装置n对拉西环填料，再分布器的距离约为塔径的对拉西环填料，再分布器的距离约为塔径的2.52.533倍，对鲍尔环及鞍形等较好填料约为塔径的倍，对鲍尔环及鞍形等较好填料约为塔径的551010倍，倍，但通常不应超过但通常不应超过6m6m。

填料塔用于：

填料塔用于：

n塔径小塔径小n真空操作真空操作n易起泡易起泡n腐蚀性物系腐蚀性物系n热敏性物系热敏性物系2.板式塔板式塔n板式塔为逐级接触式气液传质设备，它主要由圆柱形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。

壳体、塔板、溢流堰、降液管及受液盘等部件构成。

根据塔板结构形式的不同，板式塔可分为泡罩塔、筛根据塔板结构形式的不同，板式塔可分为泡罩塔、筛板塔、浮阀塔、舌形塔和喷射塔。

板塔、浮阀塔、舌形塔和喷射塔。

n泡罩塔操作弹性大，效率高，液气比范围大，不易堵塞，泡罩塔操作弹性大，效率高，液气比范围大，不易堵塞，易于操作；但结构复杂，造价高，压降大，安装维修麻易于操作；但结构复杂，造价高，压降大，安装维修麻烦。

烦。

n筛板塔效率高，处理能力强，压降小，结构简单，制造筛板塔效率高，处理能力强，压降小，结构简单，制造维修方便；但操作弹性稍低于泡罩塔，小孔径筛板易堵维修方便；但操作弹性稍低于泡罩塔，小孔径筛板易堵塞，不适宜处理脏的、粘性大的和带固体粒子的料液塞，不适宜处理脏的、粘性大的和带固体粒子的料液。

n浮阀塔操作弹性大，效率高，处理能力强，压降小，不浮阀塔操作弹性大，效率高，处理能力强，压降小，不易积垢堵塞，结构简单，安装容易；但其构造、生产能易积垢堵塞，结构简单，安装容易；但其构造、生产能力、塔板效率及压降等略低于筛板塔。

力、塔板效率及压降等略低于筛板塔。

n舌形塔与泡罩塔相比，塔盘结构简单，压降小，处理能舌形塔与泡罩塔相比，塔盘结构简单，压降小，处理能力大，且安装维修方便，但操作弹性小，塔板效率低。

力大，且安装维修方便，但操作弹性小，塔板效率低。

（5）填料塔与板式塔的比较填料塔与板式塔的比较n对于许多逆流气液接触过程，填料塔和板式塔都对于许多逆流气液接触过程，填料塔和板式塔都是可以适用的，设计者必须根据具体情况进行选是可以适用的，设计者必须根据具体情况进行选用。

填料塔和板式塔有许多不同点，了解这些不用。

填料塔和板式塔有许多不同点，了解这些不同点对于合理选用塔设备是有帮助的同点对于合理选用塔设备是有帮助的。

1）填料塔操作范围较小，特别是对于液体负荷变化）填料塔操作范围较小，特别是对于液体负荷变化更为敏感。

当液体负荷较小时，填料表面不更为敏感。

当液体负荷较小时，填料表面不能很能很好地润湿，传质效果急剧下降；当液体负荷过大好地润湿，传质效果急剧下降；当液体负荷过大时，则容易产生液泛。

设计良好的板式塔，则具时，则容易产生液泛。

设计良好的板式塔，则具有大得多的操作范围。

有大得多的操作范围。

2）填料塔不宜于处理易聚合或含有固体悬浮物的物）填料塔不宜于处理易聚合或含有固体悬浮物的物料，而某些类型的板式塔（如大孔径筛板、泡罩料，而某些类型的板式塔（如大孔径筛板、泡罩塔等）则可以有效地处理这种物质。

另外，板式塔等）则可以有效地处理这种物质。

另外，板式塔的清洗亦比填料塔方便。

塔的清洗亦比填料塔方便。

3）当气液接触过程中需要冷却以移除反应